地質(zhì)雷達(dá)在水利工程質(zhì)量檢測(cè)中的應(yīng)用簡(jiǎn)介：簡(jiǎn)述地質(zhì)雷達(dá)的基本原理，介紹了地質(zhì)雷達(dá)在水利工程質(zhì)量檢測(cè)中的應(yīng)用實(shí)例。關(guān)鍵字：地球物理

地質(zhì)雷達(dá)

水利工程

質(zhì)量

應(yīng)用1

前言地質(zhì)雷達(dá)作為近十余年來發(fā)展起來的地球物理高新技術(shù)方法，以其分辨率高、定位準(zhǔn)確、快速經(jīng)濟(jì)、靈活方便、剖面直觀、實(shí)時(shí)圖象顯示等優(yōu)點(diǎn)，備受廣大工程技術(shù)人員的青睞?，F(xiàn)已成功地應(yīng)用于巖土工程勘察、工程質(zhì)量無損檢測(cè)、水文地質(zhì)調(diào)查、礦產(chǎn)資源研究、生態(tài)環(huán)境檢測(cè)、城市地下管網(wǎng)普查、文物及考古探測(cè)等眾多領(lǐng)域，取得了顯著的探測(cè)效果和社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益，并在工程實(shí)踐中不斷完善和提高，必將在工程探測(cè)領(lǐng)域發(fā)揮著愈來愈重要的作用。而地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)用于堤防隱患的探測(cè)尚屬初步階段，通過廣大物探技術(shù)人員的共同努力，達(dá)到了解和掌握不同隱患類型在雷達(dá)圖像上的反映特征，在不斷總結(jié)探測(cè)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，提高異常的判斷能力和精度，較確切地推定堤防工程隱患的性質(zhì)和位置，以便指導(dǎo)有關(guān)管理單位加強(qiáng)堤防工程重點(diǎn)部位的維護(hù)和防范，提高和鞏固堤防工程的運(yùn)行周期和防洪能力。本文以永定河堤防工程護(hù)砌質(zhì)量檢測(cè)為實(shí)例，說明地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)在堤防工程探測(cè)中的應(yīng)用情況，以此與同行進(jìn)行切磋，推動(dòng)堤防工程探測(cè)技術(shù)的發(fā)展，不妥之處，敬請(qǐng)批評(píng)指正。2基本原理地質(zhì)雷達(dá)與探空雷達(dá)相似，利用高頻電磁波(主頻為數(shù)十?dāng)?shù)百乃至數(shù)千兆赫)以寬頻帶短脈沖的形式，由地面通過發(fā)射天線(T)向地下發(fā)射，當(dāng)它遇到地下地質(zhì)體或介質(zhì)分界面時(shí)發(fā)生反射，并返回地面，被放置在地表的接收天線(R)接收，并由主機(jī)記錄下來，形成雷達(dá)剖面圖。由于電磁波在介質(zhì)中傳播時(shí)，其路徑、電磁波場(chǎng)強(qiáng)度以及波形將隨所通過介質(zhì)的電磁特性及其幾何形態(tài)而發(fā)生變化。因此，根據(jù)接收到的電磁波特征，既波的旅行時(shí)間(亦稱雙程走時(shí))、幅度、頻率和波形等，通過雷達(dá)圖像的處理和分析，可確定地下界面或目標(biāo)體的空間位置或結(jié)構(gòu)特征。雷達(dá)波(電磁波)在界面上的反射和透射遵循Snell定律。實(shí)際觀測(cè)時(shí)，由于發(fā)射天線與接收天線的距離很近，所以其電磁場(chǎng)方向通常垂直于入射平面，并近似看作法向入射，反射脈沖信號(hào)的強(qiáng)度，與界面的反射系數(shù)和穿透介質(zhì)的衰減系數(shù)有關(guān)，主要取決于周圍介質(zhì)與反射目的體的電導(dǎo)率和介電常數(shù)，對(duì)于以位移電流為主的介質(zhì)，既大多數(shù)巖石介質(zhì)屬非磁性、非導(dǎo)電介質(zhì)，常常滿足σ/ωε<<1，于是衰減系數(shù)(β)的近似值為：既衰減系數(shù)與電導(dǎo)率(σ)及磁導(dǎo)率(μ)的平方根成正比，與介電常數(shù)(ε)的平方根成反比。而界面的反射系數(shù)為：式中Z為波阻抗，其表達(dá)式為：顯然，電磁波在地層中的波阻抗值取決于地層特性參數(shù)和電磁波的頻率。由此可見，電磁波的頻率(ω=2πf)越高，波阻抗越大。對(duì)于雷達(dá)波常用頻率范圍(25～1000MHz)，一般認(rèn)為σ<<ωε,因而反射系數(shù)r可簡(jiǎn)寫成:上式表明反射系數(shù)r主要取決于上下層介電常數(shù)差異。應(yīng)用雷達(dá)記錄的雙程反射時(shí)間可以求得目的層的深度H：式中:t為目的層雷達(dá)波的反射時(shí)間；c為雷達(dá)波在真空中的傳播速度(0.3m/ns)；εr為目的層以上介質(zhì)相對(duì)介電常數(shù)均值。3工程概況北京市界內(nèi)永定河左、右堤防于清朝乾隆年間修筑，后經(jīng)數(shù)次維修和加固形成現(xiàn)有規(guī)模，主體為梯形，頂寬約10m，可見堤高約5～6m，堤內(nèi)坡坡度為1:1.5～1:2.0，外坡相對(duì)較緩為1:2.0～1:2.5。堤身為人工堆積，主要由粉細(xì)砂(中下游段)、卵礫石(上游段)組成。介質(zhì)構(gòu)成復(fù)雜多變，分布不均，且處于包氣帶中，極為干燥。健堤基為第巧四系全新劇統(tǒng)地層，饒巖性以粉刑細(xì)砂為主互，下游段弱出現(xiàn)黑色帳淤泥質(zhì)粘償土夾層，羽層厚箏約婆0.疾7琴～別2.0勿m盯。磚地下水位憂埋峰深額(拘自地表火計(jì)斷)偵：盧溝橋色附近罩約忘20.0竿m賭，至下游哈逐漸變淺水，達(dá)境省歪/博市界附芹近必(涼石佛躁寺搭)踢一帶謙約典2.0紡m坊。書永定河盧束溝橋下游掏至鞭省浩/廟市界左、厲右堤防共貪劃定險(xiǎn)工拍段擋1擴(kuò)2傭處單2眉3瓶段，分布蛋在左堤鴿約鄰60K壤m(xù)額和右堤尋約楊30K導(dǎo)m泉范圍內(nèi)，叮其險(xiǎn)工段秤內(nèi)坡為漿期砌衫石賴(呢厚撲約旺40c售m鍋—竭—諷原設(shè)計(jì)標(biāo)化準(zhǔn)臺(tái))櫻結(jié)合鉛絲槳石籠構(gòu)成聽的護(hù)砌，遇并憤于王196畜4角～石198跑9蘆年間營(yíng)建狀，漿砌石洗護(hù)坡除可壇見堤身部吼分露出外需，其余部桌分與鉛絲嚼石籠水平姐護(hù)底均埋腳于河灘灘必地以下，罷一般巨為頂3.充0伏～砌5.0提m派，外畏鋪肯8.0暗m岡的鉛絲石估籠護(hù)底。雖這些險(xiǎn)工男段在歷史腰上均有決輩口或搶險(xiǎn)杠加固的記息載。為滿芳足北京市宅對(duì)永定河赤防洪設(shè)計(jì)銷的需要，粘保證該堤今防渡汛萬疫無一失，剃故進(jìn)行地老球物理勘我探工作，閑以檢測(cè)堤弟防工程的功護(hù)砌質(zhì)量北，便憑于細(xì)9錦9邁年速6甘月份之前閱進(jìn)行加固鄙處理。危4

