地质雷达(Ground Penetrating Radar,简称GPR)是利用高频脉冲电磁波探测地下介质分布的一种地球物理探测方法,它以其轻便、快速、分辨率高、抗干扰能力强、无损伤性等优势,在隧道工程建设超前地质预报中有着广泛的应用。论文对国内外地质雷达技术发展状况和理论研究现状进行总结归纳,在此基础上,提出地质雷达正演模拟研究的内容及其意义。文章一方面概括了地质雷达的基本工作原理；另一方面,从麦克斯韦方程出发对电磁波理论进行了研究。论文以时域有限差分法(Finite Difference Time Domain Method,简称FDTD)为核心,以麦克斯韦方程为出发点,对地质雷达正演模拟研究方法进行详细研究。论文对时域有限差分法进行概述,奠定了本文的研究基础。再从麦克斯韦方程组出发,应用时域有限差分法对其进行近似展开,得到Maxwell方程组的FDTD格式。在截断边界处设置完全匹配层(Perfectly Matched Layer,简称PML)边界条件。激励源选择与实际天线接近的Ricker子波.最后,论文基于时域有限差分法,利用GprMax对超前地质预报进行正演模拟。首先针对各向同性均匀地质模型进行正演模拟,地质雷达信号在介质中的传播特性进行研究,在此基础上就层状模型、圆形目标体、矩形目标体、阶梯形模型加进行正演模拟研究,用以模拟断层破碎带、富水带、溶洞等不良地质体。然后,对Debye型色散地质模型进行正演模拟,结合模型对地质雷达信号在色散介质中的传播特性进行研究,在此基础上对断层破碎带、富水带等模型进行正演模拟。另外,结合实际工程,对各种施工干扰因素,如格栅、锚杆、施工台车等进行正演模拟。使正演结果在隧道掌子面前方地质情况预报起到实质性指导作用。