水工隧道衬砌内病害隐患探地雷达探测研究

• 作 者: 张坤
• 发表日期: 2012年期
• 关键词: 水工隧道衬砌 探地雷达 时域有限差分法 正演模拟

探地雷达检测具有快速、高效率及抗干扰能力强等优点，且探地雷达的分辨能力可达厘米级。近年来探地雷达无损检测技术在铁路隧道和公路隧道衬砌质量检测领域得到了越来越广泛的研究及应用，但是探地雷达在水工隧道中的应用仍然较少。我国近些年来修建了很多水利工程，水工隧道是常见的建筑物。水工隧道深埋地下，很多地区的地质条件复杂，承受围岩压力与水压力的共同作用，另外这些水工隧道在设计、施工及运行管理期间还存在许多不利因素。由于这些方面的原因的共同作用，为数不少的水工隧道存在各种病害。目前的技术对隧道衬砌中病害的形状、大小、空间形态难以提供准确的解释。因此开展探地雷达正反演理论研究，定量确定隧道衬砌内病害的大小及形态，为现场检测提供图谱解释的依据就显得尤为重要了。本文首先对探地雷达的原理和主要的工程应用进行了总结，并对探地雷达技术中的探测方法和各项参数的设置进行了分析和讨论。以湖北野山河水电站引水隧道为工程依托，研究了目前比较流行的商用雷达数据处理软件Reflexw，并应用此软件对隧道衬砌探地雷达数据进行了分析处理演示。论述了FDTD的发展及应用，从代表探地雷达机理的Maxwell方程式出发，推导了二维TM波的UPML吸收边界条件，建立了模型区与吸收边界区离散正演差分公式的联系。用MATLAB编程实现了基于UPML吸收边界的二维TM波探地雷达正演模拟程序，运用这个程序对矩形空洞、三角形空洞、梯形形空洞以及这些空洞的组合进行了正演模拟，并把模拟的成果应用于湖北野山河水电站引水隧道，在实际工程中验证了程序的正确性。