隧道衬砌内部空洞探测的FDTD正演模拟与试验研究

针对隧道衬砌内部空洞缺陷,基于时域有限差分(FDTD)法,对探地雷达电磁波在空洞缺陷衬砌内的传播过程进行正演模拟,分析空洞横向直径变化对电磁波反射响应特征影响,进而设计两类不同尺寸的空洞模型,测试探地雷达在规则空洞的反射响应特征。结果表明:随着空洞横向直径的增大,正演合成图显示的空洞反射响应特征表现为由双曲线逐步向矩形变化,探地雷达实测规则空洞的反射响应特征为双曲线,与正演模拟结果一致,为识别雷达图谱提供有效的支持,提高后续解译的可靠性,为地质雷达探测隧道衬砌内部空洞缺陷的结果提供可靠的解释依据。     

探地雷达在隧道衬砌缺陷检测中的应用

研究目的:隧道衬砌缺陷是隧道检测的一个重要内容,探地雷达在隧道衬砌检测方面具有显著的效果和广泛的应用空间,分析总结典型衬砌缺陷的探地雷达波形特征,对于隧道衬砌检测具有参考意义。研究结论:通过研究可知,隧道围岩比衬砌雷达反射信号振幅大,且波形杂乱;衬砌钢结构的雷达反射信号外观上呈现双曲线特征,但钢筋的双曲线幅度窄,钢拱架的双曲线纵向延伸大,横向延伸小;衬砌空洞与围岩空洞的反射波同相轴错乱,有多次反射特征,反射波能量强,频率低。     

隧道衬砌病害探地雷达三维正演模拟及工程验证

从Maxwell旋度方程出发,通过引入复介电常数和复磁导率,推导导电介质UPML吸收边界在考虑和不考虑磁损耗情况下各区的电场和磁场分量的时域差分公式。通过选取各区不同的匹配参数,建立模型区与UPML吸收边界电场和磁场分量的统一离散差分公式。用MATLAB语言编制基于UPML吸收边界的图像可视化的探地雷达三维正演模拟程序。正演模拟衬砌内方形空洞三维地电模型,揭示方形空洞在不同显示剖面上的图谱特征。单剖面的响应特征类似"平锅盖形",z方向切片图定出空洞的形状;反射界面呈强负相反射异常,在立体剖视图中,空洞角点位置产生了2个交叉的双曲线绕射波。将该方法应用于现场隧道衬砌质量的检测,并开孔验证。结果表明:不密实区反射界面多且不规则,同相轴错断、零乱、不连续的较强反射能量团块状异常;在z方向切片图上能清楚反映隧道衬砌密实程度,并且判译直观、准确。     

探地雷达数值模拟及其在隧道检测中的应用

利用时域有限差分(FDTD)方法,对隧道工程检测中常见检测目标进行数值模拟,分析脱空、单层钢筋、双层钢筋等目标体的探地雷达反射信号图像特征,并对隧道检测中的雷达信号图像采用遗传算法进行反演,引入目标相关系数用于反演结果全局寻优,实现对多次反射的压制,降低浅部钢筋反射信号对识别深部目标体的影响。通过对数值模拟结果进行反演,证明该方法理论上的有效性,并结合工程实践中的应用效果,说明该方法的优点与局限性。     

电气化铁路隧道衬砌质量检测精度研究

针对我国既有电气化铁路隧道,空气耦合式探地雷达开始应用于隧道衬砌质量检测当中,其检测精度成为其应用的关键。应用Gpr Max二维模拟软件,结合空气耦合式探地雷达实际检测背景,对隧道衬砌5种实际工况进行模拟。通过建立各种工况不同尺寸隧道病害模型,对分界层进行识别,并对其进行逼近分析,计算衬砌及病害层厚度。根据反射回波特性,分析隧道衬砌及病害界面反射时间,探究空气耦合式探地雷达对隧道病害识别的精度,研究证明检测结果可以很好反映隧道衬砌实际情况。对探地雷达隧道检测数据分析及检测结果判定提供了理论依据,为探地雷达隧道衬砌质量在实际应用中隧道缺陷和病害能否识别以及识别分辨率问题提供了依据。     

