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探地雷达因其无损、高效等特点被广泛的运用在隧道衬砌质量检测当中,然而探地雷达无损检测的重点和难点在于对雷达图谱的解释。目前对隧道衬砌的病害检测也大多是应用二维技术,难以为我们提供更为准确、形象的信息,也不利于我们对雷达图的解释。在数值模拟方面,运用不同的计算方法和边界条件会直接影响模拟结果的好坏。本文采用建立物理模型和数值模拟模型相结合的思路来对隧道衬砌病害进行研究。首先运用SIR探地雷达对物理模型进行数据采集,再通过RADAN7软件对采集数据进行信号处理,最后得到单道波形图、二维雷达剖面图、三维雷达图,并对其进行解释。针对透射边界条件的不足,介绍一种更优化的边界条件,即第二类全域数值边界条件,并将其运用到探地雷达数值模拟中,基于MATLAB软件,编制这两种边界条件的有限元正演模拟程序,并对试验进行有限元正演模拟。本文主要研究成果如下:(1)通过物理模型试验与数值模拟试验相结合的方式对衬砌病害进行研究,得到的数值模拟结果与物理模型实测结果基本一致;针对透射边界条件的不足,运用一种更优化的边界条件,即第二类全域数值边界条件,通过两种不同边界条件下的数值模拟对比,确定了第二类全域数值边界条件的优越性。(2)使用探地雷达对物理模型进行探测,再运用RADAN7软件对原始数据进行数据处理,成像结果表明,数据处理能有效的去除干扰信号;再通过对二维剖面图和三维雷达图的解释,采用二维和三维相结合的探测方式能更精准、全面的确定病害信息。(3)通过物理模型试验和数值模拟试验的结果表明,当钢筋间距大于250mm时,钢筋对探测结果的影响较小,但当钢筋间距小于110mm时,钢筋对探测结果的影响很大,此时不宜使用探地雷达进行探测;病害埋置越深,检测到的信号越弱;病害形状越复杂,对检测越不利。(4)探测分辨率决定了探地雷达能够探测目标体的最小尺寸,当裂缝宽度满足探地雷达分辨率时,裂缝可以被探测到,并可以估算出裂缝深度;裂缝对其下方病害的反射信号波有一定的影响。