用于隧道施工超前地质预报的探地雷达噪声分析

探地雷达(GPR)是当前进行隧道超前地质预报的主要方法。探测过程中隧道金属格栅及现场施工机械将对GPR探测信号产生严重干扰,甚至完全压制有效信号。为确定干扰信号特征,探索提高信噪比的方法,基于隧道内GPR探测干扰源分析,利用正演模拟和实测资料分析方法研究干扰信号特征。结果表明,隧道拱顶钢架干扰波呈反向绕射弧分布,施工机械干扰则表现为弧状多次波,侧壁干扰信号能力强且多次反射现象严重,甚至将有效信号完全压制。传统的低通、高通、带通等滤波手段并不能压制这些干扰信号。垂向布线方式则能最大限度避开干扰信号,获得理想剖面。研究成果有助于获取信噪比高的GPR探测剖面,以准确分析剖面异常、提高解译准确率。     

铁路路基病害无损检测的探地雷达信号分析与处理

为消除钢轨和轨枕对铁路路基病害检测的探地雷达信号的影响,提高实测剖面的检测能力,基于对两种干扰源在实测剖面上的时频分布特征分析,通过改进探地雷达天线的方式实现了对钢轨反射信号的屏蔽,采用预测反褶积和带通滤波相结合的方式,消除了轨枕形成的多次反射波对有效信号的干扰。去噪处理后的实测剖面可清楚显示翻浆冒泥等路基病害在基床、道碴层中的空间分布。     

铁路路基病害无损检测车载探地雷达系统研制及应用

针对铁路路基病害进行快速、无损、连续检测的需求,根据探地雷达探测原理,研制铁路路基病害无损检测车载探地雷达系统。该系统由轨道车、收发一体天线、采集仪、电池和测量轮组成。轨道车速为40km.h-1时,可沿铁路走向实现间隔0.17 m的连续采样测量。车速越慢,横向测量间隔越小,探测分辨率越高。选用500 MHz天线进行探测时,深度方向探测分辨率可达0.1 m。利用研制的雷达系统沿铁路走向在轨枕正上方和路肩区的现场检测结果表明:来自钢轨的连续反射信号和轨枕的多次反射信号,压制路基基床的有效反射信号,使探测剖面信噪比大大降低,但经预测反褶积和带通滤波去噪处理后,剖面信噪比明显提高。对胶济铁路病害区的实测结果表明,该系统对路基病害分布和空间形态具有良好的探测能力。     

偏移及反褶积处理技术在地质雷达法中的应用研究

隐蔽工程中,当采用地质雷达法查明钢筋混凝土结构中的钢筋根数和间距时,受密集钢筋网片影响,电磁波反射信号在多次波及钢筋绕射波共同作用下往往将一些有用信号淹没,使得地质雷达检测的分辨率有所下降。为了提高地质雷达检测钢筋时的分辨率,通过采用偏移处理消除绕射波影响,通过反褶积处理消除多次波的技术手段,有效提高了钢筋检测分辨率;在超前预报工作中,还可以通过偏移处理识别来自外界的干扰信号,有效提高超前地质预报的工作质量。     

预测反褶积在压制周期性多次反射波中的应用研究

多次波一直是常规地震资料处理中的一种干扰波,预测反褶积能通过压缩地震子波来压制多次波干扰,进而提高地震资料的纵向分辨率,以便更精确地识别地层构造。介绍了预测反褶积的基本理论,并分别用合成地震记录和Tesseral软件模型模拟的地震记录做多道预测反褶积,压制了周期性多次波干扰,提高了资料的分辨率,取得了较理想的结果。     

沪杭铁路箱涵桥沉降物探检测方法试验研究

研究目的:沪杭铁路"平改立"工程新建箱涵桥周边软土地层陆续出现不均匀沉降,塌陷形成土洞,多次进行物探检测,效果不理想,本文旨在充分研究该地区箱涵桥软土地层结构及其沉降成因后,采用地质雷达法、瞬态面波勘察技术进行检测试验研究。研究结论:综合多座箱涵桥的成果分析认为,采用不同于传统面波法的多次覆盖多道瞬态面波进行探测,并采用CMP解析法,可有效地压制干扰波,提高信噪比,在箱涵桥的沉降检测中应用效果良好。     

