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探地雷达技术作为一种工程检测主要方法,由于相关理论及探测技术尚不完善,探测深度限制和探测对象对雷达波影响等原因,在大坝病害检测中的应用并不成熟。因此,探地雷达技术在大坝检测中得到病害图像特性分析和相应的研究成果都较少,并且在现场检测中运用较广的仍然是二维探测技术,对均质土坝中病害的位置、形态等都难以具体描述,相应的病害图谱特性分析也存在较大的主观性和经验性。论文从碾压式均质土坝物理模型试验和FDTD算法下三维正演模拟出发,分析模型中预设病害的位置形态和尺寸,对均质土坝病害的二、三维探测技术和Matlab三维正演模拟进行了研究,其主要研究内容如下:(1)设计制作了均质土坝物理模型,并对该物理模型进行雷达探测,通过RADAN7对雷达波形图进行处理,得到了关于空洞和金属病害的二、三维探测图像,更加直观地论证了均质土坝病害探测雷达波形图的图像特性,并通过探测图像结果探讨了模型设计和测线布置方案的合理性及可行性。(2)根据Maxwell方程,对雷达波的传播原理进行研究,利用截断边界上的特殊匹配矩阵,推导了正演模拟下TM波在导电介质和无磁耗介质中的UPML吸收边界条件;研究了UPML吸收边界条件在均质坝粘土介质中的参数设置,建立了FDTD算法与UPML差分公式之间的联系,对时域有限差分下的UPML吸收边界条件进行了较为系统的梳理和研究,为正演模拟提供了理论依据。(3)建立了FDTD算法下的UPML吸收边界条件数值模型,构造了3个1000mm的正方体模型,对20cm深度下直径和高度均为160mm的圆柱体空洞和金属病害模型,以及50cm深度下直径和高度均为160mm的圆柱体空洞病害模型进行了三维正演模拟,分析总结了均质土坝中的病害图谱特性。(4)对比探地雷达扫描和Matlab程序正演下的三维切片图,验证了正演模拟程序的可靠性和准确性。通过模拟结果及物理实验探测结果分析,加深了对均质土坝中各种病害剖面图特性的认识,积累了相关经验和理论知识,提高了现场均质土坝雷达探测图谱解释的精确度和正确性。