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1.
混凝土是最常用的人工合成建筑材料,属于典型的多相离散随机介质,为研究探地雷达波在此类复杂介质中的传输特性,基于量化约束多相离散随机介质模型建模方法,通过精准调节混合物中各组成物质的体积含量百分比和自相关长度,建立不同空隙率和不同尺度的多相离散随机介质模型,进行探地雷达数值模拟,研究探地雷达波在多相离散随机介质模型中的传输特性及其影响因素.结果表明:多相离散随机介质模型可以直接表征多相混合物的空隙率,为数值模拟研究多相离散随机介质的空隙率与其探地雷达波场特征之间的函数关系提供了模型基础;与均匀介质相比,探地雷达波在多相离散随机介质中发生了明显的电磁散射,形成了大量的无规则扰动,造成了电磁波能量损失,致使其相同空间位置处的探地雷达波波前振幅小于均匀介质,且随机、无序传播的散射波相互干涉叠加,会降低探地雷达回波信号的分辨率;对于多相离散随机介质,其空隙率越大,则混合物等效介电常数越小,介质非均匀性越强,致使电磁波传播速度越快,电磁散射越强烈,能量损失越大,波前振幅越小;随着自相关长度的增大,其对应的多相离散随机介质模型中骨料粒径随之增大,电磁散射越强烈,波前到达距离相同点的走时差越大,振幅变化越大,波前形状扭曲变形越强烈.研究结果可为探地雷达无损检测混凝土工程质量提供指导和借鉴. 相似文献
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《地球物理学进展》2016,(4)
沥青混凝土是典型的多相离散随机介质,为了研究沥青混凝土各结构层的空隙率与探地雷达波场特征之间的关系,本文基于沥青混凝土各结构层对应的多相离散随机介质模型参数,应用量化约束多相离散随机介质模型建模算法,构建了不同空隙率的多相离散随机介质三维模型,并基于商用屏蔽型蝶形天线三维模型数值模拟了探地雷达波在其中的传播特征,研究了多相离散随机介质空隙率与探地雷达波场特征之间的关系.研究结果表明:在半无限空间中,多相离散随机介质的空隙率越大,探地雷达波散射越强烈、地面直达波正相位振幅越强;对于上、中、下面层厚度分别为4 cm、6 cm、8 cm的层状多相离散随机介质,地面直达波正相位振幅强度主要取决于上面层多相离散随机介质空隙率大小,受中面层多相离散随机介质空隙率的影响较小;地面直达波负相位的振幅强度主要与中面层多相离散随机介质空隙率大小相关,其振幅强度随空隙率的增大而增强,且地面直达波正、负相位振幅强度与下面层多相离散随机介质空隙率无关;下面层多相离散随机介质的空隙率与下层介质分界面之间的反射波振幅强度成正比例关系.研究结果为探地雷达定量估算沥青混凝土各结构层的空隙率提供了理论依据. 相似文献
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《地球物理学进展》2016,(4)
裂缝是沥青混凝土公路路面的常见病害,为了研究沥青混凝土中隐含裂缝的宽度与其探地雷达波场之间的对应变化关系,本文基于各结构层沥青混凝土的多相离散随机介质模型参数,应用量化约束多相离散随机介质模型建模算法,构建了与公路各结构层实际情况更相符的多相离散随机介质三维模型,并基于商用探地雷达蝶形天线三维模型,数值模拟与对比分析了探地雷达波在多相离散随机介质和均匀介质中的传播特征,研究了探地雷达波场随裂缝宽度变化的函数关系.研究结果表明:探地雷达波在多相离散随机介质中发生了散射,致使其数值模拟剖面具有明显的随机扰动特征和"噪声",降低了探地雷达对裂缝的成像能力;随着裂缝宽度由窄变宽,其在探地雷达剖面图上的横向异常宽度差异较小,但裂缝顶端绕射波振幅强度与裂缝宽度之间具有明显的规律性,这为探地雷达定量估算公路结构层隐含裂缝宽度提供了理论依据. 相似文献
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《应用地球物理》2015,(4)
描述和估计介质含水量、介电常数等属性参数分布是探地雷达探测技术的重要研究内容。雷达波的旅行时间和反射振幅系数与介质含水量、孔隙度与介电常数密切相关。常规通过旅行时间计算波速以估计介质参数的方法,例如透射波法,共中心点速度分析等,对于复杂介质分辨率有限。基于反射振幅的阻抗反演方法可以直接根据反射系数计算雷达波阻抗以估计介质属性参数,从而有效地避开常规方法在计算波速时精度低的问题。本文首先建立了基于高斯型和指数型混合自相关函数的三维多尺度等效随机介质模型刻画地下随机介质参数分布,并在局部加入高斯椭圆方程描述局部随机异常目标体。其次,通过引入锥形函数以降低随机介质模型在离散网格数值计算方法误差。在此基础上,推导了探地雷达递推阻抗反演的基本流程并结合随机介质模型测试了该方法在复杂介质参数估计中的计算精度。最后,对内蒙地区的实测探地雷达数据利用递推阻抗反演方法来估计地下污染物参数,估计介电常数、含水量结果与钻孔实测数据和同期开展的电阻率成像结果有很好的吻合。说明基于递推阻抗反演方法在探地雷达复杂介质属性参数估计中具有很好的应用前景。 相似文献
5.
