近年來,我國(guó)的隧道工程技術(shù)發(fā)展非常迅速,公路隧道、鐵路隧道、城市地鐵隧道的發(fā)展可謂是齊頭并進(jìn),我國(guó)已然成為世界隧道工程第一大國(guó)。但受到水文、地質(zhì)、氣候等自然條件和施工、運(yùn)營(yíng)等人為條件的影響,隧道襯砌會(huì)出現(xiàn)不同程度的質(zhì)量缺陷及病害,這些缺陷和病害會(huì)影響到隧道的運(yùn)營(yíng)安全和使用壽命,甚至導(dǎo)致安全事故。為了保證隧道的正常通行,必須定期對(duì)隧道襯砌進(jìn)行檢測(cè)和評(píng)估。目前探地雷達(dá)已經(jīng)成為了隧道檢測(cè)的首選技術(shù)手段,由于受到地形、地質(zhì)條件,以及施工質(zhì)量等諸多因素的影響,襯砌缺陷的成因和形態(tài)比較復(fù)雜,在實(shí)際探測(cè)中對(duì)襯砌缺陷的檢測(cè)和識(shí)別仍然存在著一些難題。在隧道襯砌的諸多缺陷中,對(duì)襯砌空洞的有效識(shí)別是不能忽視的一個(gè)重要課題,為了探究隧道襯砌內(nèi)部空洞的雷達(dá)圖像所呈現(xiàn)的規(guī)律,本文基于時(shí)域有限差分法(FDTD),運(yùn)用GprMax3.0軟件開展了如下工作:(1)建立了不同大小、不同形狀、不同深度和不同填充介質(zhì)的混凝土空洞模型,對(duì)這些空洞模型進(jìn)行正演模擬,得到雷達(dá)圖譜,分析并總結(jié)了這些典型空洞模型的雷達(dá)成像規(guī)律,得出了判別空洞的大小、埋深、形狀以及空洞中所含介質(zhì)類型的理論依據(jù),為空洞目標(biāo)的實(shí)測(cè)和有效識(shí)別奠定了理論基礎(chǔ)。(2)設(shè)計(jì)了空洞物理模型試驗(yàn),使用RAMAC系列雷達(dá)X3M主機(jī)和Groundvision2數(shù)據(jù)采集軟件完成了空洞模型的試驗(yàn)和數(shù)據(jù)的收集和整理工作。對(duì)收集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行背景去除和F-K濾波處理,得到雷達(dá)實(shí)測(cè)結(jié)果中空洞目標(biāo)的有效信息,找到了空洞目標(biāo)的大致位置及尺寸,對(duì)處理后的雷達(dá)圖像和正演模擬結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析,對(duì)正演模擬結(jié)果的準(zhǔn)確性進(jìn)行了驗(yàn)證。(3)結(jié)合工程實(shí)例對(duì)隧道襯砌檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行分析,找到了位于隧道襯砌背后的不密實(shí)區(qū)域,并對(duì)不密實(shí)區(qū)域的位置作出了判斷,提出了相應(yīng)的解決辦法,對(duì)隧道襯砌的質(zhì)量作出了評(píng)價(jià)。本論文分析方法為隧道襯砌空洞的檢測(cè)和有效識(shí)別提供了新的思路,為運(yùn)用探地雷達(dá)對(duì)隧道襯砌質(zhì)量進(jìn)行檢測(cè)、評(píng)估以及健康診斷奠定了初步的技術(shù)基礎(chǔ)和理論依據(jù)。
【學(xué)位單位】：長(zhǎng)沙理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：U456
【部分圖文】：

性的介質(zhì)時(shí)會(huì)發(fā)生反射、折射以及衍射，反射的電磁波被接收天線所接收，經(jīng)過信號(hào)處??理和數(shù)據(jù)分析形成雷達(dá)波的反射圖像，根據(jù)反射波的波形特征和振幅等情況可以推測(cè)出??地下介質(zhì)的分布情況及屬性。探地雷達(dá)工作原理較為簡(jiǎn)單，如圖２．１所示。??ＴｘＣ３?Ｘ?＾＞Ｒｘ??轚鼸醬雄ｓｇ雄＞＾鼸蘧鑤齎軀馥遊醬ｓ篇ａｓ逾雄螌題趣ｓｓｓ轚級(jí)ｋ轚ｙ醬驩繳磁發(fā)鱅轚Ｉ??圖２．１探地雷達(dá)工作原理圖??１０??

分界面發(fā)生發(fā)射，另一部分入射波穿過分界面?zhèn)鞑サ浇橘|(zhì)２中。假設(shè)這兩種介質(zhì)的介電??系數(shù)和磁導(dǎo)率分別為（＾，／／Ｉ）和（〇，?￥），電磁波在兩個(gè)介質(zhì)邊界上的反射和折射如??圖２．２所示。??入射??介質(zhì)丨?ａ?反射波??賴懸＿賴＿??圖２．２電磁波的反射與折射??用０／，０，．，和０，分別表不入射角、反射角和折射角，波阻抗Ｚ?＝?反射波的??電場(chǎng)強(qiáng)度與入射波電場(chǎng)強(qiáng)度幅值的比值為反射系數(shù)ｉ？，折射波電場(chǎng)強(qiáng)度與入射波電場(chǎng)強(qiáng)??度的比值為透射系數(shù)Ｔ。從介質(zhì)１和介質(zhì)２界面的反射系數(shù)和透射系數(shù)可以用公式（２．５）??和公式（２．６）表７Ｋ，透射率Ａ？的表達(dá)式見式２．７。??＝Ｚ２ｃｏｓｄｒＺｌｃｏｓｅｔ??１２?Ｚ２ｃｏｓ９ｉ＋Ｚｘｃｏｓ６ｔ?？??Ｔ?２Ｚ１ｃｏｓ６ｉ??１２?Ｚ＾ｃｏｓｄ＾Ｚｘ?ｃｏｓ６ｔ??ｓｉｎＯｊ??”?（２．７）??１２??

圖２．３菲涅爾帶示意圖??波到達(dá)介質(zhì)分界面時(shí)會(huì)以一個(gè)中心點(diǎn)發(fā)生反射，這些反射波彼此能量累加或相減的干涉帶，也叫菲涅爾帶。在第一菲涅爾帶內(nèi)，差為Ａ／２，此時(shí)電磁波發(fā)生的是同向疊加，反射波得到了加強(qiáng)；條反射波的光程差為Ａ，這時(shí)電磁波反向疊加，電磁波的振提出前后兩個(gè)反射波的波程差不應(yīng)該超過四分之一波長(zhǎng)，ＡＪ．Ｂｅｒ超過八分之一波長(zhǎng)。通�？梢杂檬剑ǎ玻梗﹣碛�(jì)算雷達(dá)能探測(cè)的最Ａ／？?＝?ｙｆｌｄ?＝?—??；代表目標(biāo)深度，單位為ｍ。??直分辨率??
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本文編號(hào)：2857116