从Maxwell旋度方程出发,推导导电介质UPML(单轴各向异性理想匹配层)吸收边界的三维时域有限差分法的计算公式,在不考虑磁导率的情况下,建立模拟区与UPML吸收边界场量间的联系,统一用UPML吸收边界公式进行正演模拟计算,只是系数不同,减少分区及临时存储空间,提高运行速度,并用Matlab编程实现,运用该程序对隧道衬砌内的空洞进行正演模拟,得到其相应的正演合成三维剖视图及切片图,实现雷达三维正演数据的可视化,探讨空洞的三维图谱特性。对隧道衬砌内空洞进行物理模型试验,数值模拟图谱与物理模型试验结果相似,验证了三维数值模拟方法的可行性和有效性。研究结果表明,三维探测能确定空洞大小、形态和位置,更加全面而细致地了解空洞的准确信息,提高雷达探测图谱解释的可靠性和准确性,并可根据缺陷的分布位置及大小评估衬砌内空洞病害的危害程度。为空洞雷达图谱的自动识别技术提供了可靠的理论依据和方法,对隧道质量检测工程及质量司法鉴定具有重要意义。