刚性路面脱空尺寸对探地雷达反射信号影响分析

根据雷达电磁波在路面结构中的传播特性,建立了雷达电磁波在脱空刚性路面结构层中的传播模型,并基于此模型模拟了矩形、十字形及圆形脱空形态下雷达电磁波的反射信号,研究了脱空尺寸对雷达反射信号的影响。结果表明:脱空水平尺寸主要影响脱空上下界面反射波幅的大小,竖向尺寸主要影响脱空下界面反射波峰出现的时延。研究成果探索了探地雷达识别刚性路面板下脱空大小的可行性,也为实际应用提供了重要的技术支持。     

基于辛方法模拟探地雷达电磁波在道路结构层中的传播

模拟电磁波在层状体系中的传播是利用探地雷达检测路面结构层厚度的关键问题。辛算法是求解Hamilton系统的保结构方法,该方法在计算过程中随时间的推进始终是辛变换,保持了系统的总能量守恒。在有关整体性,稳定性,和长期跟踪能力等方面的计算中,具有很大优势。虽然由于路面材料的耗散性质,路面结构已经不能看做经典Hamilton系统,但是辛算法依然可以应用。利用二阶精度的辛分块龙格库塔方法模拟探地雷达电磁波在路面结构层中的传播,并将模拟波形与实测波形进行对比,验证算法的正确性和适应性。     

地质雷达波频率与围岩等级相关关系统计分析

雷达波频率反映了组成地层的岩性变化,有助于识别地层,当电磁波通过不同介质界面时,电磁波频率将发生明显变化。为研究区域地质情况与地质雷达波频率的关系,在大量地质雷达隧道超前预报报告和实测数据的基础上,通过对不同围岩类型雷达波频率的统计,按照围岩等级、岩性、水文情况3个方面进行了分析。通过分析得出地质雷达波频率与围岩等级相关关系的统计分析结果： 不同等级围岩的雷达波频率范围有明显差异,围岩工程性质差,频率变低;不同水文状况的同等级围岩,波形频率分布无明显变化。     

探地雷达在路基路面病害检测中亟待解决的问题

由于路基路面异常体病害探地雷达探测中存在的诸多问题,主要针对地下散射波进行讨论,认识了异常"点元"的电磁波响应特征,通过数值模拟和物理模拟结果来揭示电磁波的叠加原理,只有当异常体上的某个"点元"所形成的散射波被位于其正上方的雷达仪器以首波的形式记录时,该记录点所对应的水平位置才是该"点元"所在的实际位置。     

水泥混凝土路面板下脱空的路面雷达电磁波模拟

文章建立了路面雷达电磁波在水泥混凝土路面结构中传播的二维时域有限差分(2D-FDTD)方程,并针对空气耦合式天线雷达进行了水泥混凝土路面板下存在脱空病害的路面雷达电磁波模拟。文章进一步分析了水泥混凝土板下脱空出现水充空洞及气充空洞两种情况的路面雷达回波特性。     

水泥混凝土路面板下脱空的路面雷达电磁波模拟

建立了路面雷达电磁波在水泥混凝土路面结构中传播的二维时域有限差分(2D-FDTD)方程,并针对空气耦合式天线雷达进行了水泥混凝土路面板下存在脱空病害的路面雷达电磁波模拟。进一步分析了水泥混凝土板下脱空出现水充空洞及气充空洞两种情况的路面雷达回波特性,本文的研究对路面雷达技术应用于水泥混凝土路面脱空病害检测实施具有重要的理论参考意义。     

基于空气耦合式探地雷达探测的衬砌层位特征识别的正演模拟

采用探地雷达进行隧道衬砌检测时,需要准确提取衬砌的层位特征（含相应病害信息）。采用空气耦合式探地雷达对隧道衬砌质量进行检测,基于GprMax2D和Matlab为平台环境,对衬砌层位特征识别进行研究。主要研究及结论如下： 1）对多种实际工况的衬砌形式进行二维正演模拟分析,并对电磁波在多层介质中反射特征进行研究。研究表明,探地雷达反射回波的起始位非零,而电磁波在介质分界层处发生反射的时刻取决于电磁波所传播层面的厚度,当2层介质差别较大或2层介质之间有空气存在时,反射时刻位于波形的最大波峰或波谷所在位置,而与脉冲源的位置和第2层介质的介电常数无关。 2）根据隧道衬砌的分层特征,在实际隧道衬砌中,对探地雷达数据和实际干扰因素进行分析处理,对与理论反射时间误差太大的进行修正。研究成果对应隧道衬砌层位及病害性状识别均具有指导和借鉴意义。     