等效介电常数是混合物微观结构的宏观表征,与介质的属性参数密切相关.在传统随机介质建模理论的基础上,通过增加量化约束限定条件,精准控制双相混合物各组成物质的体积占比,建立了 22个体积占比相同、孔隙粒径尺度不等和20个孔隙粒径尺度相等、体积占比不同的双相混合物介质模型,进行探地雷达数值模拟,研究超宽频带条件下双相混合物各组成物质体积占比和孔隙粒径大小对其等效介电常数及探地雷达波场特征的影响.结果表明:对于各组成物质体积占比相同、孔隙粒径尺度不等的双相混合物,其等效介电常数基本相同,说明混合物等效介电常数主要取决于其各组成物质的体积占比及其介电常数,但由于混合物内部孔隙粒径尺度不等,其电磁散射强度和能量衰减损失存在明显差异;对于孔隙粒径尺度相等、体积占比不同的双相混合物,其空气体积占比越小,等效介电常数越大,与Rayleigh模型、CRIM模型等混合物等效介电常数经验公式计算结果差值越小、吻合越好,同时,其散射波振幅强度和波形杂乱程度越弱,研究结果可为解译双相混合物介质属性参数提供参考和指导. 相似文献
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二维横各向同性弹性随机介质中的波场特征 总被引：9，自引：4，他引：5
本文通过交错网格有限差分正演．模拟了平面地震波在二维横各向同性弹性随机介质模型中的传播及其自激自收时间记录．为研究横各向同性弹性随机介质模型中的波场特征,我们在五个不同的时间区段上,分别计算剖面的三个统计特征(横向中心频率、纵向中心频率、波场能量相对值)．这样,对应每一个横各向同性弹性随机介质模型．均可计算得到15个不同的波场特征量．我们通过在二维横各向同性弹性随机介质中的正演模拟．研究当自相关长度以及介质的各向异性系数变化时,对应的上述波场特征量的变化特点．证实了在随机介质模型中．各向异性系数的变化会引起波场记录上的某些统计特征的变化,归纳得出了若干结论． 相似文献
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提出了一种模拟构造随机溶洞介质模型的新方法.从现有的随机介质模型理论出发,以混合型连续随机介质的每一个局部最大值点作为一个溶洞分布区的中心点,本文引入了溶洞分布区的局部半径d和溶洞面积p这两个模型特征量,采用阀值截取方法模拟构造各种不同形式的随机溶洞介质模型.用局部半径d描述溶洞介质在大尺度上的离散程度,用溶洞面积p描述在各个溶洞分布区中溶洞介质的面积.通过选择从不同的混合型连续随机介质模型出发,选择不同的局部半径d和溶洞面积p,使用阀值截取法,我们可以最终得到能灵活、准确地描述实际复杂溶洞介质的各种随机溶洞介质模型.本文最后在各种不同形式的随机溶洞介质模型中,作了平面弹性波自激自收记录的数值模拟,并得出了一些结论. 相似文献
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随机介质表征的地球介质自组织性,体现了地球内部复杂介质的统计性特征,对理解地球内部构造和动力学演化有重要的意义.波前愈合效应是自组织介质散射效应的体现,会导致高频近似射线理论的计算走时和真实波场到时有一定的差异.为了研究射线理论在自组织介质中的适应性范围,本文选取高斯型和指数型自相关函数来描述自组织介质,采用非均匀化多尺度方法进行大尺度地球模型的波场模拟.利用互相关方法求取背景速度场与附加自组织介质速度场之间的波场走时差,并与由射线理论得到的走时差进行比较.结果表明,非均匀化多尺度方法在节省计算时间的同时,又可保持计算精度.介质相关长度越小、波长越长且传播距离越远时,波前愈合效应越强.当相关长度a、波长λ以及传播距离L之间满足a/(λL)1/2≤0.5时,波前愈合效应显著,且随着比值减小两者差异增大,波前愈合效应在增加,在该范围内射线理论计算走时的误差较大. 相似文献
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二维粘弹性随机介质中的波场特征分析 总被引：12，自引：5，他引：7
通过交错网格有限差分正演,模拟了平面地震波在二维粘弹性随机介质模型中的传播及其自激自收时间记录．为研究粘弹性随机介质模型中的波场特征,我们在理论记录(垂直分量)剖面上选取两个时间区段;在这两个不同的时间区段上,分别计算剖面的三个统计特征(横向中心频率、纵向中心频率、波场能量相对值)．这样,对应每一个粘弹性随机介质模型,我们均可计算得到6个不同的波场特征量．我们通过在二维粘弹性随机介质中的正演模拟,研究当自相关长度以及粘弹吸收系数变化时,对应的上述波场特征量的变化特点,最终得出了若干结论。 相似文献
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Target detection using ground penetrating radar (GPR) is based on the contrast between the electrical parameters of the target and the background medium, such as dielectric permittivity, conductivity and permeability. The application mainly concentrates on the detection of the medium interface and the target shape. In any theoretical study, a simulation model is built with a homogeneous medium. However, real detection encounters heterogeneous media which might produce scattering and diffraction at electrical interfaces and distort the radar pulse shape and affect the detection resolution. In this paper, we build multi-scale random media model with an ellipsoidal