本書系統(tǒng)闡述了地質(zhì)雷達快速無損檢測的方法，采取室內(nèi)試驗、解析分析、數(shù)值仿真以及現(xiàn)場監(jiān)測試驗等研究手段，對黃土的相對介電常數(shù)性質(zhì)及界面電磁波反射透射機理、地質(zhì)雷達探測成像規(guī)律及影響因素等進行了系統(tǒng)深入的研究，進而建立了基于地質(zhì)雷達方法的點狀及層狀地質(zhì)模型，通過正反演研究最終實現(xiàn)了對地質(zhì)雷達圖像數(shù)據(jù)的科學(xué)解譯，達到了對黃土地區(qū)土石壩快速無損檢測的目的。
本書研究的地質(zhì)雷達技術(shù)具有無損性、連續(xù)性、整體性、快速性以及高分辨率等優(yōu)點，更適用于快速、有效地發(fā)現(xiàn)土石壩體及相應(yīng)關(guān)鍵部位的隱患及缺陷。與工程結(jié)合緊密，更有利于為保證土石壩安全運行制定更有針對性的防治措施。
呂高，西安石油大學(xué)機械工程學(xué)院講師，水利工程博士后，中國巖石力學(xué)與工程學(xué)會會員。主要研究方向為巖土工程地質(zhì)探測、數(shù)值仿真分析等，先后主持中國博士后自然科學(xué)基金、陜西省自然科學(xué)基金及優(yōu)秀博士創(chuàng)新基金各一項，獲2018年中國水力發(fā)電學(xué)會科學(xué)技術(shù)進步一等獎。國內(nèi)外期刊發(fā)表論文20余篇，其中SCI、EI檢索文獻10篇。
劉乃飛，博士，現(xiàn)就職于西安建筑科技大學(xué)，主要從事凍結(jié)裂隙巖體多場耦合理論、水工結(jié)構(gòu)及隧道工程方面的教研工作。
目錄
1 緒論…1
1.1 土石壩病害機理及主動探測方法…1
1.2 地質(zhì)雷達方法介紹…2
1.2.1 地質(zhì)雷達簡介及應(yīng)用領(lǐng)域…2
1.2.2 國內(nèi)外地質(zhì)雷達應(yīng)用狀況…4
1.2.3 地質(zhì)雷達硬件技術(shù)…6
1.2.4 地質(zhì)雷達儀器結(jié)構(gòu)與特點…8
1.2.5 數(shù)據(jù)采集方法…9
1.2.6 地質(zhì)雷達數(shù)值模擬方法…12
1.3 主要科學(xué)問題及發(fā)展趨勢…17
1.3.1 固結(jié)黃土增濕過程的混合體介電特性研究…17
1.3.2 壩體裂縫增濕水蝕的地質(zhì)雷達正演成像特征研究…19
1.3.3 地質(zhì)雷達二維實測數(shù)據(jù)的反演研究…22
2 地質(zhì)雷達有耗介質(zhì)傳播特性及數(shù)據(jù)后處理影響效應(yīng)…24
2.1 地質(zhì)雷達有耗介質(zhì)傳播特性…24
2.1.1 地質(zhì)雷達波在介質(zhì)中的傳播機理…25
2.1.2 有耗介質(zhì)傳播特性…27
2.2 地質(zhì)雷達實測圖像后處理技術(shù)…30
2.3 黃土潛蝕實測數(shù)據(jù)解譯及分析方法…34
2.3.1 地質(zhì)雷達圖像解析思路…34
2.3.2 地質(zhì)雷達數(shù)據(jù)圖像的分析方法…34
2.3.3 地質(zhì)雷達電磁波介質(zhì)傳播的解析解…37
2.3.4 混凝土裂縫擴張及溶蝕成像特征的FDTD解析解 …39
2.4 地質(zhì)雷達實測數(shù)據(jù)后處理技術(shù)及流程優(yōu)化研究…42
2.4.1 信號振幅自動增益處理效果對比…43
2.4.2 FIR系統(tǒng)背景去除處理效果對比…45
2.4.3 FIR系統(tǒng)水平疊加處理效果對比…47
