论文题目: 探地雷达数值模拟技术的应用研究
论文类型: 博士论文
论文专业: 地球探测与信息技术
作者: 胡平
导师: 余钦范
关键词: 探地雷达,时域有限差分,数值模拟,异常特征,结构检测
文献来源: 中国地质大学（北京）
发表年度: 2005
论文摘要: 探地雷达作为一种先进的高频电磁波勘探技术,具有对探测对象不造成任何损伤、抗干扰能力强、测量结果直观准确和高效率等特点。本文根据麦克斯韦方程组,导出了二维模拟横磁模式(TM)的Ez,Hx 和Hy 分量,和三维模拟的Ex、Ey、Ez 和Hx、Hy 和Hz 分量的有限差分方案,得到相关的差分方程组。通过采用吸收边界条件和完全匹配层(PML)等边界条件、场源和良导体等相关问题的特殊处理方法,建立了探地雷达二维和三维有限差分正演模拟程序。并分别针对公路路面厚度检测、机场跑道面层脱空检测和隧道衬砌检测等探地雷达实际应用问题进行了数值模拟研究,探讨了探地雷达的方法有效性和探测能力。为探地雷达技术在无损工程质量检测的可行性及应用提供一种直观的感性的认识。为了更加接近实际情况,在几个已知的混凝土结构模型上开展了探地雷达技术有效性和分辨能力试验研究。试验模型主要是在混凝土块体中设置了不同大小、不同埋深的空洞、蜂窝状空穴、木块、泡沫塑料块等物体,较详细地研究了这些异常目标物的探地雷达响应特征和规律。通过理论模型的数值模拟研究和实地试验研究,确立了探地雷达技术在公路路面厚度检测、机场跑道面层中的脱空检测和海底隧道混凝土衬砌中的缺陷检测等应用的可行性,认识和总结出了相关问题的探地雷达反射信号的识别特征。文中例举了作者在香港从事的部分实际谈地雷达检测工作,主要包括:香港近1500测线公里公路路面各面层、垫层和基层分层和厚度的精确确定;香港国际机场跑道脱空区和无脱空区的位置和范围多期(不同季节)检测;香港红墈海底隧道的混凝土衬砌中可能存在的缺陷(空洞或蜂窝状空隙)圈定。在探地雷达发现的所有缺陷位置和深度,布置了验证钻孔,结果与探地雷达解释结果吻合极好. 确定的沥青层或混凝土衬砌厚度和缺陷埋深的准确率达到95%以上。理论研究和物理模型试验的结果,为探地雷达技术的实际应用提供理论指导和依据。增强了对探地雷达技术应用条件和探测能力的认识,提升了探地雷达技术的应用效果。
论文目录:
第一章 前言
1.1 探地雷达技术基本工作原理
1.2 探地雷达技术现状与发展趋势
1.3 探地雷达技术研究目的和意义
1.4 论文内容与研究进展
第二章 探地雷达测量技术的基本理论
2.1 电磁波基本方程
2.2 地下介质物理性质
2.3 雷达天线辐射
2.4 探地雷达系统测量信号的损耗(Daniels,D.J.)
2.5 探地雷达测量方法
第三章 探地雷达的数值模拟技术
3.1 二维时间域有限差分数值模拟
3.2 三维时间域有限差分数值模拟
3.3 时间域有限差分数值模拟稳定性条件
3.4 时间域有限差分数值模拟吸收边界条件
3.5 完全匹配层(PML)
3.6 初始条件和激励源函数
3.7 时间域有限差分数值模拟计算机程序实现
第四章 探地雷达数值模拟技术的应用研究
4.1 混凝土结构中物体的探地雷达响应数值模拟
4.2 公路或机场跑道面层下的脱空
4.3 岩、土体中埋藏的空洞或物体
4.4 三维模型的探地雷达物理模拟研究
第五章 探地雷达在工程检测中的实际应用实例
5.1 公路路面厚度探地雷达检测
5.2 机场跑道面层脱空检测实例
5.3 海底隧道衬砌检测实例
5.4 小结
第六章 总结
致谢
附录
附录1:个人简历
附录2:三年攻读博士学位期间发表论文
附录3:攻读博士学位期间完成和正在完成的科研项目
附录4:参考文献
发布时间: 2005-07-19
参考文献
- [1].非均质储层双变网格正演模拟和弹性逆时偏移方法研究[D]. 张慧.中国石油大学2011
- [2].多阶模式瑞利波频散特征与反演研究[D]. 邵广周.长安大学2009
- [3].正交曲线坐标系下的地震波数值模拟技术研究[D]. 丘磊.浙江大学2012
- [4].分层弹性与孔隙介质中弹性波场的互易关系[D]. 王治.哈尔滨工业大学2016
- [5].孔隙介质弹性波—电磁场耦合效应测井的波场模拟研究[D]. 关威.哈尔滨工业大学2009
- [6].含起伏地表的二维双相介质中地震波及电磁波传播有限差分算法[D]. 李娜.中国科学技术大学2012
- [7].二维大地电磁各向异性研究[D]. 霍光谱.中国地质大学2012
- [8].复杂地质条件地震多波照明及地震采集方法研究[D]. 单刚义.吉林大学2011
- [9].声波和弹性波波动方程有限差分正反演方法研究[D]. 任志明.中国石油大学(北京)2016
- [10].北京盆地结构对长周期地震动加速度反应谱的影响[D]. 付长华.中国地震局地球物理研究所2012