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(lái)發(fā)展起來(lái)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。現(xiàn)已成功地應(yīng)用于巖土工程勘察、工程質(zhì)量無(wú)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(lái)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(guò)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(shuō)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(guò)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(lái)，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(guò)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(guò)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。堤基為第四系全新統(tǒng)地層，巖性以粉細(xì)砂為主，下游段出現(xiàn)黑色淤泥質(zhì)粘土夾層，層厚約0.7～2.0m。蹦地下水位埋塔深煤(完自地表簡(jiǎn)計(jì)訴)隆：盧溝橋附近絲約腹20.0m摔，至下游逐漸者變淺，達(dá)稈省燥/愁市界附歪近玻(魔石佛許寺橋)鏈一帶約序2.0m堤。監(jiān)永定河盧溝橋擔(dān)下游至漏省扔/斷市界左、右堤敘防共劃定險(xiǎn)工朝段削1售2餐處希2遇3確段，分布在左默堤約睛60Km齡和右堤約什30Km嚴(yán)范圍內(nèi)，其險(xiǎn)承工段內(nèi)坡為漿箭砌廟石蘿(錄厚約柴40cm看—滿—飾原設(shè)計(jì)標(biāo)易準(zhǔn)螞)享結(jié)合鉛絲石籠眾構(gòu)成的護(hù)砌，損并蜂于緒196眼4五～帖198癢9郵年間營(yíng)建，漿刻砌石護(hù)坡除可倦見堤身部分露合出外，其余部葬分與鉛絲石籠搜水平護(hù)底均埋嘩于河灘灘地以梯下，一般趙為級(jí)3.泰0級(jí)～把5符.0m緒，外鋪殼8.0m做的鉛絲石籠護(hù)張底。這些險(xiǎn)工奔段在歷史上均遲有決口或搶險(xiǎn)喘加固的記載。繁為滿足北京市群對(duì)永定河防洪閘設(shè)計(jì)的需要，效保證該堤防渡倆汛萬(wàn)無(wú)一失，淹故進(jìn)行地球物情理勘探工作，適以檢測(cè)堤防工蘆程的護(hù)砌質(zhì)量交，便春于龍9徹9撒年米6關(guān)月份之前進(jìn)行奶加固處理。誤4

池態(tài)測(cè)試技術(shù)及資蝶料處理到為判斷險(xiǎn)工段簡(jiǎn)堤內(nèi)坡護(hù)險(xiǎn)漿壽砌石質(zhì)量的優(yōu)扁劣，沿內(nèi)坡坡等腳布置一條雷弄達(dá)探測(cè)剖面，領(lǐng)并按其走向連曾續(xù)測(cè)試。賢外業(yè)施測(cè)使用南瑞卻典察MAL擾A今地質(zhì)儀器有限奏公司生產(chǎn)明的柏RAMAC/紛GP片R都地質(zhì)雷達(dá)系統(tǒng)舞，天線的中心秒頻率貓為盞250MH選z斬，收發(fā)天線的咬間距為板0.6m族。實(shí)測(cè)采用剖仍面法，且收發(fā)枝天線方向與測(cè)警線方向平行。呀記錄點(diǎn)距為芬0.2m棕，采樣頻率股為穩(wěn)3893MH胸z做，單一記錄跡偉線的采樣點(diǎn)數(shù)非為鑼51身2鞠，迭加次數(shù)雷為仿1擠6貨，記錄時(shí)窗盤為潔180n寺s票，若取堤身土戀體的雷達(dá)波速徒為斧0.0辱8助～仿0諸.10m早/n扶s掉，表層漿砌石勵(lì)的雷達(dá)波速借為持0.1瓜0汁～悄0錄.12m乒/n像s耽，綜合考慮該乞地層剖面特征娘，選取雷達(dá)波陣速中值為努0.10m電/n餐s猛，則此時(shí)該雷遷達(dá)系統(tǒng)的最小香縱向分辨率菠為刃8默～寬10c攪m叨。提雷達(dá)資料的數(shù)妨據(jù)處理與地震己反射法勘探數(shù)著據(jù)處理基本相霉同，主要有：栽①朵濾波及時(shí)頻變沾換處理；圣②惹自動(dòng)時(shí)變?cè)鲆娌然蚩刂圃鲆嫣幉美恚桓姊圻t多次重復(fù)測(cè)量弱平均處理；犯④廉速度分析及雷肢達(dá)合成處理等晴，旨在優(yōu)化數(shù)業(yè)據(jù)資料，突出幟目的體、最大資限度地減少外質(zhì)界干擾，為進(jìn)舌一步解釋提供銷清晰可辨的圖塘像。處理后的否雷達(dá)剖面圖和中地震反射的時(shí)姐間剖面圖相似火，可依據(jù)該圖范進(jìn)行地質(zhì)解釋易。徑5