autocorrelation function and use FDTD method to simulate the GPR signal response. We then estimate and analyze the arrival time, layer thickness, permittivity and the physics relation in different scale random models according to the S transform method and the transmission wave method. The results demonstrate that we can use GPR to obtain geophysical information of multi-scale heterogeneous media, and provide a foundation for real media detection and complex media inversion. 相似文献
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The travel time and amplitude of ground-penetrating radar (GPR) waves are closely related to medium parameters such as water content, porosity, and dielectric permittivity. However, conventional estimation methods, which are mostly based on wave velocity, are not suitable for real complex media because of limited resolution. Impedance inversion uses the reflection coefficient of radar waves to directly calculate GPR impedance and other parameters of subsurface media. We construct a 3D multiscale stochastic medium model and use the mixed Gaussian and exponential autocorrelation function to describe the distribution of parameters in real subsurface media. We introduce an elliptical Gaussian function to describe local random anomalies. The tapering function is also introduced to reduce calculation errors caused by the numerical simulation of discrete grids. We derive the impedance inversion workflow and test the calculation precision in complex media. Finally, we use impedance inversion to process GPR field data in a polluted site in Mongolia. The inversion results were constrained using borehole data and validated by resistivity data. 相似文献
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探地雷达图像的正演合成与偏移处理 总被引：8，自引：2，他引：8
本文讨论了射线追踪法实现二维地电断面的探地雷达图像的正演合成问题,其中包括二维地电断面的数字拟合、多层连续界面介质中高频电磁波的反射与透射统一的运动学边界方程;根据Huygen's-Fresnel原理导出了均匀介质中二维管状体模型的衍射雷达波的计算公式;给出了用射线追踪法合成的二维地电模型的探地雷达图像;用衍射波公式合成了二维管状模型的雷达图像,并与物理模拟作了比较.在此基础上,用Kirchhoff积分法对数字模拟与物理模拟记录的雷达图像作了偏移处理,并给出了实例. 相似文献
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沥青心墙是水利水电工程的一种重要的防渗形式,其质量直接关系到工程的安全.压实度是评价其质量的重要指标,常采用取芯后实验室来测定,虽然探测结果可靠,但破坏性大、周期性长以及连续性差.我们采用探地雷达方法来评价沥青心墙的压实度.为消除沥青心墙的侧壁和两侧的堆石对探测结果的影响,本文模拟了雷达波在沥青心墙中传播,得出没有侧壁和堆石反射波影响的有效探测深度.并利用实测数据提取沥青心墙的雷达波属性如振幅、主频以及瞬态谱等,结合采样获得的孔隙度和密度,得出其与属性参数间的关系.研究表明,这种方法可以直观、快速、连续的反映心墙压实度变化,为工程质量的检测提供很好的依据. 相似文献
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水库冰气泡含量和密度对探地雷达测厚的影响分析(英文) 总被引：2，自引：0，他引：2
在水库现场试验了RIS K2型探地雷达探测水库冰厚度的能力,试验时所用天线频率为600MHz;同步钻孔测量雷达探测处的冰厚度;以及在一个点上取样测试分析冰晶体、冰内气泡和冰密度。试验时冰面积雪厚度0.03-0.05m,冰层上部有0.24m粒状冰,其下均为柱状冰;冰内气泡含量呈表层高底层低分布;冰密度随气泡含量变化;冰厚度在平面内不均一。通过探测厚度和实测厚度的对比分析以及气泡含量对介电系数影响的理论分析,建立了积雪、粒状冰和柱状冰三层介质模型,获取雷达波在冰内的理论传递时间。结果发现:能够利用等效介电常数或等效传播速度评价雷达波传递时间,结冰期冰层1/3深度处的对应介电常数或传递速度可以作为等效值;另外因冰内大气泡造成的理论传递时间大于雷达探测时间,其差值随理论传递时间或冰厚的增加呈非线性增加。 相似文献
