病害检测公路隧道工程论文提纲

论文题目：基于车载非接触式雷达的公路隧道检测技术研究

摘要：随着我国公路工程的发展,隧道工程的数量和里程不断增加。相应的,隧道养护检查工作量增长迅猛,而衬砌结构的质量决定着隧道长期使用的安全性,因此,公路隧道的质量检测工作就尤为重要。而传统的检测方法在检测过程中多依靠人工进行,部分部位检测需要架设支架,检测过程会影响隧道正常运营,检测质量也得不到保证。在公路隧道工程中,用探地雷达检测结构质量是一种较为先进的手段,但是常规的雷达检测方法多为人工手持雷达天线进行贴壁检测,也存在着检测效率低、安全隐患大的问题。这些检测方法的效率、精度及安全性都无法满足实际需要。为此,发展非接触式雷达检测技术已成为一种必要的需求。本文的研究工作如下:（1）本文深入研究了探地雷达电磁波的传播规律及其基本工作原理;（2）使用基于FDTD的数值仿真软件GprMaxV2.0,结合Matlab代码,建立了目标在不同空气距离下、不同电导率的介质中的正演模型并得到了与之对应的响应特征与规律;（3）针对隧道的素混凝土二衬和钢筋混凝土二衬建立了衬砌厚度、背后空洞、裂缝及脱空的正演模型,得到了这些质量缺陷的典型雷达剖面图;（4）通过浇筑混凝土模型板,采用不同型号雷达及天线进行户外物理实验检测,并通过后处理方法对实验数据进行处理,得到真实、准确的非接触式检测结果。（5）根据公路隧道的特点及衬砌状态设计了三种不同的基于车载非接触式雷达扫描系统的方案,分别为:支撑臂固定小轮车扫描系统、四通道快速扫描系统、单通道横向可移动式扫描系统;本文通过模拟得到了空气距离与雷达反射信号强度的数学关系式,电导率与反射信号强度的数学关系式,不同混凝土不同缺陷的雷达剖面图;通过物理实验得到了病害的非接触式检测数据;并设计了三种非接触式雷达车载解决方案,对公路隧道的快速检测研究有重要意义。

关键词：公路隧道;正演模拟;车载雷达检测;非接触式

学科专业：岩土工程

摘要

abstract

第一章 绪论

1.1 项目研究背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 车载探地雷达的发展

1.2.2 探地雷达在隧道中的检测

1.3 主要研究工作

1.4 技术路线

第二章 基于车载探地雷达的基本理论

2.1 GPR电磁学理论

2.1.1 麦克斯韦方程组

2.1.2 电磁波在介质中的传播

2.1.3 电磁波的反射与接收

2.2 探地雷达工作原理及参数介绍

2.2.1 探地雷达的基本工作原理

2.2.2 探地雷达参数介绍

2.3 探地雷达数据的图谱解释

2.3.1 单道数据的波形特征

2.3.2 雷达剖面的特征

2.4 本章小结

第三章 非接触式雷达检测隧道病害的正演模拟

3.1 基于时域有限差分法的GprMax正演模拟

3.2 GprMax2D的正演

3.3 目标在不同空气距离下的模拟

3.4 不同电导率介质中的响应特征

3.5 基于非接触式雷达的素混凝土衬砌结构模拟

3.5.1 素混凝土二衬厚度模拟

3.5.2 素混凝土二衬背后空洞模拟

3.5.3 素混凝土二衬裂缝模拟

3.5.4 素混凝土脱空模拟

3.6 基于非接触式雷达的钢筋混凝土衬砌结构响应特征

3.6.1 钢筋混凝土二衬厚度响应模拟

3.6.2 钢筋混凝土二衬背后空洞响应特征

3.7 本章小结

第四章 非接触式雷达检测实验研究

4.1 实验目的

4.2 模型设计与制作

4.3 实验检测设备

4.4 实验方案

4.5 数据采集

4.6 实验结果分析

4.6.1 钢筋检测数据处理

4.6.2 混凝土空洞检测

4.6.3 脱空检测

4.6.4 正演模拟与实验数据对比分析

4.7 本章小结

第五章 基于车载非接触式雷达扫描系统设计方案

5.1 车载非接触式雷达扫描系统的设计目的

5.2 公路隧道特点

5.3 车载平台的一般要求

5.4 车载方案设计

5.4.1 支撑臂固定小轮车扫描系统

5.4.2 四通道快速扫描系统

5.4.3 单通道横向可移动式扫描系统

5.5 提高空耦距离的方法

5.5.1 雷达天线频率

5.5.2 单点自动追踪

5.6 本章小结

第六章 结论与展望

6.1 主要研究成果

6.2 展望

致谢

参考文献