蘿錫成果分析丙地質(zhì)雷達(dá)資料邪的地質(zhì)解釋是正地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)譽(yù)的目的。由數(shù)懇據(jù)處理后的雷概達(dá)圖像，全面王客觀地分析各漏種雷達(dá)波組的賀特券征惡(婦如波形、頻率算、強(qiáng)度含等邊)朱，尤其是反射氏波的波形及強(qiáng)耗度特征，通過(guò)所同相軸的追蹤增，確定波組的鄭地質(zhì)意義，構(gòu)孫制地揪質(zhì)掘—暗—其地球物理解釋棟模型，依據(jù)剖顆面解釋獲得整參個(gè)測(cè)區(qū)的最終大成果圖。牲地質(zhì)雷達(dá)資料甚反映的是地下辨地層的電磁特訊性描(謝介電常數(shù)及電午導(dǎo)濱率核)福的分布情況，大要把地下介質(zhì)紫的電磁特性分柿布轉(zhuǎn)化為地質(zhì)笨分布，必須把獲地質(zhì)、鉆探、污地質(zhì)雷達(dá)這三央個(gè)方面的資料舍有機(jī)結(jié)合起來(lái)顛，建立測(cè)區(qū)的壩地冰質(zhì)面—斧—怕地球物理模型朋，才能獲得正咬確的地下地質(zhì)愚結(jié)構(gòu)模式。害雷達(dá)資料的地烈質(zhì)解釋步驟一溪般為：狼⑴倦顛反射層拾取題根據(jù)勘探孔與六雷達(dá)圖像的對(duì)滴比分析，建立黃各種地層的反誰(shuí)射波組特征，歲而識(shí)別反射波警組的標(biāo)志為同耐相性、相似性炸與波形特征等掃。贊⑵壩順時(shí)間剖面的解御釋遙在充分掌握區(qū)藏域地質(zhì)資料，艘了解測(cè)區(qū)所處慈的地質(zhì)結(jié)構(gòu)背麗景的基礎(chǔ)上，攜研究重要波組跑的特征及其相顫互關(guān)系，掌握汗重要波組的地柄質(zhì)結(jié)構(gòu)特征，怒其中要重點(diǎn)研砍究特征波的同瀉相軸的變化趨紐勢(shì)。特征波是躬指強(qiáng)振幅、能狀長(zhǎng)距離連續(xù)追蹄蹤、波形穩(wěn)定瘦的反射波。同奏時(shí)還應(yīng)分析時(shí)況間剖面上的常賭見特殊匹波日(勵(lì)如繞射波和斷嘩面波蠢等袍)厲，解釋同相軸絕不連續(xù)帶的原聲因等。宴圖第1

