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岩石力学与工程学报 2024年第S1期43卷 3257-3266页

作者：傅帅旸李海波吴迪王犇刘黎旺李晓锋中国科学院武汉岩土力学研究所岩土力学与工程国家重点实验室湖北武汉430071 中国科学院大学北京100049 南京理工大学机械工程学院江苏南京210094

岩体爆破损伤区范围的量化界定对于爆破作用下地下工程围岩稳定性评价、基岩开挖损伤控制等具有重要意义。基于多模板快速行进法(multistencils fast marching methods,MSFM)与同步迭代重建技术(simultaneous iterative reconstructive ... 详细信息

岩体爆破损伤区范围的量化界定对于爆破作用下地下工程围岩稳定性评价、基岩开挖损伤控制等具有重要意义。基于多模板快速行进法(multistencils fast marching methods,MSFM)与同步迭代重建技术(simultaneous iterative reconstructive technique,SIRT),提出一种基于波速场反演定量确定岩体爆破损伤区范围的方法。通过对比反演所得波速场与已知波速场模型,验证所提方法的有效性。使用自主研发的OpenFDEM有限-离散元求解器进行爆破、波速测量模拟,采用自编程后处理程序处理波形数据,对爆破后模型的波速场进行重建。结合现行规范中岩体损伤表征的波速变化率判据,对比分析波速场中不同波速变化率区域与爆生裂纹区域。使用爆破损伤程度不同的区域等效半径与爆破孔半径之比,量化爆破损伤的范围。分别以波速变化率10%与15%作为岩体爆破轻微损伤以及完全损伤的阈值,爆破轻微损伤区及爆破损伤区等效半径与爆破孔半径之比分别为11.86与7.2左右。随着爆破荷载的增加,不同程度损伤区的形状逐渐变得不规则,等效半径增大。研究结果可为现场爆破损伤区范围的确定提供参考。

关键词：岩石力学爆破损伤区波速场反演多模板快速行进法同步迭代重建技术有限-离散元模拟

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探地雷达数据解译研究

探地雷达数据解译研究

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作者：李向田兰州理工大学

学位级别：硕士

发达的交通网络能够起到促进经济发展的重要作用,但随着全国道路交通网络的不断扩展,因地下空洞导致的道路塌陷事故也愈发频繁。这给人民的生命财产安全带来严重威胁。在此背景下,探地雷达(Ground Penetrating Radar,GPR)作为一种重要... 详细信息

发达的交通网络能够起到促进经济发展的重要作用,但随着全国道路交通网络的不断扩展,因地下空洞导致的道路塌陷事故也愈发频繁。这给人民的生命财产安全带来严重威胁。在此背景下,探地雷达(Ground Penetrating Radar,GPR)作为一种重要的城市道路无损检测工具,得到了广泛应用。但是由于探测区域的结构和电磁波传播机制的复杂性,探地雷达的数据解译存在着巨大的挑战。鉴于此,本文从探地雷达正反演模拟两方面出发,针对城市道路下的探地雷达探测数据解译问题进行研究。具体的研究内容如下:(1)针对现有探地雷达正演模拟方法计算效率较低的问题,本文研究了基于射线理论的探地雷达正演模拟方法,基于MATLAB平台编写探地雷达信号模拟程序并进行探地雷达仿真图像的模拟。然后,针对多模板快速行进(Multistencils fast marching methods,MSFM)在计算效率和透射射线计算精度方面存在的不足,提出了改进策略:利用深度学习方法提高透射射线的计算精度1个量级;采用抛物线插值算法提高单个反射点的计算效率,计算时间由0.02s降低至3.95×10 s;研究速度模型分区算法提高计算效率。经过仿真实验验证,本方法产生的剖面图与gprMax产生的仿真图基本相符,且在计算效率上取得较大优势。最后根据仿真图像以及雷达实测数据对探地雷达成像规律进行研究,分析相对介电常数和电导率等因素对探地雷达成像影响。(2)针对从探地雷达数据精准反演电磁波传播速度的问题,本文提出一种深度学习模型GPRUnet。通过将空间金字塔池化与一维U-net网络相结合以及引入余弦退火学习率调节策略,从零偏移距探地雷达数据中成功反演出电磁波传播速度,解决了时间域上电磁波传播速度与探地雷达数据对应问题。相比于基于物理驱动的反演方法,本方法能够高效准确地完成反演。构建探地雷达仿真数据数据集对模型进行训练,并与GPRNet进行对比实验,实验表明,相比于GPRNet,GPRUnet将R值提升了约0.6%,反演结果更贴合实际速度模型,验证了GPRUnet的准确性与优越性。最后对实测数据进行反演,并对该实测数据进行分析。

关键词：探地雷达无损检测多模板快速行进法深度学习

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