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隧道衬砌病害的雷达波场响应特征研究与应用
| 论文题名： | 隧道衬砌病害的雷达波场响应特征研究与应用 |
| 关键词： | 隧道工程;衬砌病害;数值模拟;探地雷达;图像判译 |
| 摘要： | 隧道衬砌在建设过程中可能会出现空洞、脱空、不密实区等不良病害，隧道建成之后，当衬砌在经受温度变化、地下水静水压力变化及空洞区掉块荷载变化等环境变化时，容易产生诸如漏水、衬砌裂损、衬砌冻害、衬砌腐蚀等灾害，给隧道工程的正常营运带来极大的安全隐患。探地雷达技术是一种快速、连续、非接触电磁波探测技术，凭借它无损、采集速度快、分辨率高等特点，正迅速地应用于工程质量检测。利用高频电磁波以宽频带短脉冲的形式由介质表面通过发射天线送入介质内部，经目标体的反射后回到表面，由接收天线接收回波信号。电磁波在工程结构的传播过程中，其反射波强度大小和相位变化会随着不同电性参数的介质而变化，而且与病害体的形状结构紧密相关，通过对反射波的双程走时、强度大小、相位正负性等特征对衬砌结构内部情况进行综合判断和评价。 本文首先利用时域有限差分法对隧道衬砌的多种病害体进行数值模拟，以麦克斯韦方程组为基础，利用FDTD算法对连续的微分方程进行差分，以TE波为主要研究对象，推导其2D-FDTD方程，并在时间轴上逐步的对空间电磁场实现求解，模拟中，采用PML吸收边界条件，Ricker子波作为激励源。 然后结合影响探地雷达探测的主要介质特性参数—介电常数，在空间Yee元胞上对每个节点赋予电性参数，建立各种常见病害体的模型，并将数据导入Matlab，以此实现对衬砌模型的电磁场求解，得到不同衬砌病害的数值模拟图谱。 最后以正在建设的地铁隧道作为工程实例，从工程实践中提取部分典型的隧道衬砌病害检测结果，结合数值模拟图谱进行图像判译，并在部分较为严重的衬砌病害位置实施了现场开挖验证，并证实了模拟图谱判译结果的准确性。 |
| 作者： | 张亚栋 |
| 专业： | 安全科学与工程 |
| 导师： | 于师建 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 山东科技大学 |
| 学位年度： | 2015 |
| 正文语种： | 中文 |
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