沥青混合料是沥青路面面层的构筑材料,其材料性能指标检测是沥青路面无损检测的重要组成部分。探地雷达作为一种用于确定地下介质分布的广谱电磁技术,具有高效、快速、连续、无损伤、高分辨率等特点,代表道路结构层无损检测的发展方向。介电特性的差异是使用探地雷达对其进行无损检测的基础,沥青混合料介电模型表征混合料介电特性与各单相介质介电特性与体积率之间的函数关系,而多相体积率是计算压实度、空隙率、沥青含量等技术指标的关键条件。因此,多相体积率的确定是揭示沥青混合料介电特性与压实度、空隙率、沥青含量等指标内在本质关系以及使用探地雷达对沥青混合料进行无损检测的关键所在。在目前的研究中,关于沥青混合料多相体积率对介电特性的影响规律缺少系统性研究,现有经典介电模型多是针对两相介质或基于一定假设提出,是否适合于沥青混合料介电特性的解释还有待于检验;雷达电磁波传播模拟未深入考虑多相体积率对电磁波传播信号的影响,更未有基于介电模型的雷达电磁波传播模拟研究,如何建立基于介电模型的雷达电磁波传播模型,是研究多相体积率反演的基础,也是有待解决的难题;目前介电特性的反演方法多为单一算法,应用范围有一定的局限性,并且现有反演方法是否能够应用于多相体积率反演还有待考证;以上的研究现状导致使用探地雷达对沥青路面进行快速、无损检测受到一定的限制。本文针对探地雷达在沥青路面面层无损检测中存在的问题,开展了沥青混合料多相体积率反演研究。以复合介质介电特性以及电磁波传播理论为研究基础,开展沥青混合料多相体积率对介电特性影响的试验研究,结合我国国情,建立常用多种类型沥青混合料的介电模型,构建基于介电模型的探地雷达电磁波传播正演模型,建立多类反演方法对沥青混合料多相体积率开展反演研究。取得相关研究成果和主要结论如下:(1)开展了沥青混合料多相体积率对介电特性影响的试验研究,考虑沥青混合料的多相特性,系统研究混合料多相体积率对介电特性的影响。试验研究结果表明:对于同一种类型的沥青混合料,骨料体积率对混合料介电特性的影响最大,沥青混合料的介电常数随骨料体积率的增大而增大;空隙率对混合料介电特性的影响最小,骨料和沥青体积率的变化会抵消空隙率变化的影响;沥青含量对沥青混合料介电特性的影响介于骨料和空气之间;试验研究结果为常用沥青混合料介电模型的建立提供依据。(2)基于试验,对现有经典介电模型在解释沥青混合料介电特性的合理性和适用性进行了检验,检验结果表明现有经典介电模型不适用于解释常用沥青混合料的介电特性;建立了AC-13、AC-16、SMA-13、SMA-16等四种常用沥青混合料的介电模型,对新建模型进行检验,检验结果表明采用本文新建介电模型能够解释四种常用沥青混合料的介电特性。研究成果为路面材料介电模型库的建立贡献了数据,也为揭示沥青混合料介电特性与各组分介电特性及其体积率之间的相关关系以及多相体积率的确定奠定了理论基础。(3)建立了基于沥青混合料介电模型的探地雷达电磁波传播正演模型。基于该正演模型研究了沥青混合料多相体积率的变化对雷达电磁波回波信号的影响规律,揭示了雷达电磁波回波信号对多相体积率的响应特征;通过模型试验,将实测波形与正演模拟波形进行对比,对建立的基于介电模型的雷达电磁波传播正演模型开展合理性与适用性考评,结果表明由于在雷达电磁波正演模型中考虑介电模型,使得多相体积率反演计算成为可能,为沥青混合料多相体积率的反演提供了计算理论基础以及精确的计算模型。(4)基于沥青混合料介电模型以及雷达电磁波传播正演模型,开展了沥青混合料多相体积率的多类反演研究。建立了多相体积率反演的粒子群(PSO)、遗传(GA)、PSO-GA混合、BP神经网络与PSO联合、BP-GA联合等五类反演方法,实现了多相体积率的多类反演计算,通过考评检验了多类反演方法的计算精度和效率。研究多类反演方法的智能选择,构建前置判断逻辑,实现了多相体积率的智能反演。开展多相体积率多类反演方法的工程应用,结果验证了本文多提多相体积率智能反演方法的可行性和有效性,为开展压实度、空隙率、沥青含量等关键指标的无损检测提供了分析新途径。本文开展了基于介电模型的沥青混合料多相体积率多类反演研究,探索了探地雷达对沥青混合料关键指标进行无损检测的新途径,研究成果对于丰富和发展探地雷达应用研究具有重要的学术价值,在道路无损检测与施工过程控制方面具有广阔的应用前景。