隧道衬砌病害探地雷达三维模型试验与无网格法正演模拟

发布时间：2017-10-23 10:47

  本文关键词：隧道衬砌病害探地雷达三维模型试验与无网格法正演模拟

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【摘要】：对于精度和适应性要求较高的隧道衬砌探地雷达无损检测中,需先掌握衬砌病害的雷达剖面图像特征,建立典型的模型曲线,因此作为反演与图像解释的探地雷达正演模拟技术具有实际意义。目前,探地雷达的正演模拟集中在有限元法和时域有限差分法,其网格划分直接影响计算精度和计算量,且在模拟前处理过程中稍显复杂。本文将无网格法引入隧道衬砌病害探地雷达的正演模拟研究中。该方法形式简单、适应性强,摆脱了网格限制,前处理只需将计算场离散成节点,并用滑动最小二乘法(MSL)拟合场函数。只需正确选取基函数、权函数;合理确定影响半径和节点分布密度,即可得到精度较高的光滑连续结果。主要研究内容和成果如下:1、进行了隧道衬砌空洞地探底雷达三维物理模型试验研究。通过制作隧道衬砌空洞的物理模型,将雷达探测结果经过处理生成三维图像。从图像分析,1600MHZ天线探测的图像精度要高于900MHZ天线;从三维图直观的显示出模型中空洞的真实情况,包括空洞的大小和形状。本次试验中的菱形剖面空洞,从三维图中看出其在水平切面形状是随深度增加而逐渐增大的矩形。通过实验,探究了三维探测方法及验证了三维探测对图像解释有更精确、可靠的功能。2、从无网格法的理论基础滑动最小二乘法出发,选用了负指数型权函数和二维中的二次基函数,在积分中采用高斯积分。在边界的处理上,用罚函数处理了第一类边界条件,又使用改进的SARMA吸收边界条件抑制了模型边界波的反射,并作了详细的推导。3、采用无网格伽辽金法编写了MATLAB正演程序,对隧道衬砌空洞中不同形状空洞作了数值模拟并进行图像处理。对图像进行分析,菱形空洞形状为“抛物线”形,双矩形空洞形状为交叉的双“抛物线”形,为实际工程中图像解释提供了参考依据。将物理模型试验的结果同MATLAB数值模拟结果比较,二维剖面形状都为“抛物线”形,验证了采用无网格法对隧道衬砌病害探地雷达正演模拟的可行性。
【关键词】：隧道衬砌 探地雷达 物理模型 无网格法 正演模拟
【学位授予单位】：西华大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U455.91
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 绪论9-13
• 1.1 前言9
• 1.2 探地雷达的研究现状9-10
• 1.3 无网格法的研究现状10-11
• 1.4 无网格法相对于有限元法的优点11-12
• 1.5 本文研究的总体思路和结构12-13
• 2 探地雷达的理论基础13-19
• 2.1 探地雷达工作的基本原理13-14
• 2.2 电磁波传播的基本规律14-18
• 2.2.1 Maxwell方程组14-15
• 2.2.2 波动方程15-16
• 2.2.3 电场波的特性16-18
• 2.3 本章小结18-19
• 3 隧道衬砌空洞的探地雷达三维物理模型试验研究19-43
• 3.1 探地雷达探测试验方法19-20
• 3.2 探地雷达设备介绍20-21
• 3.3 Radan7数据处理软件21-22
• 3.4 探地雷达采样方式和天线的选择22-24
• 3.5 试验模型的设计与制作24-25
• 3.6 测线的布置25-26
• 3.7 试验数据处理与分析26-41
• 3.7.1 探地雷达二维数据处理与分析26-33
• 3.7.2 探地雷达三维数据分析33-41
• 3.8 本章小结41-43
• 4 无网格法的理论基础43-50
• 4.1 滑动最小二乘法的基本原理43-45
• 4.2 权函数的选取45-47
• 4.3 无网格法的数值积分47-49
• 4.4 本章小结49-50
• 5 无网格法探地雷达方程的求解50-58
• 5.1 罚函数法处理强加边界的基本原理50-52
• 5.2 改进的SARMA吸收边界52-54
• 5.3 无网格法求解各节点波场强度54-57
• 5.4 本章小结57-58
• 6 探地雷达无网格法正演模拟的研究58-67
• 6.1 无网格法程序的计算流程58-59
• 6.2 探地雷达无网格法二维空洞模型正演模拟59-66
• 6.2.1 隧道衬砌中的菱形空洞模型60-63
• 6.2.2 隧道衬砌中的双矩形空洞模型63-66
• 6.3 本章小结66-67
• 结论67-69
• 参考文献69-72
• 攻读硕士学位期间发表论文及科研成果72-73
• 致谢73-74

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本文编号：1083013