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公路路基探测技术研究
报告简本
0 项目概况
项目背景及意义
近年来,我国公路建设快速发展的同时,其间存在的道路隐患也逐渐显现,尤其对公路质量状况的检评技术不能同步发展,在公路路基质量状况检测方面缺少有效的方法和手段。
传统的人工养护及钻孔取芯等传统检测方法路上作业危险性大,难以发现道路基础内部的病害隐患,通常只有等到路基病害影响到路面时才会被发现,因此传统方法检测效率低、安全性差、影响交通,对公路具有很强的破坏作用,不能满足现代公路发展的需要。探地雷达通过向地下发射宽频短脉冲高频电磁波,利用不同地下介质的电性特性及其分界面对电磁波的反射原理,通过分析来自地下介质的反射电磁波的振幅、相位和频谱等运动学和动力学特征来分析、推断地下介质结构和物性特征、识别地下目的体,具有实时连续、高精度、快速和无损等特点。探地雷达技术还能够预先识别路基内部的脱空、裂隙、沉陷和严重疏松等病害隐患;结合专门开发的数据处理分析软件和数据库系统,可以定量检测路基的含水量等质量状况的重要参数。公路养护部门通过定期检测和分析,可以动态监控路基质量状况和发展趋势;结合道路的路面质量状况进行综合分析,可以制定合理的修补方案,既能有效地降低养护成本,又降低了对公路运营所造成的影响,提高了路上作业的效率和人员安全性,研究探地雷达技术进行路基质量状况检测具有广阔的市场前景及巨大的经济效益和社会效益。
目的
研究公路路基检测技术的主要目的在于采用探地雷达技术作为主要的检测手段,通过室内模拟和物理模型,研究路基病害的电磁波响应特征及规律,研究病害识别算法,研究路基含水率和空隙率的电磁波响应模型,开发病害数据库,开发公路路基探测专用软件系统等内容。
研究目的改变以往只能依赖经验丰富的物探技术人员进行探地雷达数据处理和分析的状况,减小由于仪器、解释人员等不同因素对解释结果所造成的影响,降低解释的难度,提高解释结果的准确性;提交公路部门所惯用的评价指标的定量检测结果,并将病害的空间位置信息和物性信息分类存储,为道路养护、评价提供准确可靠的数据支持,更好地服务于全国公路养护工作。
研究工作概况。
本项目以北京星通联华科技发展有限公司为项目承担单位,联合中国地质大学(北京)、中国矿业大学(北京)和长安大学等高等学府开展研究工作。由我公司在中国矿业大学和中国地质大学设立的公路工程物探研究中心承担项目中的模型正演和反演研究、理论计算公式建立、病害识别和成像技术研究、路基质量评价参数计算和使用处理软件的开发工作。长安大学负责物理实验模型设计、公路质量状况评价等相关技术咨询和指导工作。
依托工程的实施主要由北京星通联华科技发展有限公司负责并组织实施,依托工程所属各单位予以必要的配合并负责工程实施过程中的相关协调工作和常规土工试验的检测结果验证工作。
项目依托和参加单位:甘肃省交通厅长达路业有限责任公司、河南中原高速公路股份有限公司、湖北楚天高速公路股份有限公司和北京首都高速公路发展有限公司,主要负责完成依托工程现场检测的协调、常规土工试验的原位测试验证工作。
1. 项目基本情况
考核指标及完成情况
序号
考核指标
完成情况
1
选配出一套公路路基探测的专用探地雷达系统
设备:选配意大利
软件:GR地质雷达处理分析系统
2
出一本公路路基探测专著
完成,专著名称”公路路基地质雷达地质雷达探测技术研究”
3
发表论文3篇左右
目前发表论文7篇
4
培养研究生7名,其中博士学位2名
5
专用于公路的探地雷达分析处理软件
已完成,并于2008年获得软件著作权
6
公路典型病害数据库
已完成
7
定量计算数学模型
已经完成
8
完成软件测试
9
完成示范应用
主要完成内容
完成了基于电磁波对病害响应特征研究
1. 数值模型研究
基于麦克斯韦方程,推导了二维和三维的FDTD方程;
建立了Mur和PML吸收边界条件;
对路基存在的典型病害:松散、空洞和脱空进行数值模拟和分析;
总结了电磁波对不同病害模型的响应特征。
2. 物理模型研究
建立了实验室模型,并对模型的电性参数进行测试,对雷达测试进行了分析;
对现场的室外模型包括空洞、松散和脱空进行了测试分析;
总结的电磁波对物理模型的响应特征。
3. CT空间成像算法研究
对两大类不同重建方法(变换法和代数法)中的主要算法进行模拟仿真。
建立了代数重建算法(ART)和联合迭代重建算法(SIRT)。
(1)建立模型:
(2)模型参数:
(3)数值模拟结果:

完成了病害信号提取算法研究
研究并开发了一维滤波、小波变换、反褶积、子波相干加强等算法模块;
研究并开发了水平