2.4.4 IIR系統(tǒng)垂直高通濾波處理效果對比…50
2.4.5 反褶積處理效果對比…51
2.5 小結(jié)…54
3 黃土介電特性研究…55
3.1 黃土暗穴成因及增濕變形機理…55
3.1.1 黃土結(jié)構(gòu)特性…55
3.1.2 固結(jié)黃土濕陷性及增濕變形機理…56
3.2 含水率-相對介電常數(shù)/電導(dǎo)率數(shù)理關(guān)系實驗研究…58
3.2.1 地質(zhì)雷達波速與含水率的理論關(guān)系…58
3.2.2 實驗設(shè)備與測試參數(shù)…63
3.2.3 不同含水率黃土試樣的介電常數(shù)規(guī)律…64
3.2.4 不同含水率黃土試樣的電導(dǎo)率規(guī)律…70
3.3 不同頻率下及黃土介電常數(shù)規(guī)律研究…71
3.4 小結(jié)…72
4 點狀目標地質(zhì)模型成像特征的正反演研究…73
4.1 點狀目標體成像機理及其特征分析…73
4.2 主要影響參數(shù)分析…75
4.2.1 背景介質(zhì)介電參數(shù)的影響研究…75
4.2.2 地質(zhì)雷達波主頻影響研究…79
4.2.3 目標體深度對成像的影響研究…82
4.3 典型幾何形狀的目標體成像特征數(shù)值研究…86
4.3.1 圓形目標體成像特征…87
4.3.2 矩形目標體成像特征…89
4.4 不良地質(zhì)體介電特性對成像特征的影響研究…92
4.4.1 相對介電常數(shù)變化的成像特征分析…92
4.4.2 電導(dǎo)率變化的成像特征分析…96
4.5 點狀目標地質(zhì)模型的反演研究…99
4.5.1 數(shù)據(jù)提取及分析…99
4.5.2 雙曲線長、短軸的反演計算…106
4.5.3 點狀目標反演分析模型…107
4.6 小結(jié)…108
5 層狀地質(zhì)模型成像特征的正反演研究…110
5.1 層狀目標體成像機理及其特征分析…110
5.1.1 雙層地質(zhì)中地質(zhì)雷達波反射及折射規(guī)律…110
5.1.2 多層地質(zhì)中地質(zhì)雷達波反射及折射規(guī)律…113
5.1.3 地質(zhì)雷達回波波幅與相對介電常數(shù)經(jīng)驗關(guān)系…114
5.2 雙層介質(zhì)界面反射特性…115
5.2.1 雙層介質(zhì)的FDTD平均和差分數(shù)值解…115
5.2.2 特殊界面的反射幅值解析解…116
5.2.3 特殊界面垂直入射波的回波特性…117
5.3 界面反射的波幅與墊層相對介電常數(shù)關(guān)系FDTD研究…119
5.4 多層地質(zhì)中的地質(zhì)雷達回波計算模型…124
5.4.1 多層黃土地質(zhì)中地質(zhì)雷達的波形數(shù)值模擬…124
5.4.2 基于波幅-相對介電常數(shù)模型的四層填土模型反演研究…128
5.5 小結(jié)…130
6 土石壩病害探測實例分析…132
6.1 長安區(qū)石砭峪水庫上游壩坡探測實例…132
6.1.1 項目概況…132
6.1.2 探測方法…134
6.1.3 測網(wǎng)布置和定位…135
6.1.4 實測數(shù)據(jù)分析…137
6.2 大峪河水庫上游壩坡探測實例…138
6.2.1 項目概況…138
6.2.2 現(xiàn)場探測…139
6.2.3 數(shù)據(jù)分析…140
6.3 小結(jié)…143
7 展望…144
參考文獻…145
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