當(dāng)煤測(cè)試技術(shù)如及資料處雄理排為判斷險(xiǎn)疾工段堤內(nèi)應(yīng)坡護(hù)險(xiǎn)漿哭砌石質(zhì)量恩的優(yōu)劣，猾沿內(nèi)坡坡塵腳布置一許條雷達(dá)探威測(cè)剖面，專并按其走程向連續(xù)測(cè)澤試。鵝外業(yè)施測(cè)饒使用瑞詢典肯MAL裳A腔地質(zhì)儀器器有限公司厚生產(chǎn)嬸的性RAMA折C/GP忘R框地質(zhì)雷達(dá)汽系統(tǒng)，天寄線的中心潤(rùn)頻率糊為掛250M辭H物z怕，收發(fā)天詢線的間距罷為艱0.6友m習(xí)。實(shí)測(cè)采適用剖面法狂，且收發(fā)學(xué)天線方向拜與測(cè)線方繁向平行。臭記錄點(diǎn)距院為爽0.2頂m小，采樣頻困率周為砌3893攜MH銀z漂，單一記割錄跡線的勇采樣點(diǎn)數(shù)舉為狹51防2組，迭加次賴數(shù)拌為立1侵6旅，記錄時(shí)耍窗裹為厭180n疤s誰(shuí)，若取堤粗身土體的膚雷達(dá)波速理為掘0.0券8眠～劈0.10彈m/n輝s棒，表層漿袋砌石的雷倚達(dá)波速燃為古0.1賽0逆～溫0.12態(tài)m/n孩s地，綜合考外慮該地層揭剖面特征炎，選取雷朵達(dá)波速中靠值傅為仗0.10囑m/n彼s態(tài)，則此時(shí)品該雷達(dá)系仁統(tǒng)的最小徒縱向分辨勞率柿為沫8采～誤10c悶m狗。寫雷達(dá)資料喘的數(shù)據(jù)處炒理與地震頃反射法勘伐探數(shù)據(jù)處混理基本相昆同，主要賺有：楚①枯濾波及時(shí)妄頻變換處氧理；儀②勺自動(dòng)時(shí)變驗(yàn)增益或控冊(cè)制增益處課理；訴③櫻多次重復(fù)獵測(cè)量平均逝處理；淺④腸速度分析矛及雷達(dá)合貝成處理等針，旨在優(yōu)原化數(shù)據(jù)資錄料，突出木目的體、薯最大限度奇地減少外差界干擾，詢?yōu)檫M(jìn)一步飄解釋提供司清晰可辨咽的圖像。次處理后的演雷達(dá)剖面逐圖和地震撇反射的時(shí)秤間剖面圖蝕相似，可開依據(jù)該圖誓進(jìn)行地質(zhì)材解釋。演5

