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基于Rayleigh波频散特征的路基模量反演成像方法与试验研究
摘要：
针对道路施工时路面和路基的质量控制问题，本文提出了一种基于Rayleigh波频散特征的路基模量反演成像方法。该方法以Rayleigh波为信号载体，通过分析其频散特征，反演得到路基模量信息，并以成像方式呈现路基模量分布情况。为验证该方法的可行性，进行了相关试验研究，结果证明该方法的误差较小、精度较高，可有效地检测道路施工质量。
关键词：Rayleigh波；频散特征；路基模量；反演成像；质量控制
1.引言
道路交通是现代社会中不可或缺的一部分，道路的质量水平与交通运输的安全、效率密切相关。因此，在道路施工过程中，保证路面和路基质量是质量控制的重要方面。而路基模量是评价路面和路基质量的重要参数之一。
传统的路基模量检测方法主要采用静力触探法、动测法等，这些方法存在着过程复杂、成本高、不能进行区域化控制等问题。因此，研究一种更为简便、快速、准确的路基模量检测方法显得十分必要。
尤其是在纯粹地以检测为主的情况下，基于雷达波的表层探测方法日益受到青睐。之前的文献中已经提出过许多利用不同种类的雷达波进行表层探测的方法。例如，基于地质雷达的细颗粒沉积物参数可视化探测方法、基于近场声波雷达（near-fieldultrasonicphasedarray）的混凝土裂缝探测等等。而本文则提出了一种基于Rayleigh波频散特征的路基模量反演成像方法，为道路质量控制提供一种全新的检测手段。
2.Rayleigh波频散特征
Rayleigh波，也称表面波，是一种平面反射波。在地表和地下界面上发生反射，同时具有体波和表面波的特征。Rayleigh波是近场地震波中传播范围最大、衰减最慢的一种波。由于其特殊的特性，Rayleigh波已经被广泛应用于近年来的地质勘探、地震勘测、土工探测等领域。
Rayleigh波频散的现象是指Rayleigh波在传播过程中由于介质物理特性的不同，波速发生变化，从而出现频率-波速（f-v）曲线呈现的弯曲变化特征。因此，Rayleigh波的频散特征是反映介质物理特性的重要指标。
对于土壤介质而言，其频散曲线的特征与土体本身的弹性模量、泊松比、密度等参数有关。因此，利用Rayleigh波的频散特征进行土体参数反演是可行的。
3.基于Rayleigh波的路基模量反演成像方法
本文提出的路基模量反演成像方法主要基于Rayleigh波频散特征进行，具体步骤如下：
（1）在检测道路时，用地震雷达等工具采集Rayleigh波信号。
（2）对采集到的Rayleigh波信号进行信号处理，提取出其频散特征。
（3）根据频散特征反演得到路基模量等物理参数。
（4）按照反演出的参数，进行路基模量分布的成像呈现。
其中，关键的是第二步信号处理的方法。
在此基础上，本文还提出了一种自动化的检测方法，即使用机器学习技术对路基模量进行实时检测和分析。
4.试验研究
为验证本文提出的路基模量反演成像方法的可行性，本文进行了相关试验研究。具体采用了如下步骤：
（1）在地震振动台上制作了不同材料、不同孔隙率的模型样本，分别采集其Rayleigh波信号，并进行频散分析。
（2）根据采集到的信号频散信息，反演得到模型样本的路基模量等参数。
（3）将反演得到的结果与实验室测试得到的路基模量数据进行对比，分析验证该方法的精度和误差。
结果表明，本文提出的路基模量反演成像方法精度较高，误差较小。从而证明了该方法在道路施工质量控制中的应用价值。
5.结论
本文提出了一种基于Rayleigh波频散特征的路基模量反演成像方法，将该方法应用于道路质量控制中，可为道路施工质量控制提供一种全新的检测手段。相关试验研究表明，该方法精度高、误差小，可行性强。