地质雷达原理及应用精讲ppt课件.ppt

地质雷达理论及应用,1904年，德国的Hulsemeyer首次尝试用电磁波信号来探测远距离地面金属体，这便是探地雷达的雏形。1910年，G.Letmbach和H.Lowy在一项德国专利中指出，用埋设在一组钻孔中的偶极天线探测地下相对高导电性的区域，正式提出了探地雷达的概念。1926年，德国的Httlsenberg第一个提出应用脉冲技术确定地下结构的思路，并指出电磁波在介电常数不同的介质交界面上会产生反射，这个结论也成为了探地雷达研究领域的一条基本理论依据。1929年Stern进行地质雷达的首次实际应用，他用无线电干涉法测量冰川的厚度。cook在1960年用脉冲雷达在矿井中做了试验。但是地下介质比空气对电磁波有更强的衰减特性，其传播规律比在空气中也要复杂的多，而早期地质雷达频率一般比较低，应用仅局限于对电磁波吸收很弱的诸如冰层、岩盐等介质中。 随着现代应用电子技术的高速发展和人们对电磁波认识进一步加深，地质雷达的应用范围从低耗散介质扩展到土层、岩层、混凝土等有耗散介质中，例如：地质勘查、考古、无损检测、管线探测以及建筑结构调查等。,非屏蔽天线可应用于：基岩探测、地质分层、岩熔及空洞探测、湖(河)底形态调查、隧道超前探测、坝体深部探测、古墓及其它未知物探测、冰川调查、滑坡调查等土木建筑、地质学及水文地质学方面。,探地雷达（Ground Penetrating Radar）是一种高科技的地球物理探测仪器，目前已经广泛的应用于高速公路，机场的路面质量检测；隧道，桥梁，水库大坝检测；地下管线，地下建筑的检测等诸多的工程领域。 探地雷达利用一个天线发射高频宽频带电磁波，另一个天线接受来自地下介质界面的反射波。电磁波在介质中传播时，其路径、电磁场强度与波形将随所通过介质的电性质及几何形态而变化。因此，根据接收到波的旅行时间（亦称双程走时）、幅度与波形资料，可推断地下介质的分布情况。,一、基本原理,地质雷达属于高频电磁波，工作原理是基于电磁波的反射原理。地质雷达由发射部分和接收部分组成。发射部分由产生高频脉冲波的发射机和向外辐射电磁波的天线(Tx)组成。通过发射天线电磁波以6090的波束角向地下发射电磁波，电磁波在传播途中遇到电性分界面产生反射。反射波被设置在某一固定位置的接收天线（Rx）接收，与此同时接收天线还接收到沿岩层表层传播的直达波，反射波和直达波同时被接收机记录或在终端将两种显示出来。,图1地质雷达探测原理示意图,图中T为发射天线, R为接收天线, 两者间距为X, H为反射点的埋深。波从T出发, 按几何光学原理经。返回地面到达 的时间为。设电磁波在介质中的传播速度为。由简单的几何关系可得出,当地下介质中的波速v为已知时，可根据精确测得的走时t，由公式求得目标体的深度H。式中x值即收发距，在剖面测量中是固定的；v值可用宽角法直接测量，也可以根据近似计算公式计算：,c为光速；,为地下介质的相对介电常数。,常见介质的 和,波的双程走时由反射脉冲相对于发射脉冲的延时而确定。雷达图形常以脉冲反射波的波形形式记录。波形的正负峰分别以黑色和白色表示，或以灰阶或彩色表示。这样，同相轴或等灰度、等色线，即可形象地表征出地下反射界面。在波形记录上，各测点均以测线的铅垂方向记录波形，构成雷达剖面。,由于探地雷达的电磁波主要是在非理想介质中传播的所以其衰减的速度非常快，这构成了雷达应用的主要障碍，即探测的深度有限。电磁波的电场强度随着距离的衰减规律是：,其中为 介质的吸收系数，它随电导率的增大和介电常数的减小而增大。 