雷达探测桥头搭板脱空方法研究

高速公路桥头搭板脱空痛害影响汽车行驶安全,利用地质雷达探测数据,如何提取此类病害信息,是探测研究的关键.采用常规的反射能量的观点来解释脱空病害存在一定难度,而ARMA谱对弱小信号的频谱变化具有较高敏感性,根据雷达波信号穿过脱空区域产生的谱变化和具有时间局部性特征,提出ARMA谱密度期望值的观点和相应的短时窗滚动谱算法,通过对脱空区模型进行数字模拟计算,给出了短时窗口关键参数的选取和脱空区谱密度期望值的响应特征.利用雷达波短时窗谱密度期望值响应参数的变化在许禹高速公路桥梁搭板脱空探测中得到了应用,验证了技术方法的可行性.     

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。     

公路隧道岩溶构造地质雷达正演与探测实例波形特征对比研究

公路隧道岩溶构造地质预报是地质雷达超前地质预报的重难点,而对岩溶构造的地质雷达反射波形特征识别是预报准确的重中之重。为了准确识别反射波形特征,通过对隧道围岩溶腔中不同填充介质的岩溶构造建立雷达正演模型,模拟研究雷达反射波波形特征。本次模型构建填充情况主要分为空溶腔(空气),充水的溶腔,充泥、砂的溶腔,混合填充的溶腔4类,对应得到其正演反射波形特征为2大类。将模拟结果与探测实例波形特征对比研究,其反射波波形特征作为地质雷达探测预报岩溶构造时可参考的波性特征,定性判别岩溶构造中不同的填充介质情况,以进一步提高预报结果的准确性。     

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。     

隧道衬砌空洞积水模型试验研究

文中通过模拟隧道衬砌空洞积水病害，使用探地雷达对其进行探测，得出雷达原始图像；利用软件分析原始图像得出积水高度，并与实际积水高度进行比较。通过试验得出利用探地雷达定量分析衬砌空洞积水高度是可行的结论。     

孤石形状与岩土介质对孤石探测的影响研究

采用现场试验和数值模拟相结合的方法,针对不同孤石形状、不同周围岩土介质对地质雷达探测孤石结果的影响进行研究。结果表明:不同形状孤石的雷达波形反射曲线形状有差异,其中球状孤石的反射波形大致为一条双曲线,且曲线较为平滑规则,而块状孤石的反射波形为左右两条双曲线与前部扁平线的组合形状;球状和块状孤石反射曲线中间反射能较大,而曲线两侧翼部反射能较小;球状与块状孤石的反射弧跨度随着截面尺寸的增加呈线性增长,且在相同截面尺寸下两者大致相同;在砂土介质中,孤石处的雷达反射波形比在黏土介质中明显,故周围岩土介质对地质雷达探测孤石结果的准确性有一定的影响。     

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。     

探地雷达电磁波正演模拟研究

利用探地雷达技术对路面结构层进行检测时,根据探测要求而采用不同频率的天线,尝试建立了雷达电磁波在结构层中传播的正演模型,通过得到的合成波模拟了其在结构层中传播的规律。根据经典电磁理论,利用傅立叶积分变换,通过典型激励和实测雷达入射波模拟了雷达电磁波在结构层中的传播情况,得到了合成的反射波,并与实际结构层测试雷达波做了比较。结果表明:频率低的情况下,雷达的分辨率较低,结构分层不明显;随着频率的增大,可以清晰区分出结构分层,但只有在高频率的条件下,结构厚度分层的反射信号才是合理的,能比较真实地反映实际情况。     

城市道路土基病害核匹配追踪识别算法

为准确识别道路土基病害以避免路面塌陷事故的发生,采用探地雷达对城市道路进行检测。针对城市非硬化道路和硬化道路土基病害出现的一般规律,首先通过维纳滤波器对探地雷达图像进行一维滤波,在滤波过程中,对增益函数进行倒谱域内的平滑处理,进而得到增强的雷达图像;然后,采用傅里叶变换、小波变换等信号处理方法,得到探地雷达图像在不同变换域的结果,并通过构建傅里叶核函数、多项式核函数、克罗内克核函数等不同的核函数字典,对探地雷达图像在不同变换域的结果进行匹配追踪,比较在不同核函数下的核匹配追踪序列;最后,通过比较不同核匹配追踪序列的差异,分别找出对道路土基水害和空洞病害类型敏感的核匹配追踪序列,通过该序列识别城市道路土基病害的类型。利用基于相关系数的病害度量算法比较核匹配追踪序列,判断城市道路土基病害发生的区域,并通过算法识别非硬化道路与硬化道路的地下病害。结果表明:病害类型及范围与实际情况相符,水害和空洞均能得到有效识别;通过5组城市道路探地雷达探测数据集验证了算法的有效性,识别准确率达到了99%以上;利用核匹配追踪算法处理探地雷达图像有助于城市道路土基病害识别,可减少路面塌陷事故的发生。     