探地雷达收发天线极化方向变化对其电磁波响应的影响

通过物理模拟实验研究表明,利用探地雷达收发天线极化方向变化对其电磁波响应实验与分析成果,可以检测路面的结构层、路基潜在的问题和隐患,实现无损、高效、低耗检测,采集的数据连续、完整、可靠,探地雷达收发天线极化方向变化对其电磁波响应的影响研究为路基路面病害快速检测与评定奠定了基础。     

沥青路面剥落的路面雷达电磁波模拟

针对空气耦合式雷达,建立了路面雷达电磁波在沥青路面结构中传播的二维时域有限差分(2D-FDTD)方程,并进行了沥青路面面层中存在沥青剥落病害的路面雷达电磁波模拟。模拟结果表明:当沥青路面出现沥青剥落区域后,在路面雷达回波的面层界面和基层界面的正反射波中间出现一负反射波,沥青剥落位置决定着该负反射波将会出现在面层界面反射波和基层界面反射波之间的位置;并且随着沥青剥落区域的竖向厚度增加,该负反射波波幅增大。为利用路面雷达快速检测路面沥青剥落病害提供了理论基础。     

基于路面雷达的水泥路面脱空检测正演模拟与试验分析

针对路面雷达在路面结构层缺陷检测中对判定人员的经验要求高、不同的脱空类型难以区分的问题,采用电磁波时域有限差分法对水泥混凝土路面板底脱空进行正演模拟,分析板底存在不同尺寸气充空洞和水充空洞时的图像差异。通过现场的脱空模拟试验,验证了理论分析结果,提出了路面雷达在水泥路面检测过程中的测试要求。     

应力波在深层搅拌桩中传播特性的数值模拟

通过对应力波在深层搅拌桩中传播过程的数值模拟,分析了不同脉冲荷载、接收点位置、缺陷类型、桩周土体性质对应力波传播的影响,得到不同条件下反射波的信号特征。结果表明:采用橡胶锤激振能够获得较好的信号,接收点位于距桩心0.70R附近处效果最佳;不同缺陷具有不同的反射波特征,具体表现在反射波的相位和振幅上;同时,随着缺陷的增大,桩底反射波的振幅呈减弱趋势。桩周土成层时与单一土层相比,应力波的传播速度明显减小。     

基于探地雷达的隧道衬砌空洞高精度正演识别研究

隧道衬砌空洞易引发衬砌破坏、渗漏水等工程问题,但因衬砌内部金属(如钢筋、钢拱架)对雷达波的屏蔽作用,会增加雷达剖面的复杂性,进而影响检测效果。依托MATLAB软件平台,采用高阶时域有限差分法分别对400 MHz天线和900 MHz天线时隧道衬砌矩形空洞和三角形空洞进行正演模拟。结果表明:高阶时域有限差分法能高精度模拟雷达波在衬砌中的传播特性,展示衬砌中钢筋、空洞、工字钢的反射波、绕射波的能量、振幅、相位特征;900 MHz天线可分辨出长度在0.3 m及以上的界面,远高于400MHz天线的检测精度,但检测界面相对于真实界面小。     

基于波传播法的钢-UHPC组合结构脱粘损伤识别研究

钢-UHPC组合结构作为一种新型结构,其交界面通过栓钉紧密结合,以保证二者协同受力。在实际应用中,若钢-UHPC界面发生脱粘损伤,将不可避免地影响结构使用性能。基于波传播法的PZT测试技术是一种简单有效的现场无损测试方法,可用于钢-UHPC界面脱粘等微小缺陷的检测。设计了钢-UHPC组合梁模型,运用波传播法对实验梁的负弯矩加载历程进行了监测,通过分析接收信号幅值等特征参数,对加载历程中的局部界面脱粘损伤进行了识别,结果表明,波传播法能够较好地识别出钢-UHPC界面脱粘损伤。     

