中文摘要：

本课题采用矢量网络分析仪（0.1～20GHz），首次获得了深部地下和青藏高原砂土、粘土等的电磁参数变化规律，建立了不同温度、不同含水量、不同频率条件下介电常数和电阻率的回归方程，为人工冻结壁的雷达检测提供了依据。采用有限单元法实现了冻结温度场与时域瞬变电磁场的多场耦合数值模拟。首先采用有限单元法，进行人工冻结温度场的2D数值模拟，获得了冻结不同时刻的温度场分布状况；进而利用电磁参数与温度相互关系将之转化为电磁参数模型，并进行地质雷达电磁场的时域射频计算。推导了人工冻结工程雷达检测的相似准则，实现了粘土、砂土、粉土等不同土性和单圈、双圈、三圈等不同冻结方式条件下的物理模拟研究，获得了人工冻结工程中冻结管、缺陷等典型目标体的雷达图像特征。研究表明，在采用原型材料进行模型试验时，电磁场的相似准则是矛盾的，其电磁场强度并不严格相似，但其反映的目标体的雷达图像特征是相似的。进而，将研究成果用于上海长江隧道联络通道和赵楼煤矿冻结法凿井等重大工程的现场实测，并与冻土温度监测和超前预测相印证，为工程等安全快速建设提供了重要依据。本课题成果对人工冻结工程和冻土区工程有重要的理论和现实意义。