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In seismic exploration, elastic waves are sent to investigate subsurface geology. However, the transmission and interpretation of the elastic wave propagation is complicated by various factors. One major reason is that the earth can be a very complex medium. Nevertheless, in this paper, we model some terrestrial material as an elastic medium consisting of randomly distributed inclusions with a considerable concentration. The waves incident on such an inhomogeneous medium undergo multiple scattering due to the presence of inclusions. Consequently, the wave energy is redistributed thereby reducing the amplitude of the coherent wave.The coherent or average wave is assumed to be propagating in a homogeneous continuum characterized by a bulk complex wavenumber. This wavenumber depends on the frequency of the probing waves; and on the physical properties and the concentration of discrete scatterers, causing the effective medium to be dispersive. With the help of multiple scattering theory, we are able to analytically predict the attenuation of the transmitted wave intensity as well as the dispersion of the phase velocity. These two sets of data are valuable to the study of the inverse scattering problems in seismology. Some numerical results are presented and also compared, if possible, with experimental measurements. 相似文献
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为揭示地震波在地壳小尺度非均匀介质中的散射过程,更准确地描述地震波的包络展宽现象,本文基于多次各向异性散射理论,采用离散波数法求解能量密度积分方程,选取高斯型自相关函数表征的散射模式,得到S波能量密度包络。基于此,本文首先分析了单次散射和多次散射在形成S波能量密度包络中的贡献规律;然后探讨了吸收系数和总散射系数对合成S波能量密度包络的影响;最后对比了在不同散射模式下合成的S波能量密度包络的差异。结果显示:① 不同的散射模式下单次散射和多次散射对地震波散射过程的贡献规律是一致的,对于近震（震源距小于100 km）,单次散射模型可以近似合成S波能量密度包络;随着震源距增大,多次前散射模型可以更快地接近总能量密度包络;② 吸收系数增大会降低直达S波和尾波幅值,总散射系数增大会降低直达S波幅值,但使得S波尾波幅值升高;③ 前散射模式下S波能量密度包络随震源距的增大会导致峰值延迟,包络展宽,尾波衰减一致性更快等现象产生。 相似文献
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基于可分离小波理论,由一维区间B样条小波尺度函数的张量积构造二维B样条小波基,并将它作为GPR波动方程求解的插值函数,通过引入转换矩阵,实现小波系数空间与雷达电磁场之间的转换.应用Galerkin算法,推导了二维区间B样条小波有限元GPR波动方程离散格式,求出了2阶1尺度与2阶2尺度BSWI尺度函数的积分值及联系系数,给出了该算法的详细求解过程.编制了BSWI的Matlab模拟程序,应用该程序对两个典型实例进行了正演,结果表明:BSWI能采用较少的单元达到与FEM相似的精度,而BSWI算法尺度提升能提高解的精度,但耗时会急剧增加.最后,将BSWI算法应用于双相随机混凝土模型,说明随机介质模型理论能灵活、有效地描述实际混凝土介质的分布,正演剖面与实测剖面特征更相符,能更真实地模拟雷达波的传播过程,可为提高GPR的探测效果和解释准确性提供理论基础. 相似文献
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单发双收电磁波测井测的是两接收线圈的感应电动势之间的相位差和幅度比及测井响应与地层介电常数和电导率两者有关的一般情况,对此本文推导出其在二维轴对称介质中响应函数公式,给出它的快速算法.通过建立二维非均质反演Jacobi矩阵与响应函数的关系,开辟了Jacobi矩阵快速算法构造的有效途径.从理论上得到了在均匀介质中相位差和幅度比对地层的介电常数和电导率的空间分布探测特性具有交叉互补性的结果,即相位差对电导率（介电常数）的空间分布敏感区域和幅度比对介电常数（电导率）的空间分布敏感区域是相同的. 相似文献