本文關鍵詞： 探地雷達 有限單元法 透射邊界條件 數(shù)值模擬 非結構化網格　出處：《湖南科技大學》2017年碩士論文　論文類型：學位論文

【摘要】：對于實際的地球物理模型的數(shù)值模擬,網格的劃分對于擬合地球物理模型具有十分重要的意義。它直接影響著有限元數(shù)值模擬的求解效率以及計算精度。一般情況下,網格生成技術可以分為結構化網格和非結構化網格兩大類。結構化網格具有統(tǒng)一的結構特點,生成速度快,結構單一,但是不能夠滿足復雜的地球物理模型的數(shù)值模擬。目前,非結構化網格劃分技術在探地雷達的有限元數(shù)值模擬中應用的較少,相關的研究文獻也相對較少。因此,本文研究了三角形非結構化網格下的探地雷達有限元數(shù)值模擬,并且建立了多種地球物理模型,進行了二維GPR有限元數(shù)值模擬、分析,歸納總結了雷達波在不同地質地球物理模型中的傳播規(guī)律,對實際資料的解釋工作具有十分重要的意義。本文在前人研究的基礎上,重新推導了基于三角形網格劃分的探地雷達有限元波動方程,并詳細的給出了波動方程的解法。在數(shù)值模擬計算中,對加載透射了邊界條件和沒有加載透射邊界條件的均勻模型開展了數(shù)值模擬,分析了透射邊界的處理效果;簡要分析了雷達波在介質水和空氣的傳播規(guī)律,分析了其中的差異;建立了道路路基病害模型、隧道地質超前預報模型以及頂管脫空模型等數(shù)學物理模型,分析了雷達波在不同模型中的傳播規(guī)律。通過數(shù)值模擬可以發(fā)現(xiàn):透射邊界條件能夠很好的抑制模型邊界處所產生的干擾波;可以通過雷達波在介質中傳播的多次反射波特征來區(qū)別介質水和介質空氣;通過隧道地質超前預報與實測數(shù)據(jù)相結合,對于更好的判斷雷達波在此類模型中的傳播特點提供依據(jù);通過對頂管脫空模型的進行數(shù)值模擬,發(fā)現(xiàn)探地雷達對于水泥混凝土頂管脫空能夠取得很好的探測效果,對于鋼頂管的脫空效果并不明顯,與實測效果相符合。通過減小鋼頂管壁的厚度,能夠對脫空情況進行探測,但是效果并不明顯。研究表明:非結構化網格對于物性參數(shù)復雜的的地球物理模型具有很好的適應性;非結構化網格剖分的質量好,單元易于控制,能夠很好的實現(xiàn)自適應有限元,提高數(shù)值模擬的精度。
[Abstract]:For the numerical simulation of the actual geophysical model, the mesh division is very important for fitting the geophysical model. It directly affects the efficiency and accuracy of the finite element numerical simulation. Grid generation technology can be divided into structured grid and unstructured grid. Structured grid has the characteristics of uniform structure, fast generation speed and single structure, but it can not satisfy the numerical simulation of complex geophysical model. The unstructured mesh generation technique is seldom used in the finite element simulation of ground penetrating radar, and the related literatures are relatively few. Therefore, the finite element simulation of ground penetrating radar under triangular unstructured mesh is studied in this paper. Several geophysical models are established, 2D GPR finite element numerical simulation is carried out, and the propagation law of radar waves in different geophysical models is summarized. The interpretation of practical data is of great significance. Based on the previous studies, the finite element wave equation of ground penetrating radar based on triangular mesh division is rederived in this paper. The solution of wave equation is given in detail. In the numerical simulation, numerical simulation is carried out for the uniform model with and without the loading transmission boundary condition, and the processing effect of the transmission boundary is analyzed. The laws of radar wave propagation in medium water and air are analyzed briefly, and the difference between them is analyzed, and mathematical and physical models such as road subgrade disease model, tunnel geological advance prediction model and pipe jacking void model are established. The propagation law of radar wave in different models is analyzed. The numerical simulation shows that the transmission boundary condition can suppress the interference wave generated at the boundary of the model very well. It is possible to distinguish medium water from medium air by the characteristics of multiple reflection waves of radar wave propagating in medium, and combine tunnel geological advance prediction with measured data. Through numerical simulation of pipe jacking model, it is found that ground penetrating radar can achieve good detection effect for cement concrete pipe jacking. The emptying effect of steel jacking pipe is not obvious, which is consistent with the measured results. By reducing the thickness of steel jacking pipe wall, the void situation can be detected. But the effect is not obvious. The results show that the unstructured meshes have good adaptability to geophysical models with complex physical parameters, and the unstructured meshes are of good quality and easy to control. It can realize adaptive finite element well and improve the accuracy of numerical simulation.
【學位授予單位】：湖南科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：P631

【參考文獻】

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1 楊天春;許德根;王齊仁;張正發(fā);;探地雷達在地下頂管脫空檢測中的應用效果分析[J];河海大學學報(自然科學版);2016年04期

2 石明;馮德山;王洪華;戴前偉;;各向異性介質GPR非結構化網格有限元正演[J];中南大學學報(自然科學版);2016年05期

3 鄧國文;王齊仁;廖建平;朱云峰;;隧道不良地質現(xiàn)象的探地雷達正演模擬與超前探測[J];物探與化探;2015年03期

4 王超;沈斐敏;;探地雷達用于隧道超前地質預報中數(shù)值模擬研究[J];地球物理學進展;2015年03期

5 杜華坤;馮德山;湯井田;;基于Delaunay三角形的非結構化有限元GPR正演[J];中南大學學報(自然科學版);2015年04期

6 陳承申;馮德山;;探地雷達有限元數(shù)值模擬及衰減特性探討[J];物探化探計算技術;2014年02期

7 史瑞其;王尚旭;郭銳;趙建國;;非結構化網格有限元彈性波數(shù)值模擬[J];石油地球物理勘探;2013年06期

8 王龍浩;王解先;;基于逐點插入法的Delaunay三角網快速生成算法[J];工程勘察;2013年10期

9 王洪華;戴前偉;;基于UPML吸收邊界條件的GPR有限元數(shù)值模擬[J];中國有色金屬學報;2013年07期

10 戴前偉;王洪華;馮德山;陳德鵬;;基于三角形剖分的復雜GPR模型有限元法正演模擬[J];中南大學學報(自然科學版);2012年07期

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2 謝源;頻散介質中探地雷達二維有限元正演模擬[D];中南大學;2013年

3 陳承申;探地雷達二維有限元正演模擬[D];中南大學;2011年

4 劉亞麗;探地雷達波場數(shù)值模擬與成像[D];西安理工大學;2007年

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本文編號：1531385