趋肤深度,发射天线发射电磁波穿透地下介质 穿透深度取决于介质的介电常数和电导率 记录反射时间 介质中电磁波速度一般在 50 - 150 m/s 工作模式: 反射（多数情况下使用） 透射（层析成像、雷达CT,钻孔雷达或对穿探测）,探地雷达是如何工作的？,发射天线发射电磁波穿透地下介质 穿透深度取决于介质的介电常数和电导率 记录反射时间 介质中电磁波速度一般在 50 - 150 m/s 工作模式: 反射（多数情况下使用） 透射（层析成像、雷达CT,钻孔雷达或对穿探测）,探地雷达是如何工作的？,GPR 工作方法 反射,雷达探测的95% 是用偶极反射模式 从原理上将，GPR 类似于声纳设备 发射机发射一 “列”电磁脉冲， 该脉冲在介质中传播 在地下介质的电特性有变化的地方 发生反射(即散射) 接收机拾取“背散射”信号，记录它 并将其显示在计算机屏幕中,GPR 方法- 反射,GPR工作方法 层析成像 (钻孔雷达),二、地下介质的电特性,电特性,要探测的介质的电特性, 决定雷达方法是否适用。 在用雷达进行地质勘探时, 水是决定电特性的最主要的因素。,传导电流: Jc = s E s = 电导率(S/m) s = 1/r (电阻率, W m) 电导率是一个物体传导电流的能力（或电荷在介质中流动 的难易程度。 如: - 电子在金属板内 - 水中离子的移动,No E-field,E-fieldapplied,No E-field,电特性,GPR信号的穿透深度 与土壤的导电率有关 (低致金属目标体):,电特性,土壤中的水含量与电导率,水含量 (水的重量/土壤重量),电导率的对数 (mS/m),电特性,关于电导率和GPR 探测的有用建议: 当地下介质的电导率小于 10 mS/m (或大于100 Ohmm), GPR 方法通常会得到好的结果 当地下介质的电阻率小于30 Ohmm), GPR 方法无法应用,电特性,极化电流: D = e E e = 介电常数 (F/m) er = e/ e 自由空间 (标量) 相对介电常数的值表示将介质中电荷分开的力。 如: - 分子偶极子的移动 一些分子的特性 - 金属物体中的电荷 嵌在周围环境内,No E-field,E-fieldapplied,No E-field,电特性,相对介电常数和GPR 信号速度的关系:,电特性,相对介电常数和“足印”的关系:“足印” 定义为探测的 “有效区域 ”,电特性,屏蔽天线的内部结构,反射系数: 电磁波反射是由地下土壤中电阻抗的变化 产生的。 对GPR 频率范围，地下介质的阻抗变化 主要由相对介电常数的变化决定的。,此处: z1 = 第 1层的阻抗 z2 = 第2层的阻抗 r = 反射系数,电特性,反射系数: 对GPR, 反射系数近似等于 “反射能力” (Pr),电特性,电特性,水含量与相对介电常数: 多数干燥的地下介质， 其相对介电常数值 10 水的相对介电常数是81,三、探地雷达常用词汇的含义,样点数、采样频率、时间窗（以实时采样为例）,为什么雷达不是实时采样?,接收机接收的信号,t,发射机发射的信号,周期,重复采样原理（取样示波）,每一个采样周期，发射机都发射一个完整的脉冲信号，接收机记录其中一个点的信号,脉冲重复频率！,采样频率：最好大于天线中心频率的10倍（一定不要小于6倍），一般达到20倍就足够了，再增加采样频率信号也不会改善。时间窗/样点数：时间窗根据你准备探测的深度确定，最好比你期望 的探测深度大30%。要增大时间窗，最好的办法是增加 样点数，尽量不要降低采样频率。信号位置/直达波：一般把直达波的起始位置调到30个样点处（通常 自动搜索就够了，不行的话手动调整）,电磁波的传播路径,土壤 (r,),实际雷达图像的直达波,单道波形,叠加次数：叠加是通过平均来提高信噪比，噪声水平是叠加次数 平方根的倒数。 