铁路路基雷达探测数据的处理

分析铁路路基雷达探测数据失真的主要原因,参考雷达探测在其他领域里的应用成果,设计相应的数据处理方法,最大限度地消除其影响。对轨枕中钢筋形成的多次波反射,采用抛物线拉冬变换法消除。对铁路沿线设施和通讯工具产生的随机噪声,采用小波域KL变换的方法去除。为弥补雷达探测剖面图对薄层和深层分辨率的不足,采用高通滤波和瞬时相位法加以提高。分别设计相应的数据处理算法步骤,采用VC和MATLAB混合编程技术实现。对2000年沪宁线路基雷达检测数据处理的结果表明：设计的数据处理方法具有计算速度快、通用性强、参数少的特点;处理后的雷达探测数据图像深部信号强、界面分层清晰,显示病害位置突出。     

基于探地雷达的路桥过渡段病害检测识别方法

由于桥梁护轨与路基的结构差异导致过渡段处探地雷达信号出现边界效应干扰,无法判读该区域路基结构与病害情况。针对这一问题,本文提出了一种探地雷达信号边界效应压制算法。首先定位探地雷达信号中桥梁的里程范围,采用适当的重采样方法,形成滤除桥梁结构的时空过滤筛,再进行常规信号处理,最后将桥梁结构的探地雷达信号移回相应位置,得到最终的处理结果。采用实测数据进行了测试试验。结果表明:经该方法处理后,过渡段处探地雷达图像信噪比显著提高,可以更准确地辨识下沉、含水异常等病害以及道床与基床表层界面。     

轨枕间距对钢轨波磨的影响

主要研究轨枕间距对钢轨波磨发展的影响。研究小半径曲线内轨的小矢跨比波磨。这些出现问题的曲线段属于西班牙毕尔巴鄂区域的地铁轨道,铺设着混凝土道床和两层STEDEF型支承垫层。当初始轨枕间距为1000mm时,仅有92万组轮对通过后所测得的波磨深度峰-峰值已经达到0.42mm。随后更换产生波磨的钢轨,比较列车通过时轨枕上方和轨间中部的内轨垂向、横向加速度。当轨枕间距为1000mm时,轨间中部出现频率为204和244Hz的强烈响应,在轨枕上方却未出现。在相邻轨枕中间铺设一个轨枕,使轨枕间距变为500mm,钢轨波磨停止发展。该结论是根据2年的观测结果得到的。     

探地雷达在隧道衬砌空洞检测的正演模拟应用研究

按照时域有限差分解麦克斯韦偏微分方程的思路,通过基于时域有限差分的数值模拟方法,利用Matlab语言,编制了隧道衬砌空洞的二维正演程序,正演探地雷达波形在隧道衬砌空洞中的传播规律,分析了探地雷达在探测隧道衬砌空洞的有效性以及衬砌空洞的雷达波反射特征。正演模拟结果表明:衬砌空洞雷达反射信号强,且呈现多次反射特征,通常呈现双曲线特征,振幅强,频率低,在空洞下部仍有强反射界面信号,上下界面两组信号时程差较大。借助于实例,将模拟结果与实际检测结果进行了对比分析,取得了良好的效果,说明数值模拟是探地雷达波形识别的一种有效手段,因而,可以采用该方法对隧道结构衬砌背后的空洞病害进行有效检测,以指导隧道的安全评估。     