多桩复合地基加固效果评价新思路及波动有限元分析

根据桩土应力比计算水泥搅拌桩复合地基承载力理论,提出了利用桩土平均瑞利波速评价复合地基承载力的一种新思路。汲取以往动力测试方法的理论研究和工程实践,根据波动有限元方法并结合人工透射边界条件,基于平面应变假设,计算分析了在脉冲荷载作用下,桩距对水泥搅拌桩复合地基中波的传播的影响,同时结合试测数据,也证明了新思路的可行性。利用信号的互相关分析技术,分析了沿着波的传播方向上地表各点运动的相关性,计算并分析了瑞利波速与地基土、桩的物理力学性质的关系,并分析了桩土平均波速与桩土模量和测点位置的关系。     

基于谱剖面技术的路基病害地质雷达探测方法研究

路基病害与地质雷达接收到的频率信号是密切相关的,针对北京市道路路面检测的实际需要,进行了路面下空洞及松散区域等隐伏病害的识别研究。通过总结电磁波在地层中传播的响应,分析了仅从时间剖面上识别路基病害的局限性,提出了对数功率谱分析路基隐伏病害的观点,把时间剖面转换为谱剖面。空洞病害对电磁波的频谱响应具有较高灵敏度,利用对数功率谱算法和高斯窗口函数来计算时间窗口的对数功率谱剖面,提高了对空洞这类隐伏病害的识别能力。经过实际测试证明,利用该技术来分析路基隐伏病害具有良好的效果。     

探地雷达检测公路结构层裂缝实用方法研究

在简要介绍探雷达基本原理及裂缝在雷达剖面上的波组特征基础上,从垂直裂缝数学模型开始,由简单到复杂,按照理论分析数值模拟——物理模拟——现场试验这一流程对探地雷达检测裂缝的理论、方法和实际应用效果进行了系统的分析研究。总结出由单一均匀介质到多层均匀介质等不同情况下裂缝的波组特征规律和检测裂缝的基本方法。由公路工程探测实践表明数值模拟、物理模拟和检测应用具有很好的一致性。采用探地雷达检测公路结构层中的垂直裂缝具有充分的理论依据,实践上是切实可行性的。探地雷达检测裂缝时应选取足够小的横向采样点距和适当主频的天线,并采用合理的处理参数对雷达资料进行分析处理,才能得到直观、可靠的裂缝检测结果。该方法可以对公路结构层中隐含的裂缝进行准确定位,为高速公路路况监控和养护提供了一种新的检测手段。     

基于超声导波的钢桥面板纵肋对接焊缝疲劳裂纹检测方法

纵肋对接焊缝疲劳开裂作为钢桥面板结构的重要失效模式之一,严重危害桥梁结构耐久和安全运营。通过引入超声导波技术,结合对接焊缝的几何特点与疲劳失效特征,建立了基于超声导波的钢桥面板纵肋对接焊缝疲劳裂纹检测方法。首先搭建了超声导波裂纹检测试验系统,并结合钢桥面板纵肋对接焊缝疲劳试验,对超声导波检测纵肋对接焊缝裂纹的适用性和准确性进行了验证。在此基础上,通过数值分析方法探究了超声导波在纵肋对接焊缝局部区域的传播机制,并进一步分析了不同焊缝与裂纹参数对超声导波传播的影响规律。研究结果表明:采用超声导波方法能够有效检测钢桥面板纵肋对接焊缝的疲劳裂纹,并确定疲劳开裂的位置;超声导波有限元理论分析与试验测试结果符合较好,验证了有限元模型的正确性;采用单面激励的方式在纵肋中形成的超声导波包括A₀和S₀模态,其中A₀模态占主要部分,超声导波传递至焊缝形成的反射波以A₀模态为主,而较深裂纹形成的反射波以S₀模态为主;不同焊缝和裂纹参数对超声导波的反射波和透射波表现为差异性的影响。所采用的基于超声导波的对接焊缝疲劳裂纹检测方法,可为钢结构桥梁疲劳损伤的检测与监测提供科学依据。