或咸成果分析尊地質(zhì)雷達(dá)閉資料的地慚質(zhì)解釋是戲地質(zhì)雷達(dá)答探測(cè)的目袍的。由數(shù)么據(jù)處理后魚的雷達(dá)圖皮像，全面君客觀地分點(diǎn)析各種雷甜達(dá)波組的據(jù)特叢征隙(巧如波形、市頻率、強(qiáng)議度像等雨)剩，尤其是蒸反射波的包波形及強(qiáng)喉度特征，號(hào)通過同相龜軸的追蹤社，確定波墨組的地質(zhì)錘意義，構(gòu)演制地筍質(zhì)涼—圣—揉地球物理作解釋模型痛，依據(jù)剖膜面解釋獲糧得整個(gè)測(cè)填區(qū)的最終胳成果圖。言地質(zhì)雷達(dá)贈(zèng)資料反映巨的是地下遭地層的電六磁特錯(cuò)性枯(脂介電常數(shù)撐及電導(dǎo)牲率猾)攏的分布情危況，要把卷地下介質(zhì)嘆的電磁特后性分布轉(zhuǎn)辯化為地質(zhì)想分布，必暑須把地質(zhì)渠、鉆探、剪地質(zhì)雷達(dá)桌這三個(gè)方炸面的資料眠有機(jī)結(jié)合口起來，建霸立測(cè)區(qū)的拐地卡質(zhì)榆—棕—顯地球物理擦模型，才呀能獲得正筒確的地下巧地質(zhì)結(jié)構(gòu)滑模式。套雷達(dá)資料臺(tái)的地質(zhì)解楚釋步驟一布般為：飽⑴乘蘇反射層拾雙取剖根據(jù)勘探朗孔與雷達(dá)梁圖像的對(duì)諸比分析，戲建立各種舅地層的反沾射波組特術(shù)征，而識(shí)鍛別反射波寶組的標(biāo)志蒙為同相性餃、相似性牢與波形特臨征等。愧⑵激延時(shí)間剖面貌的解釋忍在充分掌撕握區(qū)域地買質(zhì)資料，閥了解測(cè)區(qū)震所處的地翼質(zhì)結(jié)構(gòu)背壤景的基礎(chǔ)志上，研究特重要波組踏的特征及瘦其相互關(guān)細(xì)系，掌握秤重要波組芬的地質(zhì)結(jié)圖構(gòu)特征，笛其中要重行點(diǎn)研究特顯征波的同膚相軸的變晨化趨勢(shì)。灑特征波是膠指強(qiáng)振幅縱、能長(zhǎng)距五離連續(xù)追堂蹤、波形川穩(wěn)定的反昨射波。同旗時(shí)還應(yīng)分酷析時(shí)間剖肚面上的常繡見特殊鑼波課(拐如繞射波姥和斷面波捕等丘)趟，解釋同垮相軸不連候續(xù)帶的原楊因等。買圖使1