探地雷达对不同埋深和管径非金属管线的探测分析

采用探地雷达,对不同埋深、相同直径和相同埋深、不同直径的非金属管线探测结果进行了分析。研究结果表明:非金属管线反射,能随着埋深增加而急剧衰减;目标体的反射弧形能量由中间向两翼明显衰减,且衰减速度随着埋深的增加而明显增快;相对埋深较小时,反射弧形的宽度随着埋深而增大;相对深度较大时,反射弧形的宽度随着深度而减小;在相同条件下,非金属管线反射能与直径成正比关系;土体对雷达波具有低通效应,反射波的中心频率有所降低,雷达对非金属管线的分辨率有所降低。     

路基病害及检测技术研究综述

随着中国城镇化的迅速发展及我国高速公路的迅猛发展,路基病害及城市道路路面坍塌事故频繁发生,很多公路未达到设计年限就已出现一系列病害,反复大修,严重影响人们的出行安全。本文系统总结了不同地质环境条件下公路路基病害分类及道路路基病害检测方法研究等方面国内外的最新研究现状。在分析前人研究结果的基础上,提出我国应该在路基概念、路基病害分类及路基病害检测方面进行规范化。为了适应地质雷达快速检测的需求,需对检测设备进行改进,可采用不同频率的阵列雷达天线进行探测。且需要寻求新的快速便捷的数据处理方法,以求降低人工数据处理对经验的依赖和提高数据处理的效率。病害快速探测过程中应该着重探测对行车安全有影响的病害如空洞、脱空和富水等,而不应该总是要求探测的深度和精度。     

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。     

地质雷达超前预报正演模拟及应用

地质雷达超前预报往往受环境、操作、数据处理和图像解释等因素影响,使得预报结果有一定的误差。文中针对各向同性均匀介质和典型不良地质情况进行建模,利用时域有限差分法对地质雷达探测进行正演模拟,通过分析雷达剖面图、时域波形图和频谱图,总结出典型不良地质体的地质雷达解释准则,电导率越大,波的振幅吸收越明显;相邻界面相对介电常数的差值越大,反射波振幅越大;在非色散介质中,雷达信号具有较好的保真性能,色散介质对信号吸收更强,保真性较差。并结合工程实例验证了地质雷达探测正演模拟和解释准则的可靠性。     

探地雷达在路基病害探测中的正演模拟及瞬时属性分析

在路基病害探测中,探地雷达具有高效、无损、高分辨率的特点。文中基于时域有限差分(FDTD)正演模拟了非充填空洞和充填空洞的雷达信号,利用Hilbert变换提取瞬时相位和瞬时振幅。通过分析路基病害的瞬时相位特征和瞬时振幅特征,可大大提高定位异常的准确性。对模拟雷达信号和实测雷达信号的瞬时振幅和瞬时相位进行综合对比分析,可提高病害识别能力,有效降低多解性。     

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。     

基于数值模拟分析的隧道衬砌质量缺陷影响研究

由于设计、施工等因素导致的我国地铁区间隧道渗漏水,衬砌掉块、厚度不足、开裂、脱空以及不密实等病害频发,严重危及地铁的运营安全。针对地铁区间隧道施工造成的衬砌质量缺陷,在分析缺陷成因基础上,对不同隧道缺陷的形式及缺陷的特性进行了统计分析。基于统计分析,对隧道衬砌施工中存在典型缺陷对隧道结构受力特性的影响进行了数值模拟研究,分析了衬砌背后空洞、不密实、厚度不足以及组合缺陷等条件下隧道衬砌的安全特性。基于数值模拟分析,提出了施工中隧道衬砌缺陷地质雷达无损检测的测线布置方式,指导了区间隧道衬砌质量的检测作业,取得了良好的效果。     

槽菁头隧道施工质量检测与管理

地质雷达在质量检测中主要检测衬砌厚度、破损、裂隙、脱空、空洞、渗漏带、钢筋分布等,检测精度可达毫米级。由于具有探测速度快、探测过程连续、操作方便灵活、分辨率高、小损坏被探测目标等特点,地质雷达法得到广泛的应用。     

水泥砼路面脱空检测与灌浆治理

随着交通事业的发展,公路路面的病害也逐渐暴露出来。主要针对混凝土路面下出现的板底脱空,提出了采用车载弯沉仪与探地雷达相结合的方法,探测板底脱空部位及板底路基病害,并对混凝土路面板底脱空灌浆处理后的效果进行评价。     

隧道衬砌探地雷达检测数值解析及应用

基于时域有限差分法和有限单元法,对隧道衬砌中钢筋网下的脱空和衬砌背后的脱空进行二维正演模拟,并与实例结果进行对比分析。结果表明: 雷达天线的中心频率越高,其分辨率越高,区分的效果越好;钢筋的密度越小,雷达探测脱空区域的效果越好。通过正演模拟和工程实测相结合,可提高采用探地雷达进行隧道衬砌检测的准确性及解释精度。