庸笛左笛堤容9+63儉8代～變9+72邁1醒護(hù)險(xiǎn)段坡腳雷鷹達(dá)圖親像杰(a余)顯和地質(zhì)解釋斑圖積(獻(xiàn)b)瓦根據(jù)上述解釋沸原則，對(duì)雷達(dá)站圖像進(jìn)行地質(zhì)練解釋如下：橫圖勉1(a憶)染為左跟堤蜓9+63罷8齡～貴9+72鼻1報(bào)護(hù)險(xiǎn)段坡腳雷框達(dá)測(cè)試圖像。創(chuàng)此圖由淺至深蒼解釋為：印①止第一同相秧軸擇(<4ns拌)化為雷達(dá)波初始揭信號(hào)；芬②夾第二同相軸和塘第三同相眾軸蟻(<12n食s捕，層厚約叨0.40m秒)痰呈現(xiàn)出寬粗、倆強(qiáng)振幅，且連薄續(xù)可追蹤的水沫平層狀，該同伯相軸推測(cè)為漿陵砌石在雷達(dá)圖許像上的反映。束尤其是第三同虎相軸有時(shí)出現(xiàn)丟不連續(xù)段或缺儉失或雜亂無(wú)章患時(shí)，即可推定蹄此處漿砌石質(zhì)者量差或與堤身抬土體分離形成得架空等現(xiàn)象；個(gè)③迎新人工填土：斤反射層位不連勿續(xù)，起伏變化售較大，有時(shí)雜典亂無(wú)章，反映仁該層填土不均動(dòng)勻，層位不穩(wěn)怒定，時(shí)有透鏡運(yùn)體的形式展現(xiàn)妄，該層厚度大噸約揪為芳2題～汁4莫m帶；吵④姨老人工填土：陸反射層位連續(xù)衣且穩(wěn)定，層內(nèi)追介質(zhì)變化不大邪，反映出該層由填土較均勻，直已形成相對(duì)密探實(shí)的地層，該釣層厚度大約價(jià)為抱1毒～抽3閃m寨；距⑤要自然地層：即屑堤基持力層，袍反射明顯，層熊位穩(wěn)定，未見至層內(nèi)介質(zhì)突變風(fēng)或不均勻的現(xiàn)島象，反映出自格然地層沉積環(huán)綢境較好，密實(shí)筐度相對(duì)較大等島，此層頂面埋撈深大約為４～毛５疤m宴。芬圖殘1(b語(yǔ))吸為上述地質(zhì)解回釋的剖面圖。棄塌圖顛2團(tuán)為左疑堤餡32+96渠0宿處護(hù)險(xiǎn)坡腳雷友達(dá)圖像，圖中唐淺部解釋與要圖俯1本類似，主要說(shuō)肺明的是剖榆面森6.廉0俱～況12.0m胸段，自喘0.4m衰以下反射層位哭雜亂，極不規(guī)距則，連續(xù)追蹤膛性差，出現(xiàn)很赤多的短小反射己層，且漿砌石毅下部反射也很龜雜亂無(wú)章，說(shuō)昏明此段護(hù)險(xiǎn)下楊部的土體較松互散，與漿砌石壺形成似離似親伍，接觸較差。躬而剖專面善12.柏0察～深15.7m羊段上下部位反顯映較均一，水險(xiǎn)平層狀良好，灑說(shuō)明此段堤身堤土體較密實(shí)，畏與漿砌石接觸僻良好。失圖辰3傷為已知漿砌石兇下部架空時(shí)的泰圖像，該剖面頂?shù)谌瓷渫鄳?zhàn)軸自剖面點(diǎn)姻9.4m陵處斷開，形酷成膀“予背狡斜婆”擾狀的強(qiáng)反射層俗，此現(xiàn)象延續(xù)刪到剖面點(diǎn)頸12.8m歌處，此段漿砌遭石與下部土體遮分離導(dǎo)致架空煤，其范圍與已摘知情況吻合。守葉遼通過(guò)雷達(dá)測(cè)試崇成果的地質(zhì)解放釋共圈定記出勢(shì)7旨3幟處漿砌石存在脈不同程度的隱而患或質(zhì)量較差堂，這些隱患的呢類型一般為：救①福漿砌石厚度較盤薄；懼②章漿砌石與下部?jī)?chǔ)土體分離形成沃架空；弟③殼漿砌石膠結(jié)不瘡良或松散；鳴④轎漿砌石出現(xiàn)裂捆縫等不良現(xiàn)象蝶。理無(wú)止護(hù)砌整體質(zhì)量持較差的堤段多吵為年久失修嚴(yán)辭重，漿砌石與各下部堤身土體登接觸差，多形替成末架跌(恒懸練)候空狀態(tài)，造成禮護(hù)砌斷裂、塌鵲陷等不良現(xiàn)象堤較普遍，且多盡具一定規(guī)模。次而造成上述現(xiàn)拌象存在的原因營(yíng)，筆者分析后樹認(rèn)為漿砌石面魄存在許多縫隙凍，且砂漿質(zhì)量禍差、少漿，下刻部又無(wú)防滲護(hù)抵層，堤身土體奇多由粉細(xì)砂組贊成，經(jīng)降水入鵝滲，粉細(xì)砂局能部被沖刷淘失菊，在砌石與堤穩(wěn)身土體之間形桂成空洞，并有鉛繼續(xù)擴(kuò)大發(fā)展你之趨勢(shì)。澆該物探成果經(jīng)石開挖驗(yàn)宜證賴(噸見叨圖禍4盜—彼—子開挖照得片甩)乏，完全符合客引觀實(shí)際，受到稀了甲方的贊譽(yù)兩。6

結(jié)語(yǔ)饑地質(zhì)雷達(dá)以其細(xì)高效快速、高溪精度在護(hù)險(xiǎn)工奧程探測(cè)中能夠銅發(fā)揮重要作用棍，取得了良好檢的應(yīng)用效果，堅(jiān)且對(duì)淺層或超們淺層的工程探灰測(cè)中有著十分陷廣闊的應(yīng)用前因景，然而地質(zhì)托雷達(dá)的探測(cè)深彎度和精度與所相采用的天線頻棋率有很大關(guān)系福，天線的頻率縣越低探測(cè)深度現(xiàn)越大，則精度豈越低；而天線挎的頻率越高，創(chuàng)探測(cè)深度越淺芝，則精度越高介。本次采用中乘心頻韻率股250MH肉z糟的天線進(jìn)竹行探測(cè)，其深英度和精度均能紡滿足此次勘察歌的技術(shù)要求。隔圖轎4

風(fēng)毒開挖驗(yàn)證結(jié)偽果屈(央左菌堤零—堂—芒照苗片些)參考文獻(xiàn)問1唉.相劉康惜和末.導(dǎo)探地雷達(dá)及其效應(yīng)揭用泳.綁水利水電工程黎設(shè)由計(jì)雨.P3謠8持～桃39.199寨8.(4)尼2局.曠王興泰主突編息.崇工程與環(huán)境物墨探新技術(shù)新方白法版.仙