朝熟左求堤爛9+63忍8齒～緞9+72粱1漏護(hù)險(xiǎn)段坡潤(rùn)腳雷達(dá)圖猶像猜(a閑)筍和地質(zhì)解夠釋守圖每(用b)寬根據(jù)上述偏解釋原則播，對(duì)雷達(dá)兩圖像進(jìn)行略地質(zhì)解釋幸如下：油圖禽1(a它)潔為左見堤毛9+63奔8脆～吸9+72學(xué)1麻護(hù)險(xiǎn)段坡挖腳雷達(dá)測(cè)務(wù)試圖像。蠅此圖由淺遲至深解釋勺為：們①麻第一同相爺軸燥(<4n艘s么)夜為雷達(dá)波級(jí)初始信號(hào)偶；叢②座第二同相咬軸和第三央同相悟軸懲(<12教n蒸s禾，層厚勢(shì)約測(cè)0.40允m表)短呈現(xiàn)出寬嬌粗、強(qiáng)振飼幅，且連攔續(xù)可追蹤凍的水平層漿狀，該同氧相軸推測(cè)色為漿砌石騰在雷達(dá)圖貿(mào)像上的反塔映。尤其做是第三同爸相軸有時(shí)從出現(xiàn)不連桿續(xù)段或缺息失或雜亂櫻無章時(shí)，館即可推定國(guó)此處漿砌舟石質(zhì)量差隔或與堤身屢土體分離烈形成架空族等現(xiàn)象；瞞③孟新人工填風(fēng)土：反射賣層位不連射續(xù)，起伏鞭變化較大幫，有時(shí)雜扒亂無章，臉反映該層哄填土不均敬勻，層位鄭不穩(wěn)定，秩時(shí)有透鏡模體的形式渠展現(xiàn)，該慘層厚度大佳約素為演2克～抗4氣m史；督④犬老人工填哪土：反射葉層位連續(xù)績(jī)且穩(wěn)定，晃層內(nèi)介質(zhì)確變化不大裂，反映出哥該層填土踢較均勻，山已形成相盯對(duì)密實(shí)的井地層，該腫層厚度大糖約獸為道1添～螺3敢m牽；模⑤體自然地層禮：即堤基屯持力層，選反射明顯踏，層位穩(wěn)暴定，未見座層內(nèi)介質(zhì)終突變或不屋均勻的現(xiàn)混象，反映異出自然地拼層沉積環(huán)珍境較好，拘密實(shí)度相販對(duì)較大等釋，此層頂交面埋深大憶約為４～哪５演m梅。皺圖盒1(b報(bào))祖為上述地維質(zhì)解釋的想剖面圖。何圖害2袍為左妨堤妥32+9粗6狀0早處護(hù)險(xiǎn)坡慶腳雷達(dá)圖址像，圖中懲淺部解釋轎與斬圖暖1巾類似，主辱要說明的憶是剖妙面稿6.浩0察～谷12.0辭m色段，擇自燥0.4改m乏以下反射也層位雜亂依，極不規(guī)制則，連續(xù)勝追蹤性差徒，出現(xiàn)很芬多的短小立反射層，罷且漿砌石捉下部反射處也很雜亂興無章，說尺明此段護(hù)黨險(xiǎn)下部的邪土體較松標(biāo)散，與漿勉砌石形成淺似離似親櫻，接觸較憐差。而剖辮面閘12.村0勻～報(bào)15.7軋m貧段上下部炊位反映較詠均一，水皂平層狀良來好，說明沫此段堤身柄土體較密景實(shí)，與漿跨砌石接觸間良好。川圖塊3胖為已知漿夫砌石下部得架空時(shí)的給圖像，該喜剖面第三鄙反射同相陰軸自剖面肉點(diǎn)掘9.4友m置處斷開，蒼形監(jiān)成激“斤背鍵斜樂”撕狀的強(qiáng)反階射層，此忙現(xiàn)象延續(xù)航到剖面蘆點(diǎn)躬12.8刷m控處，此段腎漿砌石與抄下部土體娛分離導(dǎo)致藍(lán)架空，其頑范圍與已緒知情況吻爭(zhēng)合。齊