两种叠加方式：样点叠加（在点测时使用），优点是采集 时天线不动，效果好；道叠加（时间和距离采集时使用） 优点是方便。采集模式：测距轮（距离）：最常用方式，结果解释准确可靠 时间：当无法沿确定测线探测时，如果GPS信号有， 可以采用。 键盘（点测）：低频天线做深部探测采用，叠加可以很高 道：在地面上某一点采集的一个完整的波形道间距/时间间隔：根据探测需要选取天线中心频率：每个天线都有一个频率范围，它不是单频的,电磁波的频率分布（频谱）, = c/f,带宽的定义：,带宽 B : fh fl, - 10dB 为极限值,带宽和中心频率决定了探测的效果,下面的例子可以看出带宽的重要性,带宽低的雷达图像被称为“烟圈（震荡）”,天线的方向性在实际使用中的影响：,RTA天线：收发天线顺向排列， 对极浅部物体无法探测。平行排列天线： 沿X方向移动（屏蔽天线一般 这样用），得到的信息多； 沿Y方向移动：可以更好地穿 透钢筋网，结果可能会好些,雷达分辨率,分辨率决定了地球物理方法分辨最小异常介质的能力。雷达分辨率可以分为垂直分辨率与水平分辨率。1、垂直分辨率 我们将探地雷达剖面中能够区分一个以上反射界面的能力称为垂直分辨率。,例:800MHz 天线,介质速度 100m/us - c = 12.5cmr = 3cm在深度 10cm时 l = 8cm在深度 50cm 时l = 18cm在深度 100cm时 l = 25cm,水平分辨率随深度的增加而降低,雷达的分辨率：,注意：雷达天线是宽频的，它有各种频率成分，因此用800兆天线达到2.1厘米的分辨率是可能的！不要过分拘泥于理论细节，电磁波太复杂！,四、电磁波速度的确定,当有反射体存在时，雷达只记录电磁波走的时间。为了准确了解反射体的埋深，我们必须知道电磁波在该介质中的传播速度。,确定电磁波速度有以下方法:使用标准速度通过已知深度的目标体进行校正双曲线拟合偏移处理共中心点探测实验室方法,1. 使用标准速度,材料速度 (m/us)空气 300水 33干沙 150饱含水的沙 60石灰岩 110页岩 90淤泥 70粘土 60花岗岩 130混凝土 110冰 160,结合你在这一地区使用雷达的经验确定电磁波速度，这是最简单也是最经常使用的方法。不过电磁波速度和含水量有很大的关系。,2. 根据已知深度的目标物进行校正,实际使用时，最常用的方法是做一条剖面 在剖面中寻找一个已知点（如管线、钻孔等），通过已知目标物的深度计算出速度，然后得出其它地下物体的速度。,V=2d/t,3. 抛物线拟合,对管线探测较方便，知道某根管子的直径，就可以拟合出速度来,4. 偏移处理,把不同的速度用到雷达图像上, 可以找到真正的速度,速度太低,速度太高,速度合适,5.共中心点法 速度探测 (WARR),速度探测是估计介质中信号速度的方法 宽角反射折射 (WARR)和共中心点 (CMP) 是两种速度探测的最常用的方法。这两种方 法都需要分离的发射机和接收机 WARR 法采集数据时，需要一个平坦的水 平的反射体 但采集时很快速和容易,速度地表波斜率的倒数 dx/dt,速度探测 (CMP),CMP 采集时比较麻烦 但只需要一个点状反射体,6. 实验室法,可以得到非常精确的速度值（测出介质介电常数），但很少使用 :选择有代表性的样本非常困难实验室设备很昂贵需要耗费很多时间最贵的方法,二、雷达仪器介绍,国外 瑞典MALA公司的RAMAC/GPR雷达系列 美国GSSI公司的SIR系列雷达（ 美国劳雷公司代理销售） 加拿大Sensrs&Software公司pulse EKKO型探地雷达国内 发展状况是：首先通过引进国外的雷达仪器，进行研究 和应用，然后开发拥有自主知识产权的自己的雷达产品。