成兰铁路隧道衬砌质量地质雷达数值模拟与检测效果研究

作     者：徐善铎 

作者单位：西南交通大学 

学位级别：硕士

导师姓名：蒋正红

授予年度：2016年

学科分类：081406[工学-桥梁与隧道工程] 08[工学] 0814[工学-土木工程] 082301[工学-道路与铁道工程] 0823[工学-交通运输工程] 

主      题：地质雷达 衬砌质量 数值模拟 检测效果 

摘      要：隧道衬砌质量是保证铁路安全运营的重要环节,随着中国铁路事业的发展,隧道衬砌质量检测也更受重视。而地质雷达作为一种快速、无损的检测方法,在隧道衬砌质量检测中被广泛应用。本文在介绍电磁波基本理论与地质雷达基本原理的基础上,利用基于时域有限差分法(Finite-Domain Finite-Time Method, FDTD)的数值模拟软件GprMax对隧道衬砌结构及病害进行模拟研究。本文从隧道衬砌结构的实际情况出发,分别建立了涉及衬砌结构中空洞、脱空、二衬厚度、不密实及钢筋的五类模型。利用GprMax进行模拟,并用MATLAB绘图,得到了空洞直径、介质、深度不同时,脱空厚度、位置不同时,二衬厚度为0.25m及欠厚时,不密实程度不同、含水性不同时,二衬中钢筋间距及粗细不同、钢筋背后含缺陷、初支中含钢拱架且二衬中有无钢筋时的不同频率天线的波场响应特征。使用地质雷达对成兰铁路隧道进行衬砌质量检测,分析研究检测结果中空洞、脱空、二衬厚度及欠厚、不密实、钢筋分布情况的图像特征。并结合数值模拟结果,验证了数值模拟结果能有效指导实际检测工作。通过数值模拟与实际工程证明地质雷达能有效检测出衬砌中空洞和脱空的位置,二衬厚度和钢筋间距及位置,同时仍需加强对不密实的研究,特别是在建立优质模型上。利用更优质的模型得到的数值模拟结果能够为实际检测提供理论基础。