發(fā)布時(shí)間：2019-11-29 21:13

【摘要】：瀝青混凝土是典型的多相離散隨機(jī)介質(zhì),為了研究瀝青混凝土各結(jié)構(gòu)層的空隙率與探地雷達(dá)波場(chǎng)特征之間的關(guān)系,本文基于瀝青混凝土各結(jié)構(gòu)層對(duì)應(yīng)的多相離散隨機(jī)介質(zhì)模型參數(shù),應(yīng)用量化約束多相離散隨機(jī)介質(zhì)模型建模算法,構(gòu)建了不同空隙率的多相離散隨機(jī)介質(zhì)三維模型,并基于商用屏蔽型蝶形天線三維模型數(shù)值模擬了探地雷達(dá)波在其中的傳播特征,研究了多相離散隨機(jī)介質(zhì)空隙率與探地雷達(dá)波場(chǎng)特征之間的關(guān)系.研究結(jié)果表明:在半無限空間中,多相離散隨機(jī)介質(zhì)的空隙率越大,探地雷達(dá)波散射越強(qiáng)烈、地面直達(dá)波正相位振幅越強(qiáng);對(duì)于上、中、下面層厚度分別為4 cm、6 cm、8 cm的層狀多相離散隨機(jī)介質(zhì),地面直達(dá)波正相位振幅強(qiáng)度主要取決于上面層多相離散隨機(jī)介質(zhì)空隙率大小,受中面層多相離散隨機(jī)介質(zhì)空隙率的影響較小;地面直達(dá)波負(fù)相位的振幅強(qiáng)度主要與中面層多相離散隨機(jī)介質(zhì)空隙率大小相關(guān),其振幅強(qiáng)度隨空隙率的增大而增強(qiáng),且地面直達(dá)波正、負(fù)相位振幅強(qiáng)度與下面層多相離散隨機(jī)介質(zhì)空隙率無關(guān);下面層多相離散隨機(jī)介質(zhì)的空隙率與下層介質(zhì)分界面之間的反射波振幅強(qiáng)度成正比例關(guān)系.研究結(jié)果為探地雷達(dá)定量估算瀝青混凝土各結(jié)構(gòu)層的空隙率提供了理論依據(jù).
【圖文】：

2016，31(4)郭士禮，等:探地雷達(dá)定量估算多相離散隨機(jī)介質(zhì)空隙率方法研究(www．progeophys．cn)圖1不同空隙率的多相離散隨機(jī)介質(zhì)三維模型(a)空隙率=4%;(b)空隙率=8%．Fig．1Three-dimensinalmodelsofMultiphasediscreterandommediumwithdifferentporosities相離散隨機(jī)介質(zhì)三維模型(瀝青膠漿率=1－空隙率－骨料率)，模型網(wǎng)格數(shù)200×200×200，網(wǎng)格間距Δx=Δy=Δz=0.5cm，圖1給出了空隙率分別為4%、8%(模型編號(hào)為A5、A9)的多相離散隨機(jī)介質(zhì)三維模型．瀝青混凝土中面層與下面層對(duì)應(yīng)的不同空隙率的多相離散隨機(jī)介質(zhì)三維模型建模方法與此類似．2半無限空間中空隙率對(duì)探地雷達(dá)波場(chǎng)的影響在探地雷達(dá)三維數(shù)值模擬中，激勵(lì)源通常采用理想化的點(diǎn)源，而在探地雷達(dá)檢測(cè)路面質(zhì)量時(shí)使用的通常是商用屏蔽型蝶形天線．點(diǎn)源不具備商用屏蔽型蝶形天線的以下特征:(1)商用屏蔽型蝶形天線為有方向性天線(Lampeetal．，2003);(2)商用屏蔽型蝶形天線為典型的線極化天線(ＲadzeviciusandDaniels，2000);(3)商用屏蔽型蝶形天線通常具有波形拖尾和振鈴效應(yīng)(Uduwawalaetal．，2004);(4)商用屏蔽型蝶形天線通常設(shè)計(jì)為吸波材料填充的背腔式屏蔽天線(LampeandHolliger，2005;UduwawalaandNorgren，2006)．時(shí)域有限差分(Finite-DifferenceTime-Domain，F(xiàn)DTD)法能精確描述蝶形天線的幾何特征，，方便靈活地實(shí)現(xiàn)電阻加載和背腔及吸波材料的設(shè)計(jì)．為此，本文依據(jù)主頻為900MHz的某商用屏蔽型蝶形天線的幾何特征、激勵(lì)源、電阻加載形式、屏蔽吸波機(jī)理，建立其三維FDTD模型．為了研究探地雷達(dá)波在不同空隙率的瀝青混凝土上面層中的傳播特征，作者對(duì)半無限空間中的不同空隙率的多相離散隨機(jī)介質(zhì)進(jìn)行探地雷達(dá)三維數(shù)值模擬．模型區(qū)域網(wǎng)格數(shù)為150×120×120(x×y×z)，空

地球物理學(xué)進(jìn)展www．progeophys．cn2016，31(4)圖2電場(chǎng)分量在不同空隙率多相離散隨機(jī)介質(zhì)中的波場(chǎng)快照(a)、(c)、(e)中空隙率為4%;(b)、(d)、(f)中空隙率為8%;(a)、(b)為三維波場(chǎng)快照;(c)、(d)為Eplane面上的二維波場(chǎng)快照;(e)、(f)天線所在平面的二維波場(chǎng)快照．Fig．2Wave-fieldsnapshotsofindifferentporositiesmultiphasediscreterandommedium線為式(2)的擬合曲線．從圖中可以看出，兩條擬合曲線基本重合，地面直達(dá)波正相位振幅強(qiáng)度隨多相離散隨機(jī)介質(zhì)空隙率的增大而增強(qiáng)，具有明顯的規(guī)律性．3層狀介質(zhì)中空隙率變化對(duì)探地雷達(dá)波場(chǎng)的影響公路路面結(jié)構(gòu)層為典型的層狀結(jié)構(gòu)，因此模擬層狀多相離散隨機(jī)介質(zhì)不同空隙率的探地雷達(dá)波場(chǎng)特征，更有助于定量估算瀝青混凝土各結(jié)構(gòu)層的空隙率．作者依據(jù)公路瀝青混凝土面層的層狀結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)了一個(gè)四層體系結(jié)構(gòu)的層狀介質(zhì)模型，從上往下依次為:1)厚度為4cm的細(xì)粒式瀝青混凝土上面層;2)厚度為6cm的中粒式瀝青混凝土中面層;3)厚度為8cm的粗粒式密級(jí)配瀝青混凝土下面層;4)最下層為介電常數(shù)εr=11的均勻介質(zhì)．第一、二和三層均為多相離散隨機(jī)介質(zhì)．1812

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前8條

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【共引文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

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本文編號(hào)：2567618