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《地质雷达在地层分界面探测中的应用》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、地质雷达在岩土层勘察探测中的应用王(中铁勘察设计院,北京，100000)摘要：建筑工程或大型基建项目岩土层勘察是基础保证，钻探和微测井地等方法都只能得到部分点的岩土层信息；地质雷达探测是利用不同界面的电性差异,反映整个空间岩土性质变化的特征。针对某勘察任务的需要，从地质雷达参数设计、资料处理和岩土层信息解释说明了在岩土层勘察应用，显示地质雷达探测能提供整个工程区域岩土勘察信息，为工程设计、施工提供可靠保障。关键字:地质雷达，岩土勘察，电性结构，反射波处理；前言地质雷达(也称作探地雷达)通过发射天线
2、定向发送高频电磁波(1MHz～1GHz),雷达波在介质中传播时,当遇到存在电性差异的介质或目标体时,电磁波便发生反射,返回地面后由接收天线所接收。在对接收的雷达波进行分析和处理的基础上,根据所接收的雷达波波形、强度、电性及几何形态进行分析,从而达到对岩土层信息和目标体的探测。大型基建工程岩土层信息在空间变化较大的区域，对其详细全面的勘察非常重要，由于受成本和工地条件的限制，通常采用布置部分钻探和微测井。而钻探和微测井地等方法都只能得到一个点的岩土层信息，利用间隔较大的多点测量对岩土层界面进行划分,
3、不能准确确定表层的岩土层界面和结构,对岩土层信息的分析存在多解性。地质雷达探测是利用不同界面的电性差异,反映岩土性质变化的特征。某客车公司厂房大型基建基础施工需要勘察浅地表岩土层特性，需对该厂区浅层地质情况进行勘探，为了了解该厂区的地质层位的详细分布和空间变化，设计了1500米长地质雷达测线。使用RIS探地雷达40MHz半屏蔽天线对该测线进行了连续剖面测量，为设计和施工提供指导。探测原理探地雷达作为无损检测的一项新技术，具有连续、无损、高效和高精度等优点。根据电磁波在有耗介质中的传播特性，探地雷达
4、以宽频带短脉冲的形式向介质内发射高频电磁波(如40Mhz)，当其遇到界面时会反射部分电磁波，其反射系数由介质的相对介电常数决定，通过对雷达主机所接收的反射信号进行处理和图像解译，达到识别反射层或隐蔽目标物的目的(见图)。图1探地雷达工作原理示意图电磁波在特定介质中的传播速度V是不变的，因此根据探地雷达记录上的地面反射波与地下反射波的时间差ΔT，即可据下式算出地下反射层的埋藏深度H：(1)式中，H即为目标层厚度；V是电磁波在地下介质中的传播速度，其大小由下式表示：(2)式中，C是电磁波在大气中的传播
5、速度，约为3×108m/s；ε为相对介电常数，取决于地下各层构成物质的介电常数。雷达波反射信号的振幅与反射系数成正比，在以位移电流为主的低损耗介质中，反射系数r可表示为：(3)式中，ε1、ε2为界面上、下介质的相对介电常数。反射信号的强度主要取决于上、下层介质的电性差异，电性差异越大，反射信号越强。雷达波的穿透深度主要取决于地下介质的电性和中心频率。导电率越高，穿透深度越小；中心频率越高，穿透深度越小，反之亦然。数据采集及参数确定测量参数选择合适与否关系到测量的效果，根据勘察任务的需要，现场测量开
6、始前应该对雷达的采集参数进行试验和设定，测量参数的选择包括天线中心频率、时窗、采样率、采样点数以及发射与接收天线间距，参数设置的是否合理影响到记录数据的质量，至关重要。1）天线中心频率雷达天线频率的选择由勘探目标深度和表层介质的电性结构决定，一般高频天线分辨率高，但探测深度浅，而低频天线探测深度大，分辨率低。在满足分辨率且场地条件又许可时，尽量使用中心频率低的天线,如果要求的空间分辨率为x(单位m),围岩的相对介电常数为ε，则天线的中心频率(MHz)由下式选定f=150xε因本区勘探20米以上地层
7、分层和异常，我们选择40Mhz非屏蔽天线连续剖面测量。2）探测深度与时窗长度 探测深度的选取是头等重要的，既不要选得太小丢掉重要数据，也不要选得太大降低垂向分辨率。一般选取探测深度H为目标深度的1.5倍。根据探测深度H和介电常数ε确定采样时窗长度（Range/ns）：Range=2H(ε)1/2/0.3=6.6H(ε)1/2例如对于地层岩性为砂层时，介电常数为5，探测深度为20m时，时窗长度应选为300ns。3)采样率采样率由Nyquist采样定律控制,即采样率至少应达到记录到的反射波最高频率的2
8、倍。若天线中心频率为f(MHz),则采样率Δt(ns)为1000/6f。4）采样点数对于SIR型雷达，采样点数有128、256、512、1024、2048可供选用，为保证高的垂向分辨，在容许的情况下尽量选大。对于不同的天线频率分f、不同的时窗长度Range，选择采样点数Samples应满足下列关系：Samples≧10-8*Range*f该关系保证在使用的频率下一个波形有10个采样点。对于40MHZ天线，500ns采样长度，采样点数应大于500,我们取1024。雷达数据处理由于地下
