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盾构隧道探地雷达探测的介电特性试验、数值模拟及应用

作　者: 张丰收
导　师: 黄宏伟；谢雄耀
学　校: 同济大学
专　业: 结构工程
关键词: 探地雷达(GPR) 盾构隧道壁后注浆介电常数时域有限差分(FDTD) 预测反褶积
分类号: U452.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
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引　用: 3次
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内容摘要

通过探地雷达对盾构隧道壁后注浆的分布进行无损检测，是为了在及时快速地掌握盾构隧道壁后浆液分布的基础上，再进行目的性的补偿注浆，最终达到控制隧道纵向沉降的目的。本论文通过室内试验，数值分析以及现场探测等手段，对探地雷达在盾构隧道壁后注浆探测的可行性和一些关键技术进行了研究，主要取得了以下几个方面的成果： 1．通过在上海地区地铁盾构隧道使用的混凝土管片后面放置金属板或部分放置金属板，分别使用250M天线频率和1G天线频率的探地雷达进行探测试验，通过找出雷达数据中的强反射面以及因为有无金属板所造成的相位翻转点得到电磁波在管片中的双程走时，求出电磁波在管片中的波速，进一步反算得到管片的介电常数。首次给出了频率为1G时，电磁波在盾构隧道混凝土管片中的传播波速为0.0933m／ns，管片的介电常数为10.34；当探地雷达的频率为250M时，电磁波在盾构隧道混凝土管片中的传播波速为0.0834m／ns，管片的介电常数为12.95。 2．使用同轴探头法对隧道壁后可能填充的注浆材料和上海地区典型的淤泥软土进行介电常数的测定和分析。得到了这些介质的介电常数和电磁波在各种介质中的传播速度。 3．考虑了时域有限差分的数值稳定性，在此基础上利用时域有限差分方法建立了一个两层均匀介质模型，对电磁波在两层均匀介质中的传播进行了数值模拟，采用的边界条件是理想匹配层(PML)。然后利用预测反褶积方法消除了多次波。此外，还用时域有限差分方法模拟了长江隧道盾构机钢板刷的探测。 4．基于以上几项研究，应用250M和1G频率的探地雷达在已经完工的上海地铁九号线和正在推进中的长江隧道进行了探测。结果表明探地雷达在壁后注浆中的探测是可行的，通过数据处理能够得到壁后浆液的分布。最后通过对两种频率

全文目录

摘要  6-8
ABSTRACT  8-13
第1章绪论  13-24
  1.1 探地雷达及其在岩土工程中的应用  13-18
    1.1.1 探地雷达介绍  13-15
    1.1.2 探地雷达在岩土工程中的应用  15-18
  1.2 探地雷达对盾构隧道壁后注浆进行探测的可行性  18-22
    1.2.1 壁后注浆的目的以及施工中存在的问题  18-20
    1.2.2 长江隧道壁后注浆探地雷达探测的可行性  20-22
  1.3 本论文的主要研究内容  22-24
第2章盾构隧道管片中的电磁波波速测定  24-43
  2.1 概述  24-25
  2.2 盾构隧道管片中电磁波波速测定的原理  25-31
    2.2.1 管片中电磁波测定的原理  25-27
    2.2.2 数值模拟验证  27-31
  2.3 Noggin1G频率雷达探测  31-35
    2.3.1 管片后探测区域全部放置金属板  31-33
    2.3.2 管片后探测区域部分放置金属板  33-35
    2.3.3 单道的对比  35
  2.4 Noggin250M频率雷达探测  35-42
    2.4.1 管片后探测区域全部放置金属板  35-37
    2.4.2 管片后探测区域部分放置金属板  37-39
    2.4.3 管片后没有放置金属板  39-40
    2.4.4 单道的对比  40-42
  2.5 本章小节  42-43
第3章盾构隧道壁后注浆材料的介电常数测定  43-54
  3.1 概述  43
  3.2 同轴探头法的原理  43-46
  3.3 注浆材料介电常数的测定  46-51
    3.3.1 两种不同配比惰性浆液第一天龄期的介电常数测定  46-48
    3.3.2.双浆液在第三天和第十四天龄期的介电常数测定  48-51
  3.4 壁后土体的介电常数测定  51-52
  3.5 本章小节  52-54
第4章探地雷达的数值模拟及多次波的消除  54-93
  4.1 概述  54
  4.2 多次波产生的机理  54-57
    4.2.1 多次波的产生  54-55
    4.2.2 多次波的类型  55-57
  4.3 消除多次波的方法  57-58
    4.3.1 基于滤波的多次波消除方法  57-58
    4.3.2 基于波场理论的多次波消除方法  58
  4.4 预测反褶积消除多次波  58-63
    4.4.1 预测滤波的原理  59-60
    4.4.2 多次波压制  60-62
    4.4.3 预测步长和算子长度  62-63
  4.5 探地雷达的数值模拟  63-81
    4.5.1 探地雷达数值模拟方法概述  63-66
    4.5.2 时域有限差分法的原理  66-81
  4.6 两层均匀介质模型多次波压制的正演模拟  81-89
    4.6.1 建立模型  81-83
    4.6.2 产生多次波  83-84
    4.6.3 预测反褶积消除多次波  84-88
    4.6.4 通过自相关验证多次波消除的效果  88-89
  4.7 长江隧道钢板刷探测数值模拟  89-92
    4.7.1 工程介绍  89-90
    4.7.2 建立模型  90-91
    4.7.3 数值模拟结果  91-92
  4.8 本章小节  92-93
第5章壁后注浆探地雷达探测的实际应用  93-107
  5.1 轨道交通9号线探地雷达实测  94-101
    5.1.1 工程介绍  94-95
    5.1.2 Noggin 250M探测  95-99
    5.1.3 Noggin1G探测  99-101
  5.2 上海长江隧道探地雷达实测  101-106
    5.2.1 工程介绍  101-102
    5.2.2 Noggin 250M探测  102-104
    5.2.3 Noggin 1G探测  104-106
  5.3 隧道内探地雷达探测频率的选择  106-107
第6章结论与展望  107-110
  6.1 结论  107-108
  6.2 不足之处  108
  6.3 展望  108-110
致谢  110-112
参考文献  112-117
个人简历在读期间发表的学术论文与研究成果  117-118
附录本论文所用Matlab程序代码  118-127

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