路面雷达在刚性路面脱空识别中的应用研究

摘要

脱空是刚性路面的主要病害之一，如不及时识别并加固维修，将会造成更大的经济损失。目前，刚性路面脱空主要依靠声击、钻孔、弯沉检测等方法定性判定。路面雷达(GPR)以其快速、连续、无损伤等优点在道路无损检测领域的应用日趋广泛，然而其在刚性路面脱空识别中的应用也仅局限于根据雷达反射信号定性判定。因此，如何基于路面雷达反射信号对脱空进行定量判断是目前路面雷达应用技术的研究热点与难点之一。基于雷达电磁波正演模拟反演刚性路面的脱空是一种严谨而有效的方法。然而由于缺乏合理的雷达电磁波在脱空刚性路面中传播的正演模型和快速有效的反算算法，使得该法的应用目前还处于探索阶段。正演模拟是脱空反演的前提和基础，本文针对以上研究现状，研究路面雷达电磁波在脱空刚性路面中传播的正演模型。主要研究内容和成果如下： 1．基于电磁波基本理论，建立了路面雷达电磁波在完好刚性路面结构层中传播的正演模型。该正演模型考虑了路面材料介电常数的虚部，即考虑了路面材料对电磁波的损耗效应，因而更适用于高耗的刚性路面介质； 2．编制了路面雷达电磁波在完好刚性路面中传播的正演模拟程序，分别模拟了路面雷达电磁波在单层混凝土板和多层刚性路面中传播的反射信号，将之与实测信号加以对比，验证了程序的合理性与正确性； 3．建立了考虑脱空区域竖向尺寸的路面雷达电磁波在脱空刚性路面中传播的一维正演模型，模拟了板下、板中气充和水充等几种不同脱空状况时雷达电磁波的反射信号，并分析了脱空出现深度与脱空尺寸对雷达反射信号的影响，为二维正演模拟打下理论基础； 4．在一维正演模拟的基础上，建立了考虑脱空区域竖向尺寸与道路横断面上横向尺寸的路面雷达电磁波在脱空刚性路面中传播的二维正演模型，模拟了矩形、十字形与圆形三种脱空形状时雷达电磁波的反射信号，并分析了脱空出现深度和竖直、水平尺寸对雷达反射信号的影响。 本文研究成果为进一步的开展脱空反演提供了正演依据，从而为路面雷达在刚性路面脱空识别中的应用提供全新的思路。这对从根本上解决路面雷达在刚性路面检测中精度不高和无法实现对脱空的定量判定等难题具有较大的理论意义和工程价值。

目录

文摘

英文文摘

1绪论

1.1工程背景

1.2国内外研究概况

1.3本文的主要研究内容及意义

2路面雷达工作原理及雷达电磁波基本理论

2.1路面雷达的组成与工作原理

2.2路面雷达电磁波在路面结构层中传播的基本理论

2.2.1路面结构层材料的介电特性

2.2.2路面雷达电磁波在路面结构层中的传播特性

2.2.3路面雷达电磁波在路面结构层界面上的特性

2.3路面雷达在刚性路面脱空识别中的应用原理

2.4本章小结

3路面雷达电磁波在完好刚性路面中传播的正演模拟

3.1引言

3.2路面雷达电磁波在完好刚性路面中传播的正演模型

3.2.1路面雷达电磁波在完好刚性路面中传播的总反射模型

3.2.2正演模拟的步骤和程序流程图

3.3实例分析

3.3.1路面雷达电磁波在单层混凝土板中传播的正演模拟

3.3.2路面雷达电磁波在完好多层刚性路面中传播的正演模拟

3.4本章小结

4路面雷达电磁波在脱空刚性路面中传播的一维模拟

4.1引言

4.2刚性路面板下脱空时路面雷达电磁波正演模拟

4.2.1板下气充脱空时雷达电磁波正演模拟

4.2.2板下水充脱空时雷达电磁波正演模拟

4.2.3板下完好与有脱空时模拟雷达反射信号的对比分析

4.3刚性路面板中脱空时路面雷达电磁波正演模拟

4.3.1板中气充脱空时雷达电磁波正演模拟

4.3.2板中水充脱空时雷达电磁波正演模拟

4.3.3板中完好与有脱空时模拟雷达反射信号的对比分析

4.4本章小结

5路面雷达电磁波在脱空刚性路面中传播的二维模拟

5.1引言

5.2维正演模拟的原理与程序框图

5.3雷达电磁波在板角脱空路面中传播的二维正演模拟

5.4雷达电磁波一维、二维正演模拟结果对比分析

5.5脱空形状对雷达反射信号的影响分析

5.6脱空深度及尺寸对雷达反射信号的影响分析

5.6.1矩形脱空深度及尺寸对雷达反射信号的影响分析

5.6.2十字形脱空深度及尺寸对雷达反射信号的影响分析

5.6.3圆形脱空深度及尺寸对雷达反射信号的影响分析

5.7本章小结

6结论与展望

6.1主要结论

6.2展望

参考文献

后记