基于GprMax3.0的隧道超前地质预报正演模拟与数据分析

隧道超前地质预报目的是对施工掌子面前方地质情况进行探测,包括预报掌子面前方不良地质体的位置、产状及其围岩结构的完整性与含水的可能性。地质雷达法是常规的一种隧道超前地质预报法。文章着重于研究基于时间域有限差分法(FDTD)的地质雷达正演模拟软件GprMax3.0,利用该软件在计算机平台上建立了不同的地质病害模型,正演模拟出地质雷达的预报结果,并且对正演运算数据结果进行了分析。一方面证实了GprMax3.0进行地质雷达隧道超前预报正演模拟的可行性,另一方面总结了典型不良地质体雷达图像特征,为今后建立复杂3D地质病害模型正演提供了经验,为工程实践判别提供依据,从而提高了解释的准确性。

复杂环境小管线FDTD正演模拟图像特征分析

为提高小管径管线(50~150 mm)在复杂地下环境中雷达图像回波剖面特征的解译精度和确定小管径管线的位置信息,利用时间域有限差分法模拟不同环境下PVC管、铜芯通信电缆、金属钢管这3种常见小管线,根据正演结果分析雷达回波响应特征。模拟结果显示:500 MHz天线中心频率下埋深1.4 m小管线的水平分辨率为41 cm,具有良好的信噪比,垂直分辨率为6.1 cm,受层状介质反射回波干扰,难以区分;不同的管线材质及承载物质,其雷达回波图像特征不同,承载物质对PVC管成像特征影响大,但对金属管线无影响;大管径管线和地下干扰体叠加形成的虚假回波,影响到周围的小管线判别;凹形层状介质形成了不规则反射面,在回波图像中产生了2个交叉抛物线异常回波特征标识,并且伴有杂乱多次波出现,干扰其上方管线回波成像。模拟结果有助于实际小管线探测识别。

三维地质雷达数值模拟在道路病害检测中的应用

三维地质雷达技术在城市地下病害体探测领域发挥了重要作用,长期以来保障了城市公共设施的运营维护安全,极大地降低了地面塌陷的发生概率。但目前海量实测三维地质雷达数据解译缺乏标准化、定量化的异常解译标志,主要依赖工作经验,这导致解释过程中存在对病害异常的错判和漏判问题。为统一异常判别标准,本文针对空洞、脱空与疏松体三种地下病害体进行了三维地质雷达数值模拟研究,采用时域有限差分方法实现了正演模拟数据的三维成像,总结归纳了反褶积与偏移处理前后不同地下病害体的典型二维、三维异常特征,并准确估算了地下病害体边界分布与发育规模信息。经与实测数据对照分析得出,地下病害体理论模型异常特征具有普适性,相关成果能够推广,为实际工作提供指导。

基于探地雷达的混凝土空洞病害正演研究

钢筋混凝土结构良好的耐久性、整体性使其广泛应用于基础设施建设,该结构健康状态的好坏直接关系到设施运营安全,所以开展定期病害检测十分必要。探地雷达作为混凝土结构病害无损检测最常见的手段,具备检测速度快,精度高等优势,但实测时受到外部探测条件以及混凝土结构内密集布筋情况的影响,易出现回波图像完整性受到破坏,病害回波特征不明显,难以捕捉成像规律的问题。文章在调研了常见设施钢筋混凝土结构布筋情况的基础上,采用基于时域有限差分法(FDTD)的探地雷达正演软件gprMax3.0构建了结构内出现空洞病害时数值仿真模型,并在仿真结果基础上分析了影响空洞病害回波的一些常见因素,总结了这些因素对空洞病害回波的影响规律。

油储模型的钻孔雷达数值模拟与分析

由于油储模型的形态非常复杂,使用地面的地球物理方法探测很难获得可靠的信号,而钻孔雷达的探测在钻孔中进行,同时具备较高的分辨率,因此钻孔雷达在测井探测中起着至关重要的作用.本文基于钻孔雷达对油储模型进行了数值模拟.首先使用开源软件gprMax3.0对四种常见的碳酸盐岩储层进行建模,然后用有限差分算法进行了正演计算.分析模拟结果可知,钻孔雷达对串珠状孔洞型储层的识别效果很好;对走向平行于井轴的裂缝带也能进行有效识别,包括裂缝的长度、延伸方向和裂缝带的走向等信息;对断层型的储层的识别效果相对较差,但仍然能判断一部分信息.因此,钻孔雷达在油储中的探测是可行的.