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沥青混凝土桥面铺装层病害的地质雷达诊断技术研究

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摘要

第一章 绪论

1.1 研究背景

1.1.1 我国公路桥梁发展概况

1.1.2 沥青混凝土桥面铺装病害

1.1.3 桥面铺装病害的原因分析

1.2 国内外研究现状及发展动态

1.2.1 沥青混凝土桥面铺装压实度的检测方法

1.2.2 地质雷达应用技术的发展概况

1.2.3 地质雷达技术特点和存在问题

1.3 本文的主要工作

1.4 本章小结

第二章 地质雷达工作原理及技术特性

2.1 概l论

2.2 地质雷达工作原理

2.2.1 地质雷达的系统组成

2.2.2 地质雷达测设原理

2.3 地质雷达测量参数选择

2.3.1 天线中心频率选择

2.3.2 时窗选择

2.3.3 采样率选择

2.3.4 测量点距选择

2.3.5 天线间距选择

2.3.6 天线的极化方向

2.4 雷达反射波波组识别

2.4.1 反射波的振幅与方向

2.4.2 反射波的频谱特性

2.4.3 反射波同相轴形态特征

2.5 本章小结

第三章 沥青混凝土的电性质及介电模型研究

3.1 介质的电性参数

3.1.1 电导率

3.1.2 磁导率

3.1.3 电介质的极化和介电常数

3.2 介质的电磁特性对电磁波传播影响

3.3 沥青混凝土的介电模型研究

3.3.1 混合介质的经典介电模型概述

3.3.2 沥青混凝土介电模型

3.3.3 沥青混凝土介电模型误差分析

3.3.4 沥青混凝土介电模型的修正

3.4 本章小结

第四章 地质雷达检测沥青混凝土压实指标的试验研究

4.1 实验模型的设计与制作

4.2 沥青混凝土理论最大相对密度试验

4.2.1 试验准备

4.2.2 试验步骤

4.2.3 试验结果计算

4.3 沥青混凝土空隙率和密度试验

4.3.1 试验准备

4.3.2 试验步骤

4.3.3 试验结果计算

4.4 地质雷达的测量试验

4.4.1 试验仪器介绍

4.4.2 试验步骤

4.4.3 试验结果计算

4.5 本章小结

第五章 沥青混凝土桥面铺装压实指标的公式推导及结果分析

5.1 空隙率、密度和压实度的公式推导与分析

5.1.1 沥青混凝土面层空隙率的理论推导

5.1.2 沥青混凝土面层密度的检测分析

5.1.3 沥青混凝土面层压实度的检测分析

5.2 空隙率、密度和压实度的结果分析

5.2.1 沥青混凝土空隙率计算模型的误差分析

5.2.2 沥青混凝土试块密度与介电常数的相关性分析

5.2.3 沥青混凝土试块压实度与介电常数的相关性分析

5.3 本章小结

第六章 结论与展望

6.1 本文主要结论

6.2 展望

致谢

参考文献

在学期间发表的论著及取得的科研成果

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摘要

近年来我国的公路交通事业得到了飞速的发展,越来越多的大桥、中小桥投入运营的同时,其施工质量控制及后期检修维护中的问题突显出来,导致桥梁在未达到使用寿命就出现病害。桥面铺装的病害是桥梁经常出现的病害之一,它会导致主梁钢筋锈蚀、混凝土脱落等病害,影响桥梁结构的耐久性,并且造成大量的经济损失,诱发交通事故。对于常见的沥青混凝土桥面铺装而言,水破坏是一个常见的破坏形成,造成桥面铺装脱落、裂缝,其主要原因是空隙率过大、密度和压实达不到要求,从而导致雨水渗入桥面铺装,最终导致桥面铺装的破坏。由于传统的检测方法检测效率低,安全性差,并且有随机性,已不满足桥面铺装的病害检测,为此,快速、简便、有效的检测方法有待完善。地质雷达(GPR)有着快速、便捷、无损等优点,通常用于路基结构层厚度、基底脱空和隧道衬砌厚度等能够直接识别的病害检测当中,很少用于桥面铺装病害的检测,尤其是不能直接识别的压实指标的控制,基于此,本文将地质雷达引入到桥面铺装病害检测当中,研究地质雷达检测沥青混凝土桥面铺装的空隙率、密度和压实度的可靠性,其主要工作包括以下几方面:
  ①通过试验的方法研究经典混合介电模型对沥青混凝土材料的适用性,并对经典的混合介电模型做了修正,提出了能够适用于沥青混凝土材料的混合介电模型。
  ②利用本文修正后的沥青混凝土混合介电模型,提出沥青混凝土的介电常数与空隙率之间的关系表达式,并且揭示了沥青混凝土的介电常数与密度和压实度的内在联系。
  ③设计并开展了地质雷达检测桥面铺装的空隙率、密度和压实度的试验。在试验结果分析的基础上,证明了空隙率表达式的适用性和假设的合理性,其推导公式计算出的空隙率和实测值的最大误差为14.2‰平均误差为7.2%;并运用数值方法找出了沥青混凝土介电常数与密度和压实的关系式,其介电常数与密度和压实度的相关系数分别能达到0.672和0.815,有着良好的相关性。
  ④通过前面的公式推导和试验研究,说明用地质雷达对检测沥青混凝土桥面铺装压实指标是可行性的,并探讨了地质雷达在工程中的应用范围。

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