水利工程在施工与运行中,由于振捣、养护和沉降等都会造成混凝土下方出现缺陷。地质雷达以其无损检测的优势,针对水利工程中混凝土面板、混凝土坝体和混凝土闸底板等结构的检测得到了广泛应用。但检测图像的判读和解译是研究的难点,通过分析图像中异常部位的特征,判断出异常处物质种类和尺寸对于结构病害的检测具有重大意义。本文利用物理实验和数值相结合的方法,针对混凝土与不同材料交界面雷达图像特征,研究在交界面处单道波相对波幅的提取办法,对混凝土下物质种类进行判断;通过数值模拟研究钢筋干扰下多层界面时复信号分析,得到三瞬图特征,以便消除干扰与判断;通过小波变换的模极大值法,判断出混凝土下方不同材料厚度等信息。主要研究内容和成果如下:(1)混凝土各交界面雷达回波特征与相对波幅的实验研究分别模拟出混凝土与各交界面的情况,利用地质雷达检测得到连续测量和点测图像,进行对比分析得到对应不同界面的图像特征,并基于金属全反射为基础,进行研究混凝土与各交界面的相对回波波幅值,得到各个不同交界面的回波相对波幅值的范围。(2)数值实验得到相对介电常数与相对波幅数学关系并分析不同层厚的影响利用经验公式,计算出各个交界面的相对波幅之间的关系;之后由数值模拟进行提取模拟物理实验中各工况的单道波,进行提取相对波幅值。并通过分析不同材料厚度对相对波幅的影响,补充增加不同相对介电常数与相对波幅之间的关系,最终得到相对介电常数与相对波幅之间的关系曲线,并拟合出相对介电常数与相对波幅之间的数学公式。通过改变下层介质厚度,研究不同材料层厚对相对回波波幅的影响。(3)钢筋干扰下的多界面回波反射特征分析方法研究为研究多界面的反射特征,本文通过数值模拟出存在钢筋干扰的多界面情况,利用复信号分析技术,得到模拟图像的三瞬图信息,研究在不同的界面处三瞬图的变化特征情况,为配筋建筑物检测提供新的解译途径。(4)基于小波变换模极大值的混凝土下不同材料厚度的分析方法研究利用小波变化模极大值的方法,对混凝土下不同厚度的空气层进行模型检测与判断,并对混凝土下砂层和水层厚度的情况进行判断和分析,通过利用该方法,可判断混凝土下空气层和砂层的厚度计算,但不适合水层的计算。本文系统的提出了地质雷达实测数据中异常部位界面判断、由相对波幅值进行确定相对介电常数值从而实现异常处材料种类的判断,以及异常处尺寸估算的相关理论和方法,相关成果可为水利工程无损检测中混凝土下方材料种类和尺寸确定等问题提供一定的参考。