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地质雷达检测原理、方法、应用条件及参数设置1地质雷达检测原理 地质雷达检测方法是利用超高频电磁波（106109Hz）探测介质电性分布的一种地球物理方法，高频电磁波以宽频带短脉冲的形式，在介质表面通过发射天线将信号传入介质内部，其路径、波形将随所通过介质的电性质及几何形态而变化，经媒质界面或目标体反射后返回地面，由接收天线接收，由深度公式D=VDt/2=CDt/2(er1/2)求出反射界面的深度即衬砌厚度(C为电磁波在空气中的传播速度，Dt为电磁波在衬砌介质中的双程旅行时，er为混凝土的相对介电常数)，通过对电磁波反射信号的波形特征，如相位、频率及振幅进行分析处理，从而可以推断被测目标体内部的结构和分布形态等，原理示意见图1。2电磁波的发射与传播一般用于衬砌检测的雷达天线频率为400900MHz，它的波长为0.10.25m,天线为偶极式发射天线，方向为90x 60园锥体，天线发射的脉冲电磁波在衬砌媒质中传播可近似为均匀平面波，极化方式为线性极化，在衬砌媒质中传播时，电场强度分量可用如下关系式表示：EX=E0e-KZ(1)式中：EX为传播距离Z=X处的电场强度，E0为传播距离Z=0处的电场强度，K=+i为传播常数，为衰减常数，为相移系数。因为在实际过程中通常用相对磁导率（ur=u/u0）和相对介电常数(r=/0)进行计算媒质的衰减常数和相移系数，这样、可表示为=(200/2)1/2r2+(/0)21/2-r1/2(2)=(200/2)1/2r2+(/0)21/2+r1/2(3)式中0=4x10-7(享/米)空气磁导率，0=1/36x10-9(法/米)空气介电常数，为媒质的电导率。由(1)、(2)、(3)式可以看出电磁波的传播与、r三个参数有关，亦及主要与天线中心频率、媒质电导率和媒质介电常数三个因素有关，对于一般高阻体物质其电导率基本相等，所以在检测过程中主要考虑选择天线的探测频率和研究目标体的介电常数是否符合探测条件。3电磁波的反射与接收在地质雷达探测过程中，雷达天线所发射的电磁波可近似为均匀线性极化平面波，在媒体中传播时遇到不同电性物质的界面时将发生反射与透射，如图2所示：垂直极化平面波的反射系数为：平行极化平面波的反射系数为：对于单置式天线(收发一体)，1=20，上式可简化为：（一般在测量过程中只采用垂直极化法，因为垂直极化法与水平极化法正好相位相反，只有在实际测量过程中为了追踪不清楚的界面时利用其正反相位相互验证对比）由此可见，反射系数及反射信号的大小主要取决于探测界面两侧介电常数的差异大小，差值趆大，反射信号趆强，反映在记录图像上异常明显，清晰度高；反射系数趆小，信噪比底，就不会得到高清晰度图像。另外，当12，将获得与初始相位同相的反射波形；当12，获得与初始相位反相位的反射波形；1=2，反射系数等于零，没有反射信号。4应用条件 在隧道初衬检测中，介质主要为混凝土、空气、水和围岩构成，混凝土由于原材料和潮湿程度的不同其参数值各异，有关媒质的介电常数值如下：媒质相对介电常数空气1含钢筋混凝土46干混凝土1112潮湿混凝土1416花岗岩57石灰岩78砂岩6页岩7水81由上表可见，所涉及的各种介质物性差异不是很大，尤其是当初衬混凝土与围岩粘贴紧密时，界面不容易区分，这时要根据所测界面的实际厚度位置并结合滤波去仔细辨别该波相组，寻找初砌界面。5参数设置我们多次检测均采用美国GSSI公司生产的SIR10H型多通道地质雷达，配合单置式天线进行工作（即发射天线和接收天线是一体的）。根据所测衬砌厚度一般选400MHz、900MHz天线进行检测，一般地段记录长度4060ns，塌方地段记录长度90150ns，样点,256512个/扫描线，扫描速度为50根扫描线/秒。6外业布置 外业测线布置一般根据委托方的要求在拱顶、左拱腰和右拱腰各设一条，共三