含缺陷高铁隧道衬砌探地雷达检测模型试验

依托银西高铁某隧道建立含缺陷高铁隧道衬砌模型,采用900和400 MHz探地雷达天线分别进行检测试验,在分析雷达剖面缺陷表现形式的基础上,总结缺陷处波形特征和频谱特征;提出1种利用点状物体反射双曲线确定雷达波零线位置并反演雷达波传播速度,进而计算隧道衬砌厚度的方法;通过在模型中对应位置钻孔取芯,验证采用雷达波波形特征和频谱特征识别隧道衬砌缺陷的准确性和衬砌厚度计算方法的精度。结果表明:雷达波波形特征和频谱特征可用于辅助识别衬砌缺陷类型,2种天线对衬砌中空洞缺陷和钢筋分布的探测效果良好,能探测到面积不足0.1 m~2的空洞;计算8处设计缺陷的衬砌厚度,最大相对误差4.11%,平均相对误差1.53%,衬砌厚度计算方法具有较高的精度;目标体埋藏深度对检测结果的影响远大于目标体规模,如探测埋深较大的目标体,需提高设备的发射功率或降低天线的中心频率;缺陷检出率与缺陷规模、测线密度等因素相关,可通过增加测线数量来提高缺陷检出率。     

探地雷达天线阵技术在隧道衬砌质量检测中的应用

介绍了探地雷达基本原理、工作方法及天线阵技术原理.结合工程实例,详细阐述了用探地雷达天线阵技术检测隧道衬砌中衬砌厚度、混凝土衬砌疏松高含水、拱架与钢筋网、初衬与二衬之间脱空区等,并给出了相应的雷达图像和波形特征,实践证明探地雷达天线阵技术检测效率高,效果好.     

无砟轨道CA砂浆层病害探地雷达检测及三维正演模拟

无砟轨道在长期列车荷载与外部环境的作用下其结构中CA砂浆层会出现空洞、脱空等损伤病害,这些损伤病害对铁路运营的安全产生巨大了的威胁.因此,对无砟轨道CA砂浆层的病害的防治与检测显得尤为重要.通过对多种无损检测方法的比对择优,采用探地雷达的探测方式,基于时域有限差分法编制Matlab程序,对地电模型进行三维正演模拟,确定探地雷达技术的可行性,而后建立无砟轨道板物理模型,在CA砂浆层设置不同大小的空洞病害,并使用探地雷达对模型进行探测,验证技术的可行性.研究结果表明:轨道板中分布的钢筋网对无砟轨道CA砂浆层病害的检测有着不同程度的影响;设置正反探测路线,能够准确识别出处于钢筋网环境下的病害的位置;随着空洞直径的逐步缩小,空洞的信号特征成减弱趋势.     

地质雷达信号定量识别用小波基选取的正演及模型试验研究

针对隧道衬砌结构地质雷达检测信号分析用小波基函数难以选取及信号特征点信息不易提取的问题,在小波分析原理及信号特征点识别理论基础上,从各小波基函数基本性质出发对适用于地质雷达信号分析用小波基进行初步选取.构建含空洞地质雷达正演模型,开展含空洞沙槽模型地质雷达探测试验.基于初选的小波基函数,采用小波时-能密度法对空洞检测信号进行特征点提取与空洞尺寸量化分析,并对适用于地质雷达信号奇异性检测的最优小波基进行分析和优选.研究结果表明:小波时-能密度谱法对信号特征点的突出和放大作用非常明显,该方法能更准确、快速地确定奇异点所在位置;相对于Bior3.9双正交基,由Bior2.6小波基计算得出的空洞位置信息与实际值更接近,该小波基更适合用于地质雷达信号奇异性检测中,研究结果可为隧道衬砌结构质量缺陷的准确识别与定位提供理论基础与参考.     

