灰岩隧洞围岩结构面空间位置及填充物FDTD正演

地质雷达(GPR)法是以电磁波在岩土体介质中的反射和衰减,通过电磁波回波信号反映灰岩隧洞中岩体结构面空间位置及其填充物。建立单条裂隙、双条裂隙和交叉裂隙及其空间位置的二维地电模型,设置结构面中的填充物为空气、泥土、水;以FDTD法正演模拟并对比分析其图像特征。结论如下:填充物对结构面的判据具有较大影响,水对电磁波的强烈吸收作用导致图像成像特征复杂,多次反射波规律性较强;结构性的探测取决于介质介电常数的差异,且近掌子面的结构面对电磁波的反射和吸收形成多次波干扰深部结构面的成像。FDTD正演结果对地质预报的判断提供科学依据和指导作用。

混凝土内裂隙空间位置及填充物FDTD正演分析

地质雷达(GPR)常用于混凝土内部裂隙的检测。本文利用GprMax 2D和Matlab软件对混凝土内部裂隙进行时域有限元差分(FDTD)法正演模拟,分别针对不同类型、不同尺寸和内部不同填充物的裂隙进行模拟,分析对比图像变化特征。结果表明:不同类型的混凝土内部裂隙对电磁波的传播影响不同,从而造成对图像的影响范围不同;裂隙内部不同的填充物对电磁波的传播影响较大,其中水对电磁波有较强的吸收作用,使得电磁波反射增强,造成多次波的影响较深,图像特征较为复杂。通过正演模拟可以为地质雷达实际探测结果的判读提供一定科学依据和指导。

碎石泥土混合体介电常数研究及隧洞软弱带FDTD正演

基于地质雷达方法对深长引水隧洞施工过程中出现的软弱带进行地质超前预报。以软弱带碎石泥土的混合介电常数为研究对象,研究碎石泥土混合体的相对介电常数值及变化趋势,推导含水率与混合介电常数经验公式及关系曲线;通过对2种软弱带的空间分布情形进行FDTD(finite difference time domain)正演,分析其典型成像规律及特征,从而达到以实测数据推算软弱带的空间位置的目的。分析结果为:碎石及泥土混合体的各成分体积比对其混合介电常数影响较大,混合体的水体对电磁波的反射特征明显并更容易形成多次波;通过建立FDTD模型正演对比隧洞内实测数据排除多次波干扰,修正地层含水率取值并建立地层三维切片图,可直观体现地层含水分布位置,从而对类似地质预报工作提供方法和指导。

基于GprMax2D的地下管线正演模拟

地质雷达常用于地下管线的检测。文章利用GprMax2D和Matlab软件对地下管线进行时域有限元差分(FDTD)法正演模拟,分别针对不同管径、不同材质、不同天线频率和管线上不同覆土层厚度进行模拟,分析对比图像变化特征。结果表明:随着管径不断增大,雷达成像出现管线上下界面;当管线材质不同时,金属管仅能出现管线上界面,PVC管和混凝土管成像效果类似;检测天线频率降低时,管线图像的分辨率逐渐降低,但检测的深度不断加大;同一管径随着覆土层厚度加大,管线上界面反射弧可清晰判断,但下界面的反射弧逐渐模糊。通过正演模拟可为地质雷达探测地下埋管的判读提供一定的科学依据和指导。

地质雷达正演中的频散压制和吸收边界改进方法

从麦克斯韦方程组出发 ,建立了地质雷达的时域有限差分法 (FDTD)数学模型 ,导出了理想频散关系和超级吸收边界条件。理想频散关系即考虑了FDTD法的收敛性和稳定性 ,也考虑了高频电磁波在Yee氏网格中的传播特点 ;超吸收边界条件则用磁场分量来提高电场分量精度。数值试验表明 ,理想频散关系能真实地反映雷达波在地下介质中的传播规律 ,超吸收边界条件能有效减小截断边界的伪反射 ,提高正演精度。将之应用于实际计算 ,取得满意效果。

YOLOv7在探地雷达B-Scan图像解译中的应用

探地雷达技术已被广泛应用于隧道衬砌病害检测方面,针对探地雷达B-Scan图像解译,近年来涌现出了许多深度学习算法,但YOLOv7算法在该领域尚未被应用。本文首先通过FDTD正演模拟了隧道衬砌的空洞和渗漏水病害,并实地采集隧道内12条测线数据分析其病害分布情况,以此构成隧道衬砌病害数据集;然后基于YOLOv7算法,利用两类病害的不同图像特征,实现对隧道衬砌病害的自动解译。研究结果表明,利用YOLOv7目标检测算法,对整体病害的识别准确率、召回率分别达到97.87%、90.61%。当IoU取0.5时,对空洞病害和渗漏水病害的识别准确率分别为97.2%和96.4%;最后随机选取100张图像进行测试,测试结果的准确率达94%。最终的试验识别结果能很好地应用在生产项目中。

黄土机场近地表填土层含水率快速无损检测研究

黄土高填方机场施工期间容易形成填土缺陷等问题,导致机场运行期存在安全隐患。地质雷达无损检测的方法通过研究场地介电常数和电导率等因素,对填土机场存在的不可见缺陷具有较好的检测效果。本文利用电磁波数值模拟的方法,对考虑到介电常数以及电导率影响下的典型缺陷进行数值模拟,同时通过二维数据的介电常数递推计算含水率,对可能存在的缺陷体进行及时监测,从而达到快速无损的检测目的。

混凝土界面的GPR回波特征研究及土石坝垫层缺陷检测

土石坝上游坝面受水冲刷,容易引起坝面垫层脱空,水蚀等病害问题,基于地质雷达技术对上游坝面探测并分析回波幅值信息可及时发现并判断隐蔽部位病害的位置与类型.本文通过数值正演方法研究地质雷达在混凝土面层与垫层的界面反射特征与规律,通过提取回波幅值,建立垫层相对介电常数与回波幅值的数理关系;并将该数理关系应用至某土石坝的上游坝面病害探测与分析,达到了精准快速识别上游面板及防水织物破损位置及其类别的目的.得出如下结论:垫层相对介电常数与地质雷达电磁场强度存在数理关系;垫层相对介电常数增加,地质雷达回波幅值呈对数曲线形式增加;并结合实际坝体检测对病害缺陷进行了准确的预测和判断.本文的研究成果为类似工程实测数据的解译提供科学的依据.