探地雷达在地基沉陷检测中的应用(正文)

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1、探地雷达在地基沉陷检测中的应用舒志平（中南勘测设计研究院，湖南长沙410014）关键词：探地雷达；地基沉陷；脱空；松弛摘要：针对沉陷地基的探地雷达检测方法作了研究，介绍了该技术的工作布置原则和成果，并通过工程实例分析评价了应用效果。TheapplicationofthegeologyradarinthefoundationlandslideSHUZhi-ping(Mid-southInvestigationandDesignInstituteforHydroelectricProject，ChangshaHunan410014)KeyWords：geologyradar，foundatio

2、nlandslide，empty，slacknessAbstract：Thestudyontheexaminationtechniqueofthegeologyradarwasmadeinaccordancewiththefoundationlandslide，Thispaperintroducesthelayoutprinciplesandachievementsinthework，Andthereisananalysisandevaluationoftheapplicationresultsthroughtheprojectexample.1前言某水电工程缆机平台位于右岸高程450.0

3、0m，离河床约260m高差，靠近边坡前沿的前轨梁采用人工挖孔桩深基础，后轨梁为浅部条形基础。该处地质条件复杂,上部强风化砂岩分布不均,埋深一般为3～10m，平台中部位置有一断层深切。缆机平台正下方高程406.50m位置已经施工完了一条排水洞，排水洞规格为2.5m*3.0m。为了保障缆机运行期的安全，在该洞通过断层带的位置准备进行扩挖，并采用钢筋混凝土衬砌加固。扩挖过程中，洞内突然发生冒顶，在靠近缆机平台前轨梁及两条联系梁之间的地面出现多处裂缝。为了准确界定坍塌范围，包括脱空区及松弛区，为制定设计方案提供依据，探地雷达作为一种安全、快速、有效的手段成功地对该处沉陷作了检测。2探地雷达原理探地

4、雷达（简称GPR）方法是一种用于确定地下介质分布的广谱电磁波技术，通过天线向地下发射脉冲电磁波，同时接收由地下不同介质界面的反射回波。由于电磁波在介质中传播的路径、波形和电磁场强度将随所通过介质的电性质（如相对介电常数εr5）及几何形态的差异而变化，根据接收到的回波旅行时间、幅度和波形等信息，雷达能够探测地下介质的地层结构与埋藏目的体，探地雷达正是利用上述特点进行工作。3参数选择与观测系统考虑到从冒顶中心位置往外的地下介质依次是脱空区——松弛区——正常的原生地层，被探测对象非常复杂，因此检测之前必须先作参数试验。——天线中心频率的选择：取决于目标体的埋深、目标体最小尺寸、天线尺寸符合场地作

5、业条件等因素，一般可按f=150/(xεr1/2)确定，式中x为空间分辨率（m），εr为介质的相对介电常数。本次选用750MHz天线勘察较浅的沉陷上界面，100MHz天线勘察深部破坏情况；——时间窗口的选择：取决于最大探测深度Hmax（m）和介质中电磁波的传播速度V（m/ns），时间窗口W≈2.6Hmax/V。本次选用的时间窗口范围为20～200ns；——测点点距的选择：通常为介质中波长的1/4；——天线间距的选择：偶极天线在发射、接收临界角方向增益最强，天线间距S选择为最深目标体相对接收与发射天线的张角的2倍，S=2Hmax/(εr-1)1/2。本次选用的天线间距为0.25～0.50m；

6、由于地下介质的结构已发生变化，相对介电常数εr的选择范围为8～12，对应的电磁波传播速度为0.11～0.09m/ns，检测过程中通过改变时窗大小达到不同的勘察深度。由于测试人员只能在联系梁上作业，现场通过拖弋天线的办法布置观测系统。根据探测目的物的规模，布置方格网，纵横剖面共7条，控制范围约120m2。4雷达反射波判别准则由于雷达探测结果是用实时成像表现，根据雷达反射波判别地质特征一般具有如下规律：——反射波能量：在物探异常的判别中，一般要求异常的幅值要比噪声干扰信号大2.5～3.0倍。异常回波的振幅越大，就越能肯定异常的存在与可靠；——背景回波：判别回波首先应该了解平静场的雷达回波的波形

7、特征，包括它的频率、相位和振幅变化的特点。本次探测选择收发天线对均匀介质（未损区）的探测数据作为参考背景波形；5——波形的相似性：同一界面反射波在相邻的记录上波形变化特征是相似的，反射波的周期、相位、大小关系是相似的。在判读时经常要利用波形的相似地段与不相似地段的差别进行判读划分；——波形的连续性：同一界面的反射波在相邻测点上出现的时间是相近的，这样反射波同相位轴线应该是平缓变化，沿测线方向延伸较长。人机交互判别面层底界