本书系统阐述了地质雷达快速无损检测的方法，采取室内试验、解析分析、数值仿真以及现场监测试验等研究手段，对黄土的相对介电常数性质及界面电磁波反射透射机理、地质雷达探测成像规律及影响因素等进行了系统深入的研究，进而建立了基于地质雷达方法的点状及层状地质模型，通过正反演研究最终实现了对地质雷达图像数据的科学解译，达到了对黄土地区土石坝快速无损检测的目的。
本书研究的地质雷达技术具有无损性、连续性、整体性、快速性以及高分辨率等优点，更适用于快速、有效地发现土石坝体及相应关键部位的隐患及缺陷。与工程结合紧密，更有利于为保证土石坝安全运行制定更有针对性的防治措施。
吕高，西安石油大学机械工程学院讲师，水利工程博士后，中国岩石力学与工程学会会员。主要研究方向为岩土工程地质探测、数值仿真分析等，先后主持中国博士后自然科学基金、陕西省自然科学基金及优秀博士创新基金各一项，获2018年中国水力发电学会科学技术进步一等奖。国内外期刊发表论文20余篇，其中SCI、EI检索文献10篇。
刘乃飞，博士，现就职于西安建筑科技大学，主要从事冻结裂隙岩体多场耦合理论、水工结构及隧道工程方面的教研工作。
目录
1 绪论…1
1.1 土石坝病害机理及主动探测方法…1
1.2 地质雷达方法介绍…2
1.2.1 地质雷达简介及应用领域…2
1.2.2 国内外地质雷达应用状况…4
1.2.3 地质雷达硬件技术…6
1.2.4 地质雷达仪器结构与特点…8
1.2.5 数据采集方法…9
1.2.6 地质雷达数值模拟方法…12
1.3 主要科学问题及发展趋势…17
1.3.1 固结黄土增湿过程的混合体介电特性研究…17
1.3.2 坝体裂缝增湿水蚀的地质雷达正演成像特征研究…19
1.3.3 地质雷达二维实测数据的反演研究…22
2 地质雷达有耗介质传播特性及数据后处理影响效应…24
2.1 地质雷达有耗介质传播特性…24
2.1.1 地质雷达波在介质中的传播机理…25
2.1.2 有耗介质传播特性…27
2.2 地质雷达实测图像后处理技术…30
2.3 黄土潜蚀实测数据解译及分析方法…34
2.3.1 地质雷达图像解析思路…34
2.3.2 地质雷达数据图像的分析方法…34
2.3.3 地质雷达电磁波介质传播的解析解…37
2.3.4 混凝土裂缝扩张及溶蚀成像特征的FDTD解析解 …39
2.4 地质雷达实测数据后处理技术及流程优化研究…42
2.4.1 信号振幅自动增益处理效果对比…43
2.4.2 FIR系统背景去除处理效果对比…45
2.4.3 FIR系统水平叠加处理效果对比…47
2.4.4 IIR系统垂直高通滤波处理效果对比…50
2.4.5 反褶积处理效果对比…51
2.5 小结…54
3 黄土介电特性研究…55
3.1 黄土暗穴成因及增湿变形机理…55
3.1.1 黄土结构特性…55
3.1.2 固结黄土湿陷性及增湿变形机理…56
3.2 含水率-相对介电常数/电导率数理关系实验研究…58
3.2.1 地质雷达波速与含水率的理论关系…58
3.2.2 实验设备与测试参数…63
3.2.3 不同含水率黄土试样的介电常数规律…64
3.2.4 不同含水率黄土试样的电导率规律…70
3.3 不同频率下及黄土介电常数规律研究…71
3.4 小结…72
4 点状目标地质模型成像特征的正反演研究…73
4.1 点状目标体成像机理及其特征分析…73
4.2 主要影响参数分析…75
4.2.1 背景介质介电参数的影响研究…75
4.2.2 地质雷达波主频影响研究…79
4.2.3 目标体深度对成像的影响研究…82
4.3 典型几何形状的目标体成像特征数值研究…86
4.3.1 圆形目标体成像特征…87
4.3.2 矩形目标体成像特征…89
4.4 不良地质体介电特性对成像特征的影响研究…92
4.4.1 相对介电常数变化的成像特征分析…92
4.4.2 电导率变化的成像特征分析…96
4.5 点状目标地质模型的反演研究…99
4.5.1 数据提取及分析…99
4.5.2 双曲线长、短轴的反演计算…106
4.5.3 点状目标反演分析模型…107
4.6 小结…108
5 层状地质模型成像特征的正反演研究…110
5.1 层状目标体成像机理及其特征分析…110
5.1.1 双层地质中地质雷达波反射及折射规律…110
5.1.2 多层地质中地质雷达波反射及折射规律…113
5.1.3 地质雷达回波波幅与相对介电常数经验关系…114
5.2 双层介质界面反射特性…115
5.2.1 双层介质的FDTD平均和差分数值解…115
5.2.2 特殊界面的反射幅值解析解…116
5.2.3 特殊界面垂直入射波的回波特性…117
5.3 界面反射的波幅与垫层相对介电常数关系FDTD研究…119
5.4 多层地质中的地质雷达回波计算模型…124
5.4.1 多层黄土地质中地质雷达的波形数值模拟…124
5.4.2 基于波幅-相对介电常数模型的四层填土模型反演研究…128
5.5 小结…130
6 土石坝病害探测实例分析…132
6.1 长安区石砭峪水库上游坝坡探测实例…132
6.1.1 项目概况…132
6.1.2 探测方法…134
6.1.3 测网布置和定位…135
6.1.4 实测数据分析…137
6.2 大峪河水库上游坝坡探测实例…138
6.2.1 项目概况…138
6.2.2 现场探测…139
6.2.3 数据分析…140
6.3 小结…143
7 展望…144
参考文献…145
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