本文選題：探地雷達 + 速度分析��； 參考：《吉林大學》2017年碩士論文

【摘要】：隨著中國經(jīng)濟的快速發(fā)展,高鐵已經(jīng)進入我們的生活。在中國的東北和青藏等地區(qū)的鐵路建設(shè)中,冬季的冰凍使得地下含水率較高地段發(fā)生凍脹,成為鐵路運行速度和安全的重大隱患之一,因此鐵路路基含水率的問題不容忽視。探地雷達是一種利用電磁波進行無損探測的淺層地球物理技術(shù),利用探地雷達探測鐵路路基含水率是近年來的一個研究熱點。本文主要研究內(nèi)容是實現(xiàn)利用探地雷達準確探測鐵路路基含水率,以及證明該方法的有效性和可行性。探地雷達用于近地表含水率探測的研究在國內(nèi)外已有很多成功的先例。目前,利用探地雷達測量土壤含水率的主要方法有4種:反射波法、鉆孔雷達方法、地面波法和反射系數(shù)法,其中反射波法為常用方法。共中心點法(Common mid-point簡稱CMP)是反射波法的一種測量方式,本文應(yīng)用該方法實現(xiàn)鐵路路基原始數(shù)據(jù)的測量。速度分析原理是對CMP數(shù)據(jù)提取地層速度信息的主要理論依據(jù)。因為鐵路路基為水平層狀介質(zhì),所以利用速度分析獲取的疊加速度即為均方根速度�？梢岳肈ix公式可以將它轉(zhuǎn)換為層速度,從而求得地下介電常數(shù)分布。Topp公式表征了介電常數(shù)與含水率的關(guān)系,進而得到地下含水率,當獲取一些列的地下含水率之后通過插值的方式呈現(xiàn)地下含水率剖面圖。由于鐵路路基每一層的厚度相對雷達信號脈沖寬度較薄,表現(xiàn)為淺薄地層,這為常規(guī)速度分析準確提取路基信息帶來了很大的難度。為了能夠準確的提取鐵路路基含水率,本文以實際鐵路路基為依據(jù),基于GprMax平臺進行數(shù)值模擬,分析了不同模型情況下的雷達響應(yīng),并對正演結(jié)果給出了解釋和分析。在分析的過程中發(fā)現(xiàn)了來自多次波及折射波干擾的問題,為了解決這一問題提出了最優(yōu)道集速度分析的方法,該方法能夠有效的解決上述問題并準確拾取地層信息。為了能夠讓最優(yōu)道集方法適用于更多不同的鐵路路基情況,本文通過大量數(shù)值模擬并總結(jié)出最優(yōu)角度,它的大小為75度。在速度分析的過程中只要保持反射角小于最優(yōu)角度,那么就可以減少折射波和多次波對速度分析產(chǎn)生的影響。最優(yōu)角度適用于不同地層厚度不同介電常數(shù)情況下的速度分析。本文進一步分析了天線頻率、時間矯正、天線移動步長對準確探測鐵路路基含水率的影響。發(fā)現(xiàn)高頻天線可以消除一部分多次波的影響;時間矯正對速度分析的結(jié)果具有很大的影響;天線移動步長對數(shù)據(jù)的采集提供可靠的依據(jù)。極化率法是較為可靠反映含水率異常位置及相對大小的一種方法。利用對模擬數(shù)據(jù)的處理經(jīng)驗指導(dǎo)實測雷達數(shù)據(jù)的處理,多個實測數(shù)據(jù)的處理結(jié)果與對應(yīng)的極化率結(jié)果對比發(fā)現(xiàn),兩者異常位置基本一致。因此,證明了探地雷達測量鐵路路基含水率的方法是有效的、可靠的。并且該方法具有無損傷、分辨率高、低成本的特點,具有一定的推廣價值。為了推廣這一方法的使用,并且能夠讓它在實際工作中提高數(shù)據(jù)處理效率,開發(fā)了一套能夠快速處理實測數(shù)據(jù)的軟件系統(tǒng)。該軟件是基于Matlab的GUI環(huán)境完成的,具有快速、高效、準確的處理數(shù)據(jù)并具有成像的功能。
[Abstract]:With the rapid development of China's economy, the high speed rail has entered our life. In the railway construction in the northeast and Qingzang areas of China, freezing in winter has made frost heave in the high water content area, which has become one of the major hidden dangers for the railway running speed and safety. Therefore, the problem of the water content of the railway subgrade can not be ignored. It is a shallow geophysical technology using electromagnetic wave for nondestructive detection. Using ground penetrating radar to detect the water content of railway subgrade is a research hotspot in recent years. The main content of this paper is to make use of ground penetrating radar to detect the moisture content of railway subgrade accurately, and to prove the effectiveness and feasibility of this method. There are many successful precedents in the study of near surface water content detection at home and abroad. At present, there are 4 main methods to measure soil water content by Ground Penetrating Radar: reflection wave method, drilling radar method, ground wave method and reflection coefficient method, in which the reflection wave method is commonly used. The common center point method (Common mid-point for short CMP) is a reflection wave method. A measuring method is used to measure the original data of the railway subgrade by this method. The principle of velocity analysis is the main theoretical basis for extracting formation velocity information of CMP data. Because the railway subgrade is a horizontal layered medium, the superposition velocity obtained by the velocity analysis is the mean square root speed. The Dix formula can be used to make use of the formula can be used. It is converted into layer velocity, thus the.Topp formula of the subsurface dielectric constant distribution is obtained to characterize the relationship between the dielectric constant and water content, and then the underground water content is obtained. After obtaining some underground water content, the subsurface water cut profile is presented by interpolation. Because the thickness of each layer of the railway base is relative to the radar signal Mai Chongkuan. In order to accurately extract the water content of the railway subgrade, this paper is based on the actual railway subgrade, based on the GprMax platform, and analyzes the radar response under the different model conditions, and gives the forward results. In the process of analysis, the problems from multiple wave and refraction interference are found. In order to solve this problem, an optimal path set velocity analysis method is proposed. This method can effectively solve the above problems and pick up the information of the formation accurately. In order to allow the optimal path set method to be suitable for more different railway subgrade. In the case of a large number of numerical simulations and summing up the optimal angle, its size is 75 degrees. In the process of velocity analysis, the effect of refraction and multiple waves on velocity analysis can be reduced as long as the reflection angle is less than the optimal angle. The optimal angle is applicable to the velocity of different dielectric constant of different thickness. The influence of antenna frequency, time correction and antenna moving step on detecting the water content of railway subgrade is further analyzed. It is found that high frequency antenna can eliminate the influence of a part of multiple waves; time correction has a great influence on the result of velocity analysis; the antenna shift step can provide a reliable basis for data acquisition. The rate method is a more reliable method to reflect the abnormal position and relative size of the water content. Using the experience of processing the simulated data to guide the processing of the measured radar data, the results of the processing of the measured data and the corresponding polarizability results show that the two abnormal positions are basically the same. Therefore, it is proved that the ground penetrating radar is used to measure the railway road. The method of base water content is effective and reliable. And the method has the characteristics of no damage, high resolution and low cost. It has a certain popularization value. In order to promote the use of this method, and can make it improve the efficiency of data processing in actual work, a set of software system which can quickly process the measured data is developed. It is based on Matlab's GUI environment. It has the function of data processing and imaging with fast, high efficiency and accuracy.
【學位授予單位】：吉林大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：U213.1;P631.3

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本文編號：2102295