地质雷达的核心思想在于无损检测,地质雷达具有较高的分辨率,能够快速得到探测结果,结果可信度高,且不介入被测对象的工作状态,能够实现连续成像,在内部缺陷以及浅层精细地层结构上都有实际的应用。由于铁路下方路基病害的特殊性,利用地质雷达来查明铁路路基病害是一种经济有效的方法。但由于铁路轨道的特殊性及布置在无砟轨道内部的密集钢筋网,雷达接收天线能够接收到的钢筋下层目标体电磁波的反射信号较弱,给检测工作带来困难。本文针对地质雷达探测铁路路基病害的过程开展系统研究,结合数值模拟、物理模型试验和现场试验,分析了不同类型、不同特征及不同条件下路基病害的地质雷达响应特征。主要研究内容和成果如下:(1)分析了铁路路基病害的类型,研究了地质雷达的工作原理及其采集参数的设置原则,为数值模拟、物理模型试验和现场试验的过程提供了依据。(2)应用gprMax3.0地质雷达模拟软件建立常见铁路路基病害模型进行了正演模拟,分析了不同条件下路基病害的异常特征,明确了铁路路基病害雷达检测的图谱判识基本特征规律。圆形空洞呈现出双曲线特征,曲线半径较小;矩形空洞则在其上边界呈现一段水平弧段,反射能量较强,而在水平段的两端有着双曲线特征,反射较弱。(3)针对高铁无砟轨道中钢筋的分布,对分布在钢筋下的路基病害进行了正演模拟研究,分析了钢筋对下方病害的影响,由于钢筋的电导率较大,地质雷达入射电磁波会在该处产生衰减,只有一部分电磁波经表层钢筋间空隙入射至下层,因此会对钢筋下方病害区域的探测造成影响。但是当钢筋间距与其直径比达到一定值后,可认为其对下方病害探测的影响不大。(4)通过物理模型试验模拟典型路基病害形式,采集试验模型的典型地质雷达剖面图像,研究不同类型的地下病害区的地质雷达图像的差异,分析了典型路基病害的图像特征;将得到的地质雷达剖面图像与正演模拟结果图像相比较,验证了正演模拟的可行性,为下一步利用正演模拟进行更复杂的地质雷达探测分析提供了依据。(5)通过对无砟轨道板进行现场试验,分析无砟轨道板中钢筋信号在剖面图中的体现;在有砟轨道上进行了地质雷达扫描,结合已有研究成果对地质雷达图像进行了判识,通过对有砟轨道进行现场试验,获得了轨下路基病害的分布情况。