隧道二衬背后空洞智能化检测和预防技术撤回

目前隧道衬砌质量检测方法仍然以“地质雷达+敲击法”为主,敲击法存在检测效率低、精度低、受人为因素影响大,容易出现漏检误检等诸多问题。为了提升敲击法在隧道衬砌检测中的有效性,基于敲击回声研究了隧道衬砌智能化检测新技术,通过采用自动敲击、声音自动采集和智能识别方法,在数值仿真的基础上从时域、频域、时频域维度提取隧道衬砌空洞特征参数,进一步建立对正常回声与空响回声的识别模型,针对空洞识别模型进行的模拟实验和实际隧道现场试验,数据结果表明,智能化检测新技术的空洞识别正确率达90%以上,可以有效识别空洞,实现隧道衬砌智能化检测。同时结合后期智能预防措施,采用最新衬砌空洞预防技术,可最大程度地减少和避免空洞的出现,以确保隧道运营安全。     

铁路隧道整体式衬砌地质雷达检测模拟试验研究

根据我国铁路隧道模筑混凝土整体式衬砌结构,足尺寸施做整体式衬砌试件模型,并设置衬砌背后空洞、回填不密实等典型工况,进行地质雷达检测模拟试验。试验结果表明:地质雷达扫描图能反映各种预先设置的衬砌背后空洞、回填不密实等衬砌异常情况;并出现强反射区、同相轴连续等典型特征;衬砌及衬砌背后回填不密实厚度在准确测定各介质层相对介电常数条件下,能够进行定量分析,检测精度可达±4cm;衬砌背后空洞厚度则可通过其与反射波振幅比的线性关系计算。模拟试验结果可为实际工程地质雷达检测结果定性、定量解释提供参考。     

华北丘陵区某隧道岩溶发育特征及处理措施研究

以华北丘陵区某岩溶隧道为例,为探明该隧道岩溶发育规律及成因,并据此提出具体的施工处治措施。对该隧道工程地质及水文地质特征进行综合分析,并在勘测及施工期间进行地质测绘、超前地质预报及地质雷达等一系列工程地质和物探工作。结论:该隧道岩溶为地下水沿裂隙溶蚀形成的竖向为主、弱发育、裂隙型无充填物岩溶;探地雷达及超前水平钻相结合的超前预报对隧道岩溶探测效果良好有效;采用"超前预报、注浆固结、超前支护、堵排结合、加强监测"等手段,对不同位置不同类型的溶腔进行针对性处理,现场显示处治措施效果良好。     

铁路GPR检测数据智能管理分析系统的研究与设计

为提高铁路基础设施检测探地雷达数据处理效率,提出了一种铁路探地雷达(GPR)检测数据智能管理分析系统方案。结合铁路基础设施检测工程需求与探地雷达数据特点,开展系统需求分析和设计。优化数据管理、工作流处理、交互解释和统计分析等步骤,克服目前软件的不足;利用Hadoop大数据技术进行多通道探地雷达数据的快速处理,实现海量探地雷达文件的并行计算;利用深度神经网络技术对探地雷达图像进行智能识别。对高铁隧道衬砌检测车采集的数据进行系统应用测试,测试效果显示,该系统可以提高探地雷达检测数据的管理和处理效率,推动铁路基础设施探地雷达检测向信息化、智能化和标准化发展。     

地质雷达技术在铜黄高速公路隧道质量检测中的应用

介绍了探地雷达检测方法的基本原理、野外工作方法、参数设置以及资料处理流程，并通过两个工点的应用实例说明这种检测方法的可行性，为建设单位评估隧道工程质量提供可靠的检测资料。     

