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隧道衬砌结构隐伏裂缝的地质雷达正演模拟与模型试验分析

隧道衬砌结构隐伏裂缝的地质雷达正演模拟与模型试验分析

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作者：潘雪纯长沙理工大学

学位级别：硕士

隧道工程作为交通运输线路的控制性工程,直接影响线路运行的畅通及安全。隧道衬砌结构在施工及运营过程中容易出现开裂问题,若任其发展,会诱发混凝土碳化、保护层剥落、渗漏水及钢筋锈蚀等一系列质量病害,从而影响隧道的正常运营,甚至... 详细信息

隧道工程作为交通运输线路的控制性工程,直接影响线路运行的畅通及安全。隧道衬砌结构在施工及运营过程中容易出现开裂问题,若任其发展,会诱发混凝土碳化、保护层剥落、渗漏水及钢筋锈蚀等一系列质量病害,从而影响隧道的正常运营,甚至导致结构失稳破坏,造成严重经济损失。因此,对隧道衬砌的质量检测尤为重要,衬砌结构的裂缝病害识别已成为重要的研究课题。本文以时域有限差分(FDTD)法为基础,利用Gprmax2.0软件建模并进行衬砌裂缝探测正演计算,探究衬砌结构隐伏裂缝病害的雷达成像规律及信号特征,并且在室内制作不同倾角及不同形状的裂缝模型,开展室内实测裂缝回波信号的能量特征及数据处理分析。主要工作内容如下:(1)基于正演模拟软件Gprmax2.0,建立不同倾斜角度直线型裂缝、不同曲率弯曲裂缝、不同弯曲方向弯曲裂缝以及不同走向异形裂缝模型,借助Matlab软件进行出图,总结了不同属性裂缝模型的雷达成像规律及特征。(2)利用Matlab软件对不同倾斜角度、不同弯曲曲率、不同弯曲方向以及不同走向的裂缝模型进行连续小波变换时频分析,计算反映裂缝特征信息的单道信号的能量(振幅值),并对比分析正演雷达图谱中单道信号的能量变化规律及特征。同时对不同裂缝模型进行F-K偏移处理,提高信号分辨率,使波形收敛,图像归位。(3)设计室内物理模型试验,运用RIS型地质雷达与K2fastwave软件完成试验数据采集,利用Reflexw软件对结果进行背景去除及滤波处理,然后进行信号时频分析及F-K偏移处理。探究模型试验中微裂缝反射信号的波形规律以及信号特征,同时将模型试验中隐伏微裂缝实测分析结果与正演模拟中裂缝检测信号分析结果进行对比分析,验证小波变换时频分析法和F-K偏移法在不同形态裂缝检测信号处理与识别中的准确性与可靠性。本文以衬砌结构不同走向、埋深隐伏裂缝作为研究对象,采用正演模拟与室内模型试验相互结合、相互验证的研究方式,探究不同形式裂缝病害的成像规律及信号特征,以求为实际工程中的隧道衬砌结构隐伏裂缝病害的检测与识别提供一定判断解释依据。

关键词：地质雷达隐伏裂缝病害 FDTD法正演模拟时频分析 F-K偏移

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