地质雷达在水利工程质量检测中的应用

《地质雷达在水利工程质量检测中的应用》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、地质雷达在水利工程质量检测中的应用摘要本文概述了地质雷达测量基本原理，介绍了地质雷达系统，并列举了地质雷达在水利工程质量检测中的应用。关键词地质雷达；水利工程；质量检测中图分类号：TV文献标识码：A一、前言最近10年中，地质雷达探测无论是技术设备的制造，还是探测方法、数据处理及资料解释都取得了重大进展，但依然存在一些问题和不足需要改进，在建设社会主义和谐社会的新时期，加强对地质雷达在水利工程质量检测中的应用的研究，对取得良好的探测效果和社会经济效益有着重要意义。二、地质雷达测量基本原理地质雷达(又称探地雷达，Ground

2、PenetratingRadar，简称GPR)方法，是利用高频电磁波(1MHz―16GHz)，以脉冲形式通过发射天线被定向地送入地下。雷达波在地下介质中传播时，当遇到存在电性差异的地下介质或目标体时，电磁波便发生反射，返回地面后由接收天线所接收。在对接收天线所接收到的雷达波进行分析和处理的基础上，根据所接收到的雷达波波形、强度、电性及几何形态，从而达到对地下地层目标体的探测。发射天线和接收天线紧靠地面，由发射机发射的短脉冲电磁波经发射天线辐射传入大地，当电磁波在地下介质中传播时，主要受介质的相对介电常数和电导率的影响。当

3、在两种介质的交界部位，由于介电常数的变化，电磁波便发生类似光学的反射和折射，反射的强弱与介电常数直接有关。雷达波从发射天线发射到被接收，其行程时间:式中z为反射界面深度，x为发射天线到接收天线间的距离，v为电磁波在介质中传播的波速，c为光速(c=0.3m/ns),ε为介质的相对介电常数，当波速v己知时，通过对雷达剖面上反射信号行程时间的读取来计算界面深度z值。电磁脉冲反射信号的强度与界面的反射系数和穿透介质的波吸收程度有关，一般，介质的电磁参数(电性)差别大，则反射系数大，因而反射波的能量也大，这就是地质雷达探测的前提条

4、件。式中:PT,PR―发射接收功率；G―天线增益；R，S和H―为地下目标体的反射率、散射面截面和深度；a―土壤衰减率；L―雷达波从发射到接收过程的散射损耗；λ―介质中雷达波的波长。6可以看出，雷达接收到信号的大小与雷达天线的特性、地层的衰减、目标体的深度和反射特征以及雷达的工作频率和发射功率均有关系。在仪器性能和地下介质一定的情况下，探测深度取决于工作频率选择及地层的衰减系数。一般天线频率越高，则探测深度越浅，分辨率越高；天线频率越低，则探测深度越深，分辨率越低。因此，地质雷达技术存在着探测深度与分辨率的取舍或优选问题。

5、目前地质雷达所能探测的深度在50m以内，分辩率最高达几mm，但由于深度的增加，分辩率有较大的下降。同时探测深度与介质的含水量和电导率有较大的关系。现场测量，一般采用剖面法(CDP)或展开法两种方式，在一些特殊应用中还可采用透射法。地质雷达资料的解释主要依据剖面的反射信号特征，特别是反射信号的同相轴变化以及信号的强弱(幅度)，一般主要表现为层状(线性同相轴)、管线状(双曲线同相轴)、洞穴状(双曲线同相轴)异常特征。地质雷达资料的解释应注意这些主要特征。三、地质雷达在水利工程中的应用620世纪70年代以后，由于仪器的发展和进

6、一步实用，GPR的应用范围迅速扩大，目前我国地矿、水利、电力、煤炭、铁道、交通、建筑、核工业、航天等部门都在开展这一技术的试验和应用研究工作，GPR技术已在众多领域中得到越来越多的应用，如地质构造填图、地基和道路下空洞及裂缝调查、管线探测、公路路面层厚度检测、埋设物探测、隧道及古墓遗迹探查、工程勘查、工程质量检测、地下障碍物探查、地质灾害调查等.在水利中的应用主要有以下几个方面。1、工程勘察水利工程勘察中，常规的钻孔勘察由于勘察数量有限，无法全面了解工程地层状态.GPR能较为有效地勘察地下管道、回填土的厚度、地层分层和地

7、层断裂的情况、地下障碍物的分布等.其优点是能够快速地大面积普查，从而弥补钻孔勘察的不足，为工程设计和施工提供依据。例如，上海市白龙港污水排放系统中线西段工程4.1标段的工程勘察中，利用GPR进行探查取得了较好的效果，由于此项工程的进度很快，GPR较快速地完成了探测任务，而用其他方法则有可能影响整个工程的工期。2、水文地质勘察潜水面下降及水质恶化，会严重影响到农业生产和自然环境保护，也会危及供水水源。在制定适当的管理方案来处理这些问题时，要利用地下水流模型。在这方面GPR能提供极为详细的连续断面，其分辨率可以满足浅层地下水

8、模型和生态调查的需求。6GPR也可用于土体含水量的测定。含水量测定的基本原理是利用GPR测定电磁波的传播速度，因而可以求得介电常数，然后根据介电常数与含水量关系的理论模型计算出含水量.此种方法已有成功的应用。另外，也可以用GPR测定相移时间，然后根据相移时间与含水量的理论模型计算出含水量。测定含水量可以在地面进行，也