基于土石混合体随机重构的路基空洞地质雷达响应特征 English Version
Response characteristics of ground-penetrating radar for subgrade void based on random reconstruction of soil-rock mixture
-
摘要: 为研究非均质土石混合体对路基空洞地质雷达反射波的影响规律，利用伸缩因子函数对椭圆进行伸缩变形得到符合自然块石颗粒形状，采用随机投放和随机生长算法重构带有孔隙的土石混合体细观模型，并提出土石混合体非均匀性的评价方法，基于时域有限差分算法模拟电磁波在土石混填路基空洞的传播过程，定量计算了电磁波传播特征，揭示路基土层块石含量、孔隙度和含水率对空洞反射信号的影响规律。研究结果表明：电磁波信号在土石混填路基中的波场快照和剖面图呈现随机扰动特征，且非均匀度越大随机扰动的程度越大；块石颗粒和孔隙形成电磁波反射界面，增强空洞信号振幅；一定的块石含量可以增强空洞信号振幅，超过一定含量会对空洞信号产生衰减；孔隙度和含水率通过影响路基介质的介电常数来影响空洞反射波信号的振幅和双程走时；该研究可为非均质土石混填路基空洞识别与解释提供理论与方法支撑。Abstract: To study the influence of heterogeneous soil-rock mixtures on the ground penetrating radar reflection waves of subgrade voids, an elliptical dilation deformation using a scaling factor function was employed to create shapes resembling natural block stone particles. A random placement and growth algorithm was used to reconstruct a mesoscopic model of soil-rock mixtures with voids. A method to evaluate the heterogeneity of soil-rock mixtures was proposed. Using the Finite-Difference Time-Domain algorithm, the propagation process of electromagnetic waves in soil-rock-filled subgrade voids was simulated. The electromagnetic wave propagation characteristics were quantitatively calculated, and the influence of block stone content, porosity, and moisture content on void reflection signals was revealed. The results showed that the wave field snapshots and profiles of electromagnetic wave signals in soil-rock-filled subgrade exhibited random disturbance characteristics, with the degree of disturbance increasing with greater heterogeneity. Block stone particles and voids formed electromagnetic wave reflection interfaces, enhancing the amplitude of void signals. A certain amount of block stone content could enhance the void signal amplitude, but exceeding a certain content would attenuate the void signal. Porosity and moisture content affected the amplitude and two-way travel time of void reflection signals by influencing the dielectric constant of the subgrade medium. This study provides theoretical and methodological support for the identification and interpretation of voids in heterogeneous soil-rock-filled subgrades.
-
Keywords:
- Heterogeneous
-
期刊类型引用(18)
1. 梁越，罗安志，杨牛虎，许彬，代磊. 恒定围压下间断级配散粒土内部侵蚀机理研究. 防灾减灾工程学报. 2025(01): 224-232 . 
百度学术
2. 张远庆，陈勇，王世梅，王力. 岸坡渗流潜蚀模型试验系统变革研究. 三峡大学学报(自然科学版). 2025(02): 48-54 . 百度学术
3. 杨彪山，查浩，国鸿圆. 多向汇水条件下弃渣土体细颗粒启动机制研究. 地质灾害与环境保护. 2025(01): 88-96 . 百度学术
4. 梁越，冉裕星，许彬，张鑫强，何慧汝. 细颗粒含量影响渗流侵蚀规律的细观机理研究. 岩土工程学报. 2025(05): 1099-1106 . 本站查看
5. 梁越，喻金桃，张强，许彬，张宏杰，龚胜勇. 骨架颗粒组成对散粒土管涌规律影响的试验研究. 河海大学学报(自然科学版). 2024(01): 63-69 . 百度学术
6. 黄达，高溢康，黄文波. 基于CT扫描的渗流作用下碎石土孔隙结构变化规律研究. 水文地质工程地质. 2024(02): 123-131 . 百度学术
7. 王浩，许少鸿，陈叶健，徐陈灵，黄瑛瑛. 闽粤地区花岗岩风化土体粘粒迁移过程的土柱渗流试验. 山地学报. 2024(01): 132-142 . 百度学术
8. 施静怡，吴能森，刘强. 静压桩在成层地基中挤土效应的可视化研究. 河南城建学院学报. 2024(02): 20-26 . 百度学术
9. 刘垒雷，邓刚，李维朝，陈锐，周超，徐立强. 不同细粒含量与间断比下不连续级配砂砾土渗蚀的CFD-DEM数值模拟. 中南大学学报(自然科学版). 2024(07): 2677-2689 . 百度学术
10. 王櫹橦，陈盟，唐莹影，袁仁茂. 透明土试验技术在滑坡降雨入渗中的研究与应用. 煤炭学报. 2024(07): 3051-3062 . 百度学术
11. 胡焕校，谢中良，甘本清，卢雨帆，邓超. 透明砂土基本特性及其在注浆模型试验中的应用. 水资源与水工程学报. 2024(04): 179-186 . 百度学术
12. 王润北，吴能森. 平动模式下墙后有限黏性填土破坏模型试验研究. 河南城建学院学报. 2024(04): 72-79 . 百度学术
13. 梁越，何慧汝，许彬，张鑫强，冉裕星. 基于透明土的水力梯度对渗流侵蚀影响试验研究. 河海大学学报(自然科学版). 2024(05): 60-66 . 百度学术
14. 徐春瑞，郭畅，黄博. 孔隙率对砂土渗透稳定性影响的内部可视化研究. 地基处理. 2024(05): 451-462 . 百度学术
15. 徐春瑞，薛阳，郭畅，黄博. 超重力下粒子图像测速系统性能测试与评价. 地基处理. 2024(06): 547-556 . 百度学术
16. 何建新，董旭光，马渊博. 坡顶荷载作用下多级边坡失稳演化机制的透明土试验研究. 西北工程技术学报. 2024(04): 347-355 . 百度学术
17. 张亮亮，邓刚，陈锐，张茵琪，罗之源. 不连续级配无黏性土渗蚀演变特征研究. 岩土工程学报. 2023(07): 1412-1420 . 本站查看
18. 王力，张晨宇，王世梅，潘宇晨. 波浪侵蚀诱发碎石土岸坡变形的模拟试验研究. 泥沙研究. 2023(04): 45-52 . 百度学术
其他类型引用(13)
计量
- 文章访问数: 0
- HTML全文浏览量: 0
- PDF下载量: 0
- 被引次数: 31
下载:
