黄土地区土石坝病害GPR法探测研究

本书研究的地质雷达技术具有无损性、连续性、整体性、快速性以及高分辨率等优点，更适用于快速、有效地发现土石坝体及相应关键部位的隐患及缺陷。与工程结合紧密，更有利于为保证土石坝安全运行制定更有针对性的防治措施。

本书系统阐述了地质雷达快速无损检测的方法，采取室内试验、解析分析、数值仿真以及现场监测试验等研究手段，对黄土的相对介电常数性质及界面电磁波反射透射机理、地质雷达探测成像规律及影响因素等进行了系统深入的研究，进而建立了基于地质雷达方法的点状及层状地质模型，通过正反演研究最终实现了对地质雷达图像数据的科学解译，达到了对黄土地区土石坝快速无损检测的目的。

吕高，西安石油大学机械工程学院讲师，水利工程博士后，中国岩石力学与工程学会会员。主要研究方向为岩土工程地质探测、数值仿真分析等，先后主持中国博士后自然科学基金、陕西省自然科学基金及优秀博士创新基金各一项，获2018年中国水力发电学会科学技术进步一等奖。国内外期刊发表论文20余篇，其中SCI、EI检索文献10篇。刘乃飞，博士，现就职于西安建筑科技大学，主要从事冻结裂隙岩体多场耦合理论、水工结构及隧道工程方面的教研工作。

目录1 绪论…11.1 土石坝病害机理及主动探测方法…11.2 地质雷达方法介绍…21.2.1 地质雷达简介及应用领域…21.2.2 国内外地质雷达应用状况…41.2.3 地质雷达硬件技术…61.2.4 地质雷达仪器结构与特点…81.2.5 数据采集方法…91.2.6 地质雷达数值模拟方法…121.3 主要科学问题及发展趋势…171.3.1 固结黄土增湿过程的混合体介电特性研究…171.3.2 坝体裂缝增湿水蚀的地质雷达正演成像特征研究…191.3.3 地质雷达二维实测数据的反演研究…222 地质雷达有耗介质传播特性及数据后处理影响效应…242.1 地质雷达有耗介质传播特性…242.1.1 地质雷达波在介质中的传播机理…252.1.2 有耗介质传播特性…272.2 地质雷达实测图像后处理技术…302.3 黄土潜蚀实测数据解译及分析方法…342.3.1 地质雷达图像解析思路…342.3.2 地质雷达数据图像的分析方法…342.3.3 地质雷达电磁波介质传播的解析解…372.3.4 混凝土裂缝扩张及溶蚀成像特征的FDTD解析解 …392.4 地质雷达实测数据后处理技术及流程优化研究…422.4.1 信号振幅自动增益处理效果对比…432.4.2 FIR系统背景去除处理效果对比…452.4.3 FIR系统水平叠加处理效果对比…472.4.4 IIR系统垂直高通滤波处理效果对比…502.4.5 反褶积处理效果对比…51 2.5 小结…543 黄土介电特性研究…553.1 黄土暗穴成因及增湿变形机理…553.1.1 黄土结构特性…553.1.2 固结黄土湿陷性及增湿变形机理…563.2 含水率-相对介电常数/电导率数理关系实验研究…583.2.1 地质雷达波速与含水率的理论关系…583.2.2 实验设备与测试参数…633.2.3 不同含水率黄土试样的介电常数规律…643.2.4 不同含水率黄土试样的电导率规律…703.3 不同频率下及黄土介电常数规律研究…713.4 小结…724 点状目标地质模型成像特征的正反演研究…734.1 点状目标体成像机理及其特征分析…734.2 主要影响参数分析…754.2.1 背景介质介电参数的影响研究…754.2.2 地质雷达波主频影响研究…794.2.3 目标体深度对成像的影响研究…824.3 典型几何形状的目标体成像特征数值研究…864.3.1 圆形目标体成像特征…874.3.2 矩形目标体成像特征…894.4 不良地质体介电特性对成像特征的影响研究…924.4.1 相对介电常数变化的成像特征分析…924.4.2 电导率变化的成像特征分析…964.5 点状目标地质模型的反演研究…994.5.1 数据提取及分析…994.5.2 双曲线长、短轴的反演计算…1064.5.3 点状目标反演分析模型…1074.6 小结…1085 层状地质模型成像特征的正反演研究…1105.1 层状目标体成像机理及其特征分析…1105.1.1 双层地质中地质雷达波反射及折射规律…1105.1.2 多层地质中地质雷达波反射及折射规律…1135.1.3 地质雷达回波波幅与相对介电常数经验关系…1145.2 双层介质界面反射特性…1155.2.1 双层介质的FDTD平均和差分数值解…1155.2.2 特殊界面的反射幅值解析解…1165.2.3 特殊界面垂直入射波的回波特性…1175.3 界面反射的波幅与垫层相对介电常数关系FDTD研究…1195.4 多层地质中的地质雷达回波计算模型…1245.4.1 多层黄土地质中地质雷达的波形数值模拟…1245.4.2 基于波幅-相对介电常数模型的四层填土模型反演研究…1285.5 小结…1306 土石坝病害探测实例分析…1326.1 长安区石砭峪水库上游坝坡探测实例…1326.1.1 项目概况…1326.1.2 探测方法…1346.1.3 测网布置和定位…1356.1.4 实测数据分析…1376.2 大峪河水库上游坝坡探测实例…1386.2.1 项目概况…1386.2.2 现场探测…1396.2.3 数据分析…1406.3 小结…1437 展望…144 参考文献…145