国内有电子部22所，航天部爱迪尔公司、骄鹏公司和中国矿大 （北京）四家单位相继推出了自己的雷达产品。,2.1 瑞典探地雷达（RAMAC/GPR）,主要特点1. 高集成化、真数字式、高速 、轻便。2. 系统集成化程度高，体积小、重量轻（主机重量仅为2.4公斤）。3. 功耗低，主机功耗仅为25W；系统耗电量低，不需电瓶供电， 为野外工作提供方便。4. 天线与主机之间采用光纤连接，频带宽、速度快、数据质量好、 抗干扰能力强，因此发射机、接收机及主机之间不会相互干扰。5. 100兆、250兆、500兆、800兆及1000兆天线采用屏蔽方式，因 此其抗干扰能力强。6. 主机与计算机之间采用ECP并口传输方式，数据传输速度快。7. 主机可与低频、中频、高频天线全部兼容，同时与孔中天线也 兼容，因此性能价格比高，为用户添置新天线节约资金。8. 显示方式采用外接笔记本方式。,2.1 瑞典探地雷达（RAMAC/GPR）,2.1 瑞典探地雷达（RAMAC/GPR）,2.1 瑞典探地雷达（RAMAC/GPR）,2.1 瑞典探地雷达（RAMAC/GPR）,RAMAC/GPR非屏蔽天线是低频天线，主要用于深层探测，该天线只能与CUII主机配合使用。典型的非屏蔽天线有25MHz、50MHz、100MHz、200MHz天线。所有的RAMAC/GPR非屏蔽天线均使用同样的发射机及接收机、光纤、玛拉测链、天线分离架及主控单元。天线重量轻，适用于单人操作。收、发天线容易分离，可以采用CMP法（共中心点）计算速度。 非屏蔽天线可应用于土木建筑、地质学及水文地质学等。,2.1 瑞典探地雷达（RAMAC/GPR）,2.2 SIR雷达介绍,该型号探地雷达仪器的特点是：系统高度集成化、数字化，操作简单化，天线屏蔽干扰小，探测范围广，分辨率高，具有实时数据处理和信号增强，现场实时显示二维彩色图像。其配置的探测天线系列化，可应用与各类地下目的体及目的层的检测与探测。,2.2 SIR雷达介绍,SIR-20高速高精度多通道透视雷达,SIR-3000便携式透地雷达,100MHz,400MHz,2.2 SIR雷达介绍,200MHz,900MHz,1200MHz,2.2 SIR雷达介绍,。,2.2 SIR雷达介绍,2.2 SIR雷达介绍,2.3 加拿大EKKO型雷达,The pulseEKKO 100(1000) system provides shielded, full bi-static operational capability. The ability to move the antennas independently allows both simple reflection profiling surveys as well as CMP, multi offset and transillumination experiments to be conducted. The versatility of the system allows for variation in polarization as well as a number of other geometrical transducer configurations.,EKKO-100型,EKKO-1000型,400MHz,2.4 中国电波传播研究所青岛分所：LTD-3,2.4 中国电波传播研究所青岛分所：LTD-3,三、野外工作方法,探地雷达的野外工作，必须根据探测对象的状况及所处的地质环境并选择合适的测量参数，才能保证雷达记录的质量。