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公路路面层裂缝病害探地雷达正演模拟研究
| 论文题名： | 公路路面层裂缝病害探地雷达正演模拟研究 |
| 关键词： | 沥青混凝土路面层;裂缝病害;探地雷达;随机介质模型 |
| 摘要： | 裂缝作为广泛存在于沥青混凝土路面层中的多发病害，已经越来越受到各个公路养护部门的关注，而传统的方法无法检测出其早期的形式，公路用地质雷达（GroundPenetrate Radar，GPR）作为一种比较新型的公路无损检测技术手段之一，能以较高的效率不间断地工作，检测速率很快，具有对路面无损伤、分辨率高且不受天气影响等优点，已经开始在公路质量检测中逐步投入使用。但是，目前探地雷达图像的识别和解释准确度还比较低，其中人为因素占的比重较多，判断结果往往会受人为影响而带有一些主观性，通过路面结构层病害模型的正演分析，可以深入了解公路病害地质雷达反射剖面图的规律，从而提高对于反射图像解释的正确性和精度，有利于进一步有效推进GPR技术的应用和提高。正演模拟是以时域有限差分法（Finite Difference Time Domain，FDTD）为理论基础的，时域有限差分法经过多年的发展已成为一种较为成熟和先进的电磁波数值模拟计算方法，探地雷达作为瞬态电磁波理论发展应用的重要技术成果，其工作方式和作用原理基本契合电磁学的相关理论。 传统的均匀介质模型无法真实的反映出雷达波在地下空间中的传播情况，本文以随机介质模型为基础，对目前沥青混凝土路面层的早期裂缝病害进行正演模拟分析，总结了其雷达剖面图的各种特征，同时也和路面层裂缝病害的现场采集结果进行了对比和分析总结。本文的主要工作内容如下： (1)详细介绍了沥青混凝土路面层中的裂缝病害和各种检测方法，并分析了它们之间的优劣；简要介绍了GPR的基本组成和工作原理，深入分析了其相关参数对正演模拟的影响。 (2)运用弹性波的相关理论建立电磁波的随机介质模型，分析了此模型的参数对其结果的影响，并以实际公路模型为例分析了此随机介质模型相对于传统均匀介质模型的雷达波形特征以及二者之间的差异性；通过CAS雷达所进行的试验结果和随机介质模型的结果进行对比，以此来验证随机介质模型结果的准确性。 (3)通过上述随机介质模型的方法来建立二维空间下的正演模拟，研究裂缝病害在不同的雷达中心频率下和不同介电常数的情况下雷达剖面图和波形图，同时也讨论了其在不同测量位置和形状以及大小的波形图，并总结了这些图像的特征。 (4)对裂缝病害的现场数据采集结果进行案例分析，和上述正演模拟的结果进行对比和分析，验证其可行性。 |
| 作者： | 欧阳文钊 |
| 专业： | 土木工程 |
| 导师： | 夏元友 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 武汉理工大学 |
| 学位年度： | 2016 |
| 正文语种： | 中文 |
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