探地雷达在水工结构工程检测中的应用研究

摘要

本文基于Yee氏网格的探地雷达电磁波时域有限差分法对水工结构工程中的典型病害进行了数值模拟，分析了典型病害的正演图形的图谱特征，并结合实际工程探测进行了分析。主要研究内容如下:
　　(1)详细地阐述了探地雷达的电磁学基础，分析了探地雷达的工作原理和系统组成;探讨了探地雷达的数据常规处理流程，通过实例阐述了各种数据常规处理的适用情况和处理后的效果，通过对雷达图像的增强处理，达到以改善图像质量和易于识别的目的。
　　(2)根据Maxwell方程的旋度方程，推导了Yee氏网格的三维时域有限差分形式和二维时域有限差分形式，分析了Maxwell方程组的特点;分析了探地雷达检测的数值模拟及其边界条件特点，比较了吸收边界条件常规模拟方法的适用性，分析比较了常用线性激励函数的优势和不足，研究了典型激励函数的模拟成图特点。
　　(3)分析了水工结构工程中典型病害的种类，讨论了裂缝、脱空和孔洞等典型病害的成因和特点;分析了水工结构工程中常见病害的正演模拟的成图特征;分析了钢筋混凝土内钢筋不同间距和钢筋网下存在缺陷的成图特征，为实际的钢筋混凝土探地雷达检测及图像解释提供了参考;基于上述探地雷达数值模拟的方法建立了孔洞、裂缝模型的试验方案，将探地雷达实测的二维反射图像与对应的模拟图像进行了对比分析，验证了本文模拟方法的可行性。
　　(4)开展了探地雷达检测在实际工程中的应用，应用探地雷达检测了无锡市马圩东大堤和上海市真如港大堤的健康状况，将探测图像与模拟图像进行对比分析，说明了探地雷达在实际工程检测中的可行性。