基于探地雷达的城市地下非金属管线探测识别研究

论文摘要

城市轨道交通建设中,地下管线探测是重要环节。由于老旧管网信息不完善、各部门之间无法有效共享管网信息等原因导致施工过程中造成诸多管线损坏。故需对地下管线进行准确地探测,为工程建设提供技术保障。针对上述问题和研究现状,本文结合数值模拟和工程实例开展了探地雷达管线探测课题的理论和实践研究。首先讨论了数值模拟中的三个重要控制要素──数值色散、解的稳定性和边界控制条件,其中重点介绍了完全匹配层(PML)在边界效应控制中的优势。其次利用数值模拟软件GprMax2D模拟构建了不同情况下的城市地下管线模型,结合MATLAB软件输出数值模拟结果。5组数值模拟结果表明:相同中心频率下,随着深度的增加,探测分辨率不断下降;可以根据管线双曲线反射弧下方的多次反射信号来判别充气管线和充水管线;探地雷达的分辨率是影响探测效果的重要因素,当并行管线间距较小时,模拟结果表明无法区分两根管线的双曲线反射弧,当间距不断扩大时,原先重叠的双曲线反射弧逐渐分离;依据经验雷达天线的中心频率越高时其探测分辨率也越高,但这一规律只在一定的探测深度内有效,正演模拟发现随着埋深的增加,高频天线并不总能探测到模拟设置的管线;上部管线会对下部管线的探测形成干扰,尤其是充水管线会完全掩盖下部充气管线的反射信号。然后基于数值模拟研究结果,选取了合理的探测系统进行现场实测。研究表明:从管线的雷达波反射的双曲线特征可以准确地分辨出充气或充水非金属管线;金属管线的双曲线反射弧顶端比非金属管线的双曲线反射弧顶端表现地更“尖”;受场地条件影响,探地雷达的实际分辨率并不能达到理论的探测分辨率。受数值模拟软件模型构建功能的限制和测试场地诸多干扰条件的影响,本文对地下管线的探测研究还不够充分,包括对多层并列铺设管线、管径大小计算以及数据的精细处理解释等需进一步探讨研究。图39表10参考文献100

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
•   1.1 研究背景和意义
•   1.2 国内外管线研究现状
•     1.2.1 国外研究现状
•     1.2.2 国内研究现状
•     1.2.3 管线探测方法探讨
•   1.3 主要研究内容
•     1.3.1 城市地下管线问题探讨
•     1.3.2 研究内容
•     1.3.3 研究目的
•   1.4 技术路线
• 2 探地雷达应用原理
•   2.1 探地雷达技术理论
•     2.1.1 麦克斯韦方程
•     2.1.2 介质的介电常数
•   2.2 探地雷达的测量方法
•     2.2.1 剖面法
•     2.2.2 宽角法和共中心点法
•   2.3 天线选择和采集参数设置
•   2.4 本章小结
• 3 管线探测数值模拟研究
•   3.1 数值模拟方法原理及软件
•     3.1.1 时域有限差分法
•     3.1.2 数值模拟软件
•   3.2 GprMax2D正演模拟应用
•     3.2.1 模型参数设置
•     3.2.2 解的稳定性探究
•     3.2.3 数值色散
•     3.2.4 边界效应和激励源
•   3.3 模拟结果分析
•     3.3.1 不同埋藏深度
•     3.3.2 不同管内填充物
•     3.3.3 不同间距大小
•     3.3.4 不同中心频率
•     3.3.5 上下重叠
•   3.4 本章小结
• 4 工程实例及分析
•   4.1 工程实例
•   4.2 现场布置
•     4.2.1 天线选择
•     4.2.2 现场数据采集
•   4.3 Reflexw数据处理
•   4.4 工程实例数据分析
•     4.4.1 场地波速估算
•     4.4.2 不同管线埋深
•     4.4.3 不同管内填充物
•     4.4.4 不同间距
•     4.4.5 不同中心频率
•   4.5 本章小结
• 5 结论与展望
•   5.1 结论
•   5.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 作者简介及读研期间主要科研成果

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 秦镇

导师: 张平松

关键词: 探地雷达,非金属管线,完全匹配层,数值模拟,现场探测

来源: 安徽理工大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅰ辑,工程科技Ⅱ辑

专业: 地质学,地球物理学,矿业工程,建筑科学与工程

单位: 安徽理工大学

分类号: TU990.3;P631.3

总页数: 93

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