有砟轨道双轨模型振动带隙理论分析

现有的轨道结构振动分析模型通常根据轨道结构对称性将其简化为单根轨道的动力学模型,对其频散特性、振动衰减率进行分析。然而,单轨模型未能充分体现实际铁路中由2条轨道固定在轨枕上通过扣件连接形成的耦合特点,也忽略了振动波沿着轨枕横向传播时带来的差异。为了充分考虑钢轨和轨枕之间的空间耦合效应对有砟轨道振动带隙的影响,采用传递矩阵法将有砟轨道中的2根钢轨简化为欧拉梁,将道砟和扣件简化为连接弹簧,将轨枕简化为温克尔地基梁,建立有砟轨道结构的声子晶体双轨模型(DRPC);运用Fortran编制计算程序,对有砟轨道的振动带隙进行分析,并与仅考虑单根轨道的声子晶体单轨模型(SRPC)分析结果进行对比分析。分析结果表明：单轨模型的6种特征波包含在双轨模型的12种特征波中,且双轨模型其中一根钢轨的特征波带隙特性与相对应的单轨模型特征波带隙基本接近,而另一根钢轨的特征波带隙的中心位置和带隙宽度则较为不同;2种模型中与横向、扭转和平面内弯曲振动相关的特征波带隙特效差别较为明显,因此采用双轨模型能更精确地分析与横向、扭转和平面内弯曲振动相关的特征波带隙特性,弥补单轨模型的在空间效应简化上的不足,可更为精确地考虑与...     

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。     

轨道结构参数对钢轨和轨枕振动特性的影响

建立轨道结构三维实体有限元模型,同时考虑钢轨、轨下垫层、轨枕和道床,并与已有轨道结构振动模型的数值结果进行比较。结果表明,本文模型的数值结果在高频部分较合理,能够反映轨道结构高频振动特性。分析不同轨道结构参数对钢轨和轨枕振动特性的影响,这些轨道结构参数主要包括钢轨材料损失因子和钢轨质量、轨下垫层损失因子和垂向刚度、轨枕质量和损失因子、道床的刚度与阻尼特性等。分析结果表明,轨道结构参数的改变对钢轨和轨枕在不同频域范围影响不同,通过合理的轨道结构系统参数优化设置,可达到减振降噪效果。相关计算和分析结果可为低噪声轨道的设计提供依据与参考。     

基于周期结构法的弹性短轨枕轨道声振特性分析

为解决有限截取长度轨道模型边界振动反射波的干扰问题,基于周期结构原理,建立无反射边界的有限元轨道模型,分析弹性短轨枕轨道的隔振性能、轨道各结构的声辐射特性,以及不同轨枕下支承刚度对其振动和声辐射特性的影响。结果表明:基于周期结构原理建立的轨道模型能够消除边界反射波的影响,从而准确地反映轨道的振动特性;弹性短轨枕轨道的隔振率在整个频率段稳定在1,同普通板式轨道相比具有较为优良的隔振性能;弹性短轨枕轨道的总辐射噪声频率为0～240 Hz,轨下结构为主要贡献源,在频率高于240 Hz时钢轨成为轨道总辐射声功率的主要贡献源,在频率为1 020 Hz时轨道总声功率出现峰值,这与钢轨的Pinned-Pinned共振有关;为兼顾弹性短轨枕轨道的减振和降噪性能,轨下支承刚度应为40～160 MN·m~(-1)。     

南京长江大桥有砟桥道床弹性改善的研究

研究目的:为考察道砟垫对南京长江大桥有砟桥道床弹性的改善效果,在室内试验基础上,通过仿真计算和现场测试,分析了3种不同厚度道砟垫对有砟桥轮轨动力响应的改善情况.研究结论:仿真计算和现场测试都表明:铺设道砟垫对低频轮轨力、钢轨和轨枕的垂向位移、钢轨和轨枕的振动加速度有一定改善;对道床垂向位移、道床振动加速度有明显改善效果,道床垂向位移可增加50%以上,道床振动加速度可降低45%以上;道砟垫对动力响应的影响与列车速度、轨道不平顺波长和波深的关系不大;30 mm厚度的道砟垫对道床的弹性改善效果较好,且其产生的轨道整体动刚度与明桥面的轨道整体动刚度较接近,有利于实现明桥面和引桥的刚度过渡.     

