基于探地雷达的机场跑道基层压实度自动检测研究

作     者：程利力 

作者单位：华中科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：周诚

授予年度：2022年

学科分类：08[工学] 0814[工学-土木工程] 

主      题：机场跑道基层 压实度 时空分布 约束随机场 探地雷达 希尔伯特黄变换 

摘      要：随着我国基础设施建设的快速发展,机场投资建设的需求量逐渐增大。跑道基层施工作为机场建设过程中的重要环节之一,压实质量不足会大大削弱结构的强度和承载力,给飞机的正常起降造成不可预估的影响。然而,目前压实质量检测仍以传统的环刀法、灌砂法等人工有损检测方法为主,检测过程耗时费力且会破坏跑道基层材料,同时工程中常采用的随机有限抽样检测无法有效地反映整个施工区域的压实质量。针对以上问题,本文构建了表征压实度时空分布特性的约束随机场模型,并提出了利用探地雷达信号分析进行压实度自动检测的方法,主要工作内容如下:首先,本文对跑道基层材料的压实机理进行分析,研究了压实度影响因素以及不同位置和不同碾压遍数下压实度的时空分布特性,提出了基于有限工程检测数据表征压实度时空分布特性的约束随机场模型,进而有效地反映跑道基层实验段整体压实质量。然后,基于探地雷达对跑道基层材料不同压实度的介电特性进行分析,结果显示:不同基层材料和不同碾压遍数下压实度与相对介电常数具有较好的相关性,相关系数为0.599。接着,利用探地雷达信号进行希尔伯特黄变换,分析了不同探地雷达信号分析指标与压实度的相关性,研究结果表明:峰值系数指标对压实度表征效果最佳,相关系数为0.734,进而可通过对探地雷达信号分析实现压实度自动检测。最后,基于某机场跑道工程案例,对采集的探地雷达信号进行希尔伯特黄变换分析,验证了峰值系数指标可用于跑道基层材料压实度预测,其平均误差率为4.03%,同时基于探地雷达信号分析扩大压实度检测样本数量,生成了相应的压实质量评价云图。研究表明,本文提出的约束随机场模型能在一定程度上表征不同位置和不同碾压遍数压实度的时空分布特性,同时利用探地雷达信号分析方法可以实现压实度自动检测,大大缩短施工过程中检测用时,进而为施工过程中碾压遍数以及压实不足区域的确定提供一定的参考。