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基于探地雷达技术的沥青路面早期水损害评价

作　者: 张龙
导　师: 葛折圣
学　校: 华南理工大学
专　业: 交通运输工程
关键词: 高频（2GHz）探地雷达早期水损害有限差分法雷达波形图逆波峰幅值空隙率 CPN 动水冲刷沥青胶浆
分类号: U416.217
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

现阶段，随着国内沥青路面高速公路通车里程的不断增加，越来越多的早期损害出现在沥青路面中，其中水损害是其中之一。初期水损害具有隐蔽性，现有检测技术难以评定水损害的发展程度，探地雷达技术以其高效、无损、连续等特点有望为沥青路面早期水损害的检测和评价提供及时、科学的途径。在国内外对探地雷达及水损害技术的研究成果的基础上，采用高频率雷达（2GHz）对沥青路面内部破坏进行相应的理论研究与现场检测。采用2D-FDTD有限差分法，利用Fortran语言编写程序，对沥青混合料上、中、下面层出现空洞破坏时，雷达特征波形进行相关模拟比较；通过自编C++源程序进行2G雷达现场检测波形图的标准化处理；通过现场检测位置对应300个芯样的室内试验，建立雷达波形图逆波峰幅值与空隙率间的定量关系；使用2GHz探地雷达对安徽省合六叶高速公路进行现场厚度检测，并对其道路厚度均匀性进行分析；通过室内CPN试验对不同空隙率下，沥青路面上、中面层车辙发展趋势进行对比分析；通过动水冲刷试验对不同空隙率下动水冲刷前后沥青路面上、中面层芯样劈裂强度和CPN车辙深度进行相应的对比分析。理论分析与室内试验结果表明，通过雷达波形图能较好的探测沥青路面面层不同位置存在的空洞，且逆波峰幅值与沥青混合料内部空洞大小成正相关关系与沥青混合料内部松散程度成反相关关系；雷达波形图逆波峰幅值与沥青混合料空隙率（空洞）存在线性关系：Y=-347.11x+622.53；同时，建立了雷达波形图逆波峰幅值比与沥青混合料空隙率（空洞）的线性关系式：Y=-0.0186x+0.0376；2G雷达能保证较高精度（误差<2%）的对沥青路面厚度的连续检测；通过CPN试验研究发现，空隙率大于5%的试件平均CPN值比5%以下试件小11%；通过劈裂试验得出，空隙率大于5%的试件劈裂强度要比空隙率小于5%的小7.8%；通过动水冲刷试验得出，空隙率大于5%（含空洞）沥青混合料经过动水冲刷后强度损失16.3%；空隙率大于5%（含空洞）沥青混合料经过动水冲刷后强度比空隙率小于5%沥青混合料经动水冲刷后强度低10.4%；动水冲刷后上面层的CPN车辙深度增加15.3%，中面层的CPN值增加了10.2%，动水冲刷后上面层CPN车辙深度增加比中面层更为明显；同时观察到动水冲刷作用使沥青混合料内部沥青发生剥落，沥青胶浆发生迁移等现象。通过上述研究，形成了雷达检测→雷达波形图的分析→建立沥青路面波形图与面层空隙率关系→不同空隙率与水损害间的关系→不同空隙率对水损害发展的影响→空隙率、水损害与车辙等其他病害间的关系，为高频（2GHz）探地雷达更好的应用于沥青路面的检测，预估沥青混合料早期水损害、空隙率与车辙等其他病害等方面提供了新的研究思路。

全文目录

摘要  5-7
Abstract  7-12
第一章绪论  12-20
  1.1 研究背景与意义  12-13
  1.2 国内外沥青路面水损害研究现状  13-15
    1.2.1 国外沥青路面水损害研究现状  13-14
    1.2.2 国内沥青路面水损害研究现状  14-15
  1.3 国内外探地雷达技术研究现状  15-17
    1.3.1 国外探地雷达路面检测的应用研究现状  15-16
    1.3.2 国内探地雷达的研究现状  16-17
  1.4 主要的研究内容及研究思路  17-19
  1.5 本章小结  19-20
第二章雷达工作原理介绍及参数选择  20-27
  2.1 雷达工作原理的介绍  20-21
  2.2 雷达参数选择  21-26
    2.2.1 中心频率的选择  22-23
    2.2.2 采样时窗的选择  23
    2.2.3 采样率的选择  23
    2.2.4 相邻扫描点间的距离  23-24
    2.2.5 雷达天线的选择  24-26
  2.3 本章小结  26-27
第三章路面水损害后的雷达波形的数值模拟  27-45
  3.1 正演模型的建立  27-30
    3.1.1 雷达波传播过程中的假设  27
    3.1.2 雷达正演模型建立原理  27-28
    3.1.3 雷达波正演模型建立步骤  28-30
  3.2 沥青面层内部空洞对雷达回波波形影响  30-44
    3.2.1 获取雷达入射波  30-32
    3.2.2 确定电磁波传播模型的参数  32-34
    3.2.3 电磁波传播过程的模拟  34-44
  3.3 本章小结  44-45
第四章雷达波形处理和沥青层厚度检测  45-59
  4.1 雷达现场检测与检测波形处理  45-47
    4.1.1 雷达现场检测方法  45
    4.1.2 雷达波形图提取与标准化  45-47
  4.2 雷达现场检测对应芯样信息采集  47-50
    4.2.1 芯样的分类照片  47-49
    4.2.2 芯样表观特征分析  49-50
  4.3 基于高精度路面雷达的沥青层厚度检测  50-54
    4.3.1 路面雷达厚度测试原理  50-52
    4.3.2 沥青层厚度检测结果  52-54
  4.4 雷达现场检测波形图分析  54-58
  4.5 本章小结  58-59
第五章基于高精度路面雷达的沥青层空隙率检测  59-70
  5.1 研究方法  59-60
  5.2 基于 GPR 的沥青层空隙率检测  60-69
    5.2.1 基于 GPR 的沥青层空隙率检测原理  60-62
    5.2.2 雷达波形与空隙率的定量关系  62-69
  5.3 本章小结  69-70
第六章沥青面层空隙率对沥青混合料水损害影响分析  70-88
  6.1 研究依据  70
  6.2 基于 CPN 试验的沥青层空隙率与水损害发展趋势分析  70-76
  6.3 基于动水冲刷试验的沥青层空隙率与水损害发展趋势分析  76-87
    6.3.1 动水冲刷前后芯样变化  77-82
    6.3.2 动水冲刷前后芯样劈裂强度的变化  82-86
    6.3.3 动水冲刷前后芯样抗车辙能力变化  86-87
  6.4 本章小结  87-88
结论与展望  88-91
参考文献  91-94
攻读硕士学位期间取得的研究成果  94-95
致谢  95-96
附件  96

基于探地雷达技术的沥青路面早期水损害评价

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