高速铁路轮轨匹配存在问题及对策

对我国高速铁路因轮轨匹配问题而导致轮轨接触位置不良、动车组构架横向加速度超限报警、动车组异常抖动、钢轨波磨、道岔直尖轨非工作边疲劳裂纹等的具体成因进行研究,并主要从轮轨接触关系、等效锥度、轮轨匹配、钢轨打磨、道岔直尖轨处理等方面提出对应的解决方案。结果表明:车轮型面与60钢轨廓形不匹配导致了轮轨接触位置不良,采用60N钢轨可使轮轨的接触位置居中;按设计的钢轨廓形或60N钢轨廓形进行钢轨打磨,可以有效降低轮轨的等效锥度,从而抑制动车组异常抖动和构架横向加速度超限;采用GMC96—B型和GMC96—X型钢轨打磨车打磨产生的钢轨周期性磨痕波深较大时,容易发展成钢轨波磨,而采用大机打磨可有效治理钢轨波磨;道岔直尖轨非工作边因未倒棱且长期承受应力集中作用是造成其产生疲劳裂纹的根本原因,可采用倒圆和组合断面轨面修型处理,有效控制直尖轨非工作边的疲劳伤损。     

曲线钢轨打磨对波磨的控制及效果研究

随着我国重载和高速铁路的发展,钢轨波磨问题日益突出。选取2条半径为300 m的曲线为观测对象,分析钢轨打磨前后钢轨波磨的波长和波深。基于C_70型铁路货车,在多体动力学软件中建立车辆-轨道耦合动力学模型,研究钢轨打磨前后轮轨动力学性能及振动加速度的变化。结果表明:钢轨打磨不会改变波磨波长,但能有效减小波深幅值,甚至完全消除波磨;波磨有残留时其波深幅值会在波长不变的情况下继续增加,而完全消除波磨区域仍会在一定时间后继续出现波磨,但波长会发生变化;钢轨打磨能明显降低机车车辆的轮轨作用力和振动加速度,波深幅值由0.78 mm降至0.12 mm后,重车和空车的轮轨垂向力分别降低23.7%和21.9%,对应的轨枕最大垂向振动加速度分别降低78.4%和81.1%。     

基于FDTD的探地雷达数值仿真与成像研究

研究目的:探地雷达探测受天气、场地以及经济条件等因素的影响,应用FDTD方法对探地雷达的探测机理进行仿真,能够克服上述不利因素,节约成本,提高探测效率和数据采集质量,为探地雷达的正演模拟提供指导.偏移成像技术是探地雷达数据处理中重要的方法之一,能够把雷达记录中的每个反射点移到其真正位置,获得反映地下介质的真实图像.研究结论:对地下管线探测模型进行了仿真,从共偏移距剖面上得到了管线异常,反映了FDTD方法模拟探地雷达进行探测的可行性.对共偏移距剖面进行偏移成像技术后,得到了地下管线的真实位置,说明了偏移技术在探地雷达数据处理中能够起到归位的作用,得到横向分辨率极大提高的地下构造原像.     

轮轨运行状态对轮轨噪声及振动的影响分析

通过对国外实测数据的分析和讨论,提出轮轨粗糙度、轨枕垫板刚度、旧轨道或钢轨顶面存在波状磨损及有缝、无缝钢轨和钢轨表面不平顺是影响轮轨噪声的重要参数。因此,对钢轨、轮轨粗糙度等采取综合降噪措施,可有效控制轮轨滚动噪声和振动。该结论可用于铁路建设项目环境影响评价中有关降噪措施及其效果评价。     

地铁基础减振地段钢轨异常波磨 治理方案研究

针对地铁线路产生的钢轨异常波磨问题,调研了某地铁线路的钢轨波磨情况以及基本特征,对轨道刚度、 钢轨廓形、轨距以及轨道动力特征进行测试,提出钢轨异常波磨的治理思路,并对波磨治理效果进行跟踪测试, 提出既有线以及新建地铁线路钢轨波磨的治理以及预防方案。研究表明：地铁钢轨波磨较为严重,波长在 25～ 100 mm 之间;轨道垂向刚度、横向刚度整体较弱,钢轨位移大,保持轨距能力差,轮轨关系恶化,在特定频段 范围内轮轨振动加剧,从而引起钢轨波磨的产生和发展。通过更换扣件及垫板、轨道精测精调、钢轨打磨措施可 以使车内噪声降低 5～10 dB,轨面不平顺显著降低,打磨周期延长至 1 倍以上;既有线路可通过“细调查、调参 数、精维修、动态检查”治理钢轨波磨,新建地铁线路应在规划、设计、运营维护、动态验收阶段严格把关,合 理采用减振轨道,避免钢轨异常波磨的产生和发展。