超低频地质雷达在岩溶勘探中的应用研究

研究目的:高频及中低频地质雷达在工程质量检测及浅部岩溶、洞穴的探测中已得到广泛应用,但在勘察设计阶段的较深部(15～40 m)路基岩溶探测中需要采用更低频率地质雷达进行探测。通过对超低频雷达组合天线的应用研究,可采用改变组合频率实现某些特殊情况下大深度的岩溶探测,以弥补传导类电法勘探的不足。研究结论:超低频雷达组合频率在某些较厚覆盖层场地条件下可取代常规直流电法,由于地表坚硬或地形起伏较大所带来的应用能力不足,从而可提高路基岩溶勘探精度及效率。针对不同场地条件下的各种雷达空气回波干扰特征进行了分析并找到了较合理的处理方式,在实际应用中取得了较好的岩溶探测效果。     

背后空洞引起高速铁路隧道衬砌裂缝形态的FEM对比分析

衬砌背后空洞和衬砌开裂是威胁高速铁路隧道行车安全的最主要问题。高速铁路隧道衬砌背后空洞不仅是威胁隧道结构安全的重要因素,更是造成衬砌结构开裂最主要的原因。通过基于虚拟裂缝模型的扩展有限元方法(XFEM)和基于弥散裂缝模型的常规有限元分析方法(CFEM)的地层结构模型,对高速铁路隧道衬砌拱肩背后一定范围内空洞引起的衬砌开裂形态进行数值模拟分析,开裂形态表现为拱肩背后空洞近拱顶边缘的二次衬砌内侧开裂,同时初期支护环向贯通开裂。研究表明,扩展有限元法能较好地描述衬砌开裂的走向、长度等开裂形态以及扩展规律等,而ANSYS中的SOLID65单元能实现对衬砌背后空洞引起衬砌开裂范围的定性描述,两者之间相互补充和相互验证能较为准确地描述衬砌开裂的几何信息,进而有助于衬砌结构开裂应力场分析。     

隧道质量无损检测中雷达波形分析与探讨

通过对不同衬砌类型下的衬砌密实性、拱架的特征波形做进一步地梳理和深入探讨,分析不同衬砌工况下空洞、拱架对应的主要判定特征;对衬砌结构划分类别,并对衬砌密实性、拱架的判定特征在不同衬砌工况下多条隧道雷达波形差异性进行分析和对比,总结出不同衬砌工况下的共性。在隧道二次衬砌内无钢筋布设时,空洞和拱架之间存在影响,但可以判定;在隧道二次衬砌内存在钢筋布设时,钢筋对背后的脱空和拱架具有屏蔽作用,影响雷达图像的判释。     

衬砌脱空雷达波数值模拟与定量解释

地质雷达是隧道衬砌脱空病害检测主要方法,常规探测理论是以菲涅尔带半径为最终空间分辨率,小于该半径的脱空不能识别,而大于该半径的脱空在定量解释上也存在困难。针对隧道脱空检测常用900 MHz天线,采用时域有限差分对不同脱空量的模型进行雷达波数字模拟计算,并合成雷达记录剖面。在分析脱空区域顶、底反射叠加波形特征及振幅变化的基础上,给出不同脱空量模型的波形双峰极值点幅度变化规律,提出基于极值点振幅比反演脱空量的解释策略,并给出反演结果的拟合算法。该策略不仅为脱空区脱空量分析提供一条途经,同时为地质雷达在脱空定量解释方面提供有效的技术手段。     

高速铁路路基工程岩溶注浆效果无损检测评估方法研究

以京沪高速铁路山东段岩溶区路基处理为依托,研究探地雷达无损检测技术应用和判识指标特征。通过理论分析和测试,研究确定试验段岩溶化岩体和覆盖土层探地雷达测试需求参数;确定针对具体试验点雷达频率选取。应用有限元数值分析方法,研究典型溶洞和地层特征。选择典型岩溶进行现场模拟注浆试验,研究注浆前后典型岩溶雷达图像特征。在高速铁路注浆施工现场选择典型地段,结合钻孔勘查,分别应用不同频率雷达,以测线和测网方式,进行岩溶注浆效果雷达图像判识试验。综合试验和分析结果,给出岩溶注浆效果探地雷达无损检测判识特征指标表。