券您通過雷達(dá)晌測(cè)試成果輛的地質(zhì)解場(chǎng)釋共圈定桂出棗7畏3啦處漿砌石嗓存在不同餡程度的隱初患或質(zhì)量牙較差，這雙些隱患的掀類型一般你為：膚①閱漿砌石厚英度較??；趣②糠漿砌石與速下部土體唇分離形成薯架空；鍬③池漿砌石膠涂結(jié)不良或僑松散；徑④拼漿砌石出變現(xiàn)裂縫等腿不良現(xiàn)象堪。遠(yuǎn)

吐寶護(hù)砌整體谷質(zhì)量較差尖的堤段多棒為年久失陵修嚴(yán)重，事漿砌石與糠下部堤身幼土體接觸占差，多形黨成聰架嫩(庫(kù)懸蝕)程空狀態(tài)，污造成護(hù)砌輸斷裂、塌季陷等不良志現(xiàn)象較普勸遍，且多可具一定規(guī)瓦模。而造塞成上述現(xiàn)粘象存在的餅原因，筆傷者分析后覽認(rèn)為漿砌衡石面存在華許多縫隙猾，且砂漿嬸質(zhì)量差、松少漿，下榜部又無防型滲護(hù)層，籮堤身土體進(jìn)多由粉細(xì)耕砂組成，冊(cè)經(jīng)降水入丑滲，粉細(xì)題砂局部被片沖刷淘失凳，在砌石鉗與堤身土案體之間形幫成空洞，虛并有繼續(xù)六擴(kuò)大發(fā)展駛之趨勢(shì)。劑該物探成迫果經(jīng)開挖芹驗(yàn)掘證館(凝見睬圖都4婚—梳—池開挖照腿片箱)她，完全符來合客觀實(shí)意際，受到窩了甲方的敗贊譽(yù)。嘴6

優(yōu)澤結(jié)語(yǔ)愚地質(zhì)雷達(dá)芒以其高效趟快速、高踢精度在護(hù)執(zhí)險(xiǎn)工程探冬測(cè)中能夠榮發(fā)揮重要炎作用，取湖得了良好找的應(yīng)用效盡果，且對(duì)吃淺層或超堵淺層的工贊程探測(cè)中求有著十分霜廣闊的應(yīng)才用前景，督然而地質(zhì)款雷達(dá)的探姨測(cè)深度和鞠精度與所缺采用的天久線頻率有圍很大關(guān)系追，天線的慨頻率越低崗探測(cè)深度謎越大，則脹精度越低除；而天線特的頻率越撐高，探測(cè)蹄深度越淺煉，則精度鵲越高。本攝次采用中算心頻倚率準(zhǔn)250M慮H麻z鑰的天線進(jìn)機(jī)行探測(cè)，穗其深度和爪精度均能梁滿足此次任勘察的技股術(shù)要求。追圖疫4

邀跌開挖驗(yàn)證曠結(jié)拍果匠(搶左煮堤蓬—廚—線照崗片優(yōu))參考文獻(xiàn)靈1神.符劉康先和改.壁探地雷達(dá)偶及其應(yīng)底用慣.蠻水利水電登工程設(shè)錘計(jì)倚.P3慢8秘～堪39.1焰998.劉(4)小2棗.明王興泰主余編飯.溪工程與環(huán)紐境物探新豆技術(shù)新