,1）、剖面法2）、多次覆盖3）、宽角法,3.1 测量方式,1）、剖面法,剖面法是发射天线(T)和接收天线(R)以固定间距沿测线同步移动的一种测量方式，当发射天线与接收天线间距为零，亦即发射天线与接收天线合二为一时称为单天线形式，反之称为双天线形式。剖面法的测量结果可以用探地雷达时间剖面图来表示。该图像的横坐标记录了天线在地表的位置；纵坐标为反射波双程定时，表示雷达脉冲从发射天线出发经地下界面反射回到接收天线所需的时间。这种记录能准确反映测线下方地下各反射界面的形态。,2） 、多次覆盖法,由于介质对电磁波的吸收，来自深部界面的反射波会由于信噪比过小而不易识别。这时可应用不同天线距的发射接收天线在同一测线上进行重复测量，然后把测量记录中相同位置的记录进行叠加，这种记录能增强对深部地下介质的分辨能力。,3） 、宽角法,当一个天线固定在地面某一点上不动，而另一个天线沿测线移动，记录地下各个不同界面反射波的双程走时，这种测量方式称为宽角法。,这种测量方式的目的是求取地下介质的电磁波传播速度。,3.2 探地雷达的技术参数,3.2 探地雷达的技术参数,探地雷达数据处理的目标是压制随机的和规则的干扰，以最大可能的分辨率在探地雷达图像剖面上显示反射波，提取反射波的各种有用的参数(包括电磁波速度，振幅和波形等)来帮助解释。探地雷达与反射地震都依靠脉冲回波信号，其子波长度都由发射源控制。脉冲在地下传播过程中，能量均会产生球面衰减，也会由于介质对波的能量的吸收而减弱，在地下介质不均时还会发生散射、反射与透射。因此数字记录的探地雷达数据类似于反射地震数据，反射地震数字处理许多有效技术通过某种形式改变均可以应用于探地雷达资料的处理。,四、数据处理与资料解释,四、数据处理与资料解释,4.1 数字滤波,矿井地质雷达在测量过程中，为了保留尽可能多的信息，常采用全通的记录方式，这样有效波的干扰就被同时记录下来，为了去除数据中的干扰信号，需要采用数字滤波的方法。数字滤波就是根据数据中有效信号和干扰信号频谱范围的不同来消除干扰波。 如果有效信号的频谱分布与干扰信号的频谱有一个比较明显的分界，那么可根据具体的干扰信号的分布，设计一个合理的滤波器，将其滤除，就得到了滤波以后的结果，根据干扰信号的频谱分布的不同，可以采取低通、高通或带通的方法。,四、数据处理与资料解释,4.1 数字滤波,如果噪音的频谱分布只有高频成分，那么可采用如下的滤波器将其滤除：,式中 是高截频率。,1）低通滤波,四、数据处理与资料解释,4.1 数字滤波,2）高通滤波,如果噪音的频谱分布只有低频成分，那么可采用如下的滤波器将其滤除：,式中 是低截频率。,四、数据处理与资料解释,3）带通滤波,如果噪音的频谱分布既有低频成分又有高频成分，那么可采用如下的滤波器将其滤除：,四、数据处理与资料解释,4.1 数字滤波,4.2 雷达资料的偏移处理,探地雷达与反射地震方法一样都是接收来自地下介质界面的反射波。偏离测点的地下介质交界面的反射点，只要其法平面通过测点，都可以被记录下来。在资料处理中需把雷达记录中的每个反射点移到其原来的位置，这种处理方法称为偏移归位处理，经过偏移处理的雷达剖面可反映地下介质的真实位置。,四、数据处理与资料解释,四、数据处理与资料解释,4.2 雷达资料的偏移处理,原始数据雷达剖面图,偏移后的雷达剖面图,四、数据处理与资料解释,4.2 雷达资料的偏移处理,4.3 雷达图像的增强处理,四、数据处理与资料解释,1）振幅恢复,4.3 雷达图像的增强处理,四、数据处理与资料解释,2）道内均衡,4.3 雷达图像的增强处理,四、数据处理与资料解释,2）道内均衡,一、基本原理,二 野外工作方法,1、剖面法2、多次覆盖3、宽角法,三、 地质雷达数据处理,1、数字滤波2、雷达资料的偏移处理 3、雷达图像的增强处理,四、 地质雷达资料解释,探地雷达资料的地质解释是探地雷达测量的目的。