西成客专隧道衬砌质量地质雷达检测效果及影响因素研究

摘要

隧道衬砌的厚度、衬砌中有无空洞和脱空以及钢筋及钢拱架间距等的质量问题一直是制约隧道安全的因素之一。相对于其他的检测方法，地质雷达是一种快速、方便、精确、无损的检测隧道衬砌质量的方法，被广泛的应用于隧道衬砌质量的检测中。
　　应用基于时域有限差分方法(Finite-Domain Finite-Time Method，FDTD)的地质雷达数值模拟软件GPRMAX来研究影响地质雷达探测精度的因素。应用MATLAB软件对GPRMAX模拟的结果进行了适当的处理，从而使模拟结果更加有利于分析所研究的问题。通过模拟结果得出了同一频率天线对于不同衬砌厚度、不同空洞大小、不同脱空大小、钢筋及钢拱架间距以及同一空洞不同充填介质和同一脱空不同充填介质的波场响应特征，同时得出了不同频率天线对于同一衬砌厚度、同一空洞大小、同一脱空大小以及同一钢筋及钢拱架间距的波场响应特征。此外还得出同一频率天线对同一深度不同间距的两个空洞以及两个脱空的波场响应特征。
　　通过对隧道衬砌质量的实际检测以及对实际检测数据的处理和分析得出隧道衬砌的厚度、钢筋及钢拱架间距以及是否存在空洞和脱空等质量问题。分析设计资料、地质资料以及施工资料并结合实际开挖验证结果得出地质雷达检测隧道衬砌质量的效果较好，并达到预期的效果，但对实际资料的解释和判读需要进一步完善和加强。
　　应用FDTD方法对影响地质雷达探测精度的因素进行数值模拟研究，在其数值建模方面，本身就具有一定的局限性，需进一步完善以便与实际检测资料进行对比分析，更好地为实际检测提供理论基础。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究意义

1．2 国内外的研究现状

1．2．1 地质雷达国外研究现状

1．2．2 地质雷达国内研究现状

1．2．3 地质雷达数值模拟的研究现状

1．3 论文研究的主要方法、内容

1．3．1 研究方法

1．3．2 研究内容

1．4 技术路线图

第2章 地质雷达的基本理论

2．1 地质雷达的基本原理

2．1．1 地质雷达的工作原理

2．1．2 地质雷达系统组成

2．2 电磁场基本理论

2．2．1 麦克斯韦方程组

2．2．2 电磁场的波动方程

2．2．3 电磁波的反射和折射

2．3 FDTD方法简介

2．3．1 FDTD简介

2．3．2 FDTD基本点及计算区

2．3．3 Yee元胞

2．3．4 直角坐标系下的FDTD二维计算公式

2．3．5 稳定性分析

2．3．6 FDTD的激励源

2．4 本章小结

第3章 地质雷达影响因素的正演研究

3．1 地质雷达的分辨率和探测深度

3．1．1 地质雷达的分辨率

3．1．2 探测深度

3．2 数值模拟软件简介

3．2．1 建模软件

3．2．2 数值模拟结果的显示方法

3．3 隧道衬砌中空洞的模拟

3．3．1 空洞介质为空气时的模拟

3．3．2 空洞介质为水时的模拟

3．3．3 不同频率天线对同种介质同深度的效果模拟

3．3．4 同一深度不同频率天线的波场特征模拟

3．4 隧道衬砌脱空的模拟

3．4．1 当脱空中介质为空气时的模拟

3．4．2 不同频率天线对同种介质同一深度的波场响应特征模拟

3．4．3 同一深度不同频率天线的波场响应特征模拟

3．5 隧道衬砌钢筋及其间距的模拟

3．5．1 单排钢筋的模拟

3．5．2 双排钢筋的模拟

3．6 隧道衬砌厚度的模拟

3．6．1 隧道衬砌厚度模型

3．6．2 衬砌厚度模拟结果

3．7 本章小结

第4章 研究区隧道衬砌质量检测效果实例分析

4．1 检测区域概况

4．2 检测所用仪器、现场检测工作及数据处理方式

4．2．1 检测仪器

4．2．2 数据处理

4．3 脱空的实际检测分析

4．3．1 单个脱空

4．3．2 两个脱空

4．4 钢筋的实际检测分析

4．5 隧道衬砌厚度的实际检测分析

4．6 本章小结

第5章 结论与展望

5．1 结论

5．2 建议与展望

致谢

参考文献