登封观星台内部结构与隐蔽缺陷探地雷达探测技术研究

作     者：牟宗琪 

作者单位：中国地质大学(北京) 

学位级别：硕士

导师姓名：钱荣毅

授予年度：2016年

学科分类：081801[工学-矿产普查与勘探] 081802[工学-地球探测与信息技术] 08[工学] 0818[工学-地质资源与地质工程] 0837[工学-安全科学与工程] 

主      题：登封观星台 探地雷达 透射层析成像 精细结构探测 属性分析 

摘      要：登封观星台始建于元代,距今已有700多年的历史;作为世界文化遗产,是中国现存最古老的天文台;根据观星台观测而颁布的《授时历》,推算出的一年时间与现在世界通用的阳历(格里高利历)完全一致,但是制定时间要比格里高利历的制定时间早三百年左右,这体现了观星台在世界天文科学建筑方面的重要性。观星台是一砖石混合建筑结构,由台体和石圭两部分组成,台高约9.36米,连台顶小室高约12.95米,台顶各边长8.28米,基底各边长16.52米。在当时条件使用了什么材料、采用了什么特殊建筑方法使得这样的大型台体建筑可以保持结构稳定?观星台的内部结构是怎样的?台体内部是否隐含密室?历经700多年,甚至经过二战炮弹轰炸的破坏墙体内部和外部的分布情况如何?在没有文献记载的情况下,这些问题都需要进行探测研究。而探地雷达具备对目标物无损害、分辨率高、成像速度快等优势,这很好地满足了对文物结构精细探测的需求。利用探地雷达在观星台的表面进行探测,通过多种方法对观星台进行研究,主要有剖面法,广角反射法,透射法等,剖面法可以得到观星台台体四周近表面的精细结构信息;广角反射法可以得到砖层的电磁波速度,进而得到砖层的介电常数;透射层析成像可以划分出目标体内部的速度分布情况,进而达到探测内部结构的目的。探测结果表明,观星台外部砖层的电磁波速度为0.14m/ns,介电常数为4.59;观星台的整体结构是外部为高速的砖层,内部为低速的夯土;各个墙面外层的精细结构结构在横向上和纵向上都是存在变化的,但大部分区域是外面三层砖、内部为夯土的结构,局部区域的墙体结构存在变化,不仅砖层的整体厚度不同,而且砖层层数也由三层变成了四层,并且东西两墙的结构变化并没有对称性,至于这样建造的原因还需要进一步的分析,是建造过程中故意这样建造的,或是由于当时建造条件所限测量不准确又进行的补填。并且利用三瞬属性、相关属性和相干属性三类属性对观星台的墙体裂缝病害进行研究分析,结果表明相干属性对墙体裂缝最为敏感,不但可以指示出裂缝的位置,而且可以反映出裂缝的展布深度信息。