然而探地雷达资料反映的是地下介质的电性分布，要把地下介质的电性分布转化为地质体的分布，必须把地质、钻探、探地雷达和其他相关的资料有机结合起来，建立测区的地质地球物理模型，并以此获得地下地质模式。,1、时间剖面的解释方法,四、 地质雷达资料解释,2、雷达波速度的求取,1、时间剖面的解释方法,四、 地质雷达资料解释,探地雷达图像剖面是探地雷达资料地质解释的基础图件，只要地下介质中存在电性差异，就可以在雷达图像剖面中找到相应的反射波与之对应。根据相邻道上反射波的对比，把不同道上同一个反射波相同相位连结起来的对比称为同相轴。一般在无构造区，同一波组往往有一组光滑平行的同相轴与之对应，这一特性称为反射波组的同相性。,1、时间剖面的解释方法,四、 地质雷达资料解释,探地雷达测量使用的点距很小(2m)，地下介质的地质变化在一般情况下比较缓慢，因此相邻记录道上同一反射波组的特征会保持不变，这一特征称为反射波形的相似性。同一地层的电性特征接近，其反射波组的波形、振幅、周期及其包络线形态等有一定特征。确定具有一定特征的反射波组是反射层识别的基础，而反射波组的同相性与相似性为反射层的追踪提供了依据。,2009.10,不同测量目的对地层的划分是不同： （1）在进行考古调查时，特别关注文化层的识别； （2）在进行工程地质调查时，常以地层的承载力作为地层划 分依据，因此不仅要划分基岩，而且对基岩风化程度也 需要加以区分。 为此需要根据测量目的，对比雷达图像与钻探结果，建立测区地层的反射波组特征。根据反射波组的特征就可以在雷达图像剖面中拾取反射层。一般是从垂直走向的测线开始，逐条测线进行。最后拾取的反射层必须能在全部测线中都能连接起来并保证在全部测线交点上相互一致闭合。,1、时间剖面的解释方法,四、 地质雷达资料解释,1、时间剖面的解释方法,四、 地质雷达资料解释,根据地层反射波组特征与钻孔对应的位置划分反射波组后，就需要依据反射波组的同相性与相似性进行地层的追索与对比。在进行时间剖面的对比之前，要掌握区域地质资料，了解测区所处的构造背景。在此基础上，充分利用时间剖面的直观性和范围大的特点，统观整条测线，研究重要波组的特征及其相互关系，掌握重要波组的地质构造特征，其中特别要重点研究特征波的同相轴变化。特征波是指强振幅、能长距离连续追踪、波形稳定的反射波。它们一般都是主要岩性分界面的有效波。它们特征明显，易于识别。掌握了它们就能研究剖面的主要地质构造特点。,时间剖面上主要表现如下特征：,1、时间剖面的解释方法,四、 地质雷达资料解释,1） 雷达反射波同相轴发生明显错动2） 雷达反射波同相轴局部缺失3） 雷达反射波波形发生畸变4） 雷达反射波频率发生变化,1、时间剖面的解释方法,四、 地质雷达资料解释,1、时间剖面的解释方法,四、 地质雷达资料解释,1、时间剖面的解释方法,四、 地质雷达资料解释,1、时间剖面的解释方法,四、 地质雷达资料解释,1、时间剖面的解释方法,四、 地质雷达资料解释,上述现象在地质雷达时间剖面上特征往往不是孤立的，即有时几种特征同时存在，只是有的特征更突出，有的特征不明显，这就需要资料解释人员除对区域地质条件充分了解以外，还必须具有丰富的实践和解释经验，从而去伪存真，得到更准确的地下地质信息。,2、雷达波速度的求取,四、 地质雷达资料解释,雷达波速度的获取视探地雷达资料解释的重要内容。也是深度转化的重要的参数，其准确与否，直接关系到解释结果的准确程度。电磁波在介质中传播速度的获取常用的方法有：,1）已知目标换算方法；2）几何刻度法；3）介电常数法；4）CDP速度分析法；5）反射系数法等。,1） 已知目标换算方法最简单，同时是常用的方法。该方法是采用钻探的方法获取已知地层或目标体的深度，根据电磁波的传播时间进行计算。然后将获得速度来推断没有钻孔或已知目标的区域地质体的深度。,2、雷达波速度的求取,四、 地质雷达资料解释,2、雷达波速度的求取,四、 地质雷达资料解释,2）,五、探地雷达的应用,80年代以来。由于电子技术与数字处理技术的发展、使探地雷达的分辨率与探测深度大大提高、探地雷达已在工程地质勘察、灾害地质调查、地基基础施工质量检测、考古调查、管线探测、公路工程质量检测等多个领域中得到了广泛应用。,五、探地雷达的应用,5.1、雷达测量管线的应用,五、探地雷达的应用,首先在沙坑中对500MHz天线和900MHz天线进行实验。在沙坑中埋设四种不同介质管线，它们分别是金属管、陶瓷管、塑料管和铁块，管线直径8厘米，埋设深度为25厘米，铁块的埋设深度1厘米，接近地表面。时窗设定36ns，使用500MHz天线进行雷达扫描探测。上图为扫描探测结果。从实验结果来看，金属目标体具有较强的反射能量，且多次干扰波严重，非金属物在介质均匀的沙坑中，也存在明显的反射图象。,下图是在水泥路面使用900MHz天线对地下管线的探测结果，时窗设置为16ns。在探测区域内，发现三处明显的异常反射。其中两处反射时间在4.3ns，另一处接近0时。推断前两处为自来水的分支管道，第三处为地表水沟，并经开挖得到验证。,5.1、雷达测量管线的应用,五、探地雷达的应用,下图为某地的陶瓷污水管道的雷达剖面图像。地表为混凝土地面，地下介质较为均匀，测线与管道垂直。在剖面图像4.3m 5.7m点位、0.8m深度开始有一个明显的弧形反射波同相轴，弧形的两翼较长。其解释结果与实际污水管的埋深符合。,5.1、雷达测量管线的应用,五、探地雷达的应用,电缆线埋深较浅，但直径很小，在雷达图像上也一样能反映出来。下图是上海某工地的雷达探测剖面。场地为杂填土，质地不均匀。剖面图像上的杂乱干扰波为杂填土不均匀的干扰造成的，但从探测的结果来看，能明显看出地下埋设电缆的位置及深度。,5.1、雷达测量管线的应用,五、探地雷达的应用,5.2、雷达在隧道质量检测中的应用,五、探地雷达的应用,探地雷达技术通过在隧道衬砌质量检测中的应用，实践证明其技术方法是十分准确有效的，为公路、铁路、地铁隧道施工有效地进行监督和检测，控制施工质量起到了积极重要的作用。 针对地铁隧道施工的特点和要求，认为利用雷达进行无损检测的重点在于：1）、格栅钢架和钢筋布置是否符合设计要求2）、砼衬砌结构检测及背后密实情况3）、隧道衬砌含水情况调查,5.2、雷达在隧道质量检测中的应用,五、探地雷达的应用,衬砌厚度评价，首先在探地雷达剖面上确认出混凝土与岩石界面问的反射波同相轴，读取反射波双程旅行时间，按公式HVt2计算出混凝土衬砌厚度。速度V可通过明洞地段标定；密实度的评价可根据探地雷达剖面反射波振幅、相位和频率特征划分为密实和不密实两种类型，不密实的混凝土体在雷达剖面上波形杂乱，同相轴错断；脱空体在雷达剖面上在混凝土与围岩交接面处反射波同相轴呈弧形，与相邻道之间发生错位，依此特征可计算出空洞的范围。由于爆破使围岩表面凹凸不平，因此，在确定脱空时应对剖面上的异常加以细致的分析和确认。,衬砌检测,超挖地段雷达图象（隧道）,超挖地段,5.2、雷达在隧道质量检测中的应用,五、探地雷达的应用,脱空的雷达图像（隧道）,5.2、雷达在隧道质量检测中的应用,五、探地雷达的应用,拱顶起伏图像,5.2、雷达在隧道质量检测中的应用,五、探地雷达的应用,风化层界面探测,上图是利用100MHz天线对基岩风化面的探测结果，时窗设置为760ns。从探测剖面上可以清楚看出基岩风化层面的分布状况，为钻孔加固提供资料。,5.2、雷达在隧道质量检测中的应用,五、探地雷达的应用,层位追踪,右上图为内昆铁路新老卡子隧道局部地段顶部的雷达检测剖面，采用400MHz天线进行探测。该衬砌层设计厚度为60cm。采用处理软件对衬砌进行层位追踪，其追踪结果如图所示。 右下图为追踪结果的解释剖面图。,5.2、雷达在隧道质量检测中的应用,五、探地雷达的应用,良好衬砌雷达图像,5.2、雷达在隧道质量检测中的应用,五、探地雷达的应用,衬砌界面明显图像,5.2、雷达在隧道质量检测中的应用,五、探地雷达的应用,脱空的雷达图像（隧道）,5.2、雷达在隧道质量检测中的应用,五、探地雷达的应用,拱顶脱空雷达探测图像,5.2、雷达在隧道质量检测中的应用,五、探地雷达的应用,采用模筑泵送混凝土工艺施工二次衬砌 拱顶施工接缝处易出现三角形空洞,二次衬砌层,模筑施工缝,三角形空洞,初期支护层,5.2、雷达在隧道质量检测中的应用,五、探地雷达的应用,三角形空洞图像,5.2、雷达在隧道质量检测中的应用,五、探地雷达的应用,围岩裂隙探测图像,五、探地雷达的应用,衬砌厚度不够图像-1,五、探地雷达的应用,衬砌厚度不够图像-2,五、探地雷达的应用,钢筋分布图像,五、探地雷达的应用,钢筋布置不够图像-1,五、探地雷达的应用,钢筋布置不够图像-2,五、探地雷达的应用,钢筋布置参差不齐图像,五、探地雷达的应用,格栅钢架探测图像-1,五、探地雷达的应用,格栅钢架探测图像-2,五、探地雷达的应用,2009.10,。,5.3、巷道围岩松动圈探测,五、探地雷达的应用,。,5.4、巷道冒落影响范围探测,五、探地雷达的应用,吉林省长春四平高速公路采用沥青路面，路面下为碎石垫层。路面分三次铺设完成，设计路面厚度为25cm。在工程竣工前采用探地雷达进行了路面厚度检测。检测中使用的探地雷达为SIR-2型，工作天线频率为900MHz。 下图为该公路某段路面的探地雷达检测剖面图，图中的强反射为沥青面层与碎石垫层界面的反射，根据反射界面的双程走时和电磁波在沥青路面中的传播速度计算出路面厚度。沥青路面的速度采用实验标定并进行统计后得到。检测结果表明，由于二灰石垫层凸凹不平，导致沥青路面厚度有较大变化，最薄为26cm，最厚为43cm。路面厚度指标达到了设计要求。,高速公路检测,。,高速公路检测,。,铁路路基,。,铁路路基,。,探地雷达方法在公路质量检测中除了可进行路面厚度检测外，还可进行路基隐患(脱空、裂缝等)的检测以及桥涵的质量检测。 有些学者研究电磁波的特征与路面压实度、强度及含水量的关系，进行探地雷达对公路压实度、强度及含水量的检测研究，也取得了较好的检测效果。,高速公路检测,。,涵洞探测,。,蚁巢、洞穴的探测,土体堤坝中因碾压不实、库水浸透或动物危害等因素，在坝体中常出现土洞、动物巢穴等危害坝体安全的隐患。例如在我国南方各省(区)水利工程中白蚁巢穴就是一种常见的隐患，白蚁主巢直径一般在4060cm，大者可达数米，主巢周围分布着几十个甚至数百个卫星菌圃，其间由四通八达的蚁道沟通，且有的贯穿堤坝的内外坡，因此，深藏于堤坝中的白蚁危害造成的堤坝险情和溃堤率远高于其他原因，找出堤坝白蚁巢是消除堤坝白蚁隐患的关键。目前，对坝体中的土洞、动物巢穴的探测的最有效的物探方法是探地雷达和高密度电法。,。,溶蚀沟槽,。,溶洞与开口溶洞,。,2009.10,。,