浅谈工程地质雷达勘察技术与手段

1、浅谈工程地质雷达勘察技术与手段摘要：地质雷达是依靠地球物理性质利用雷达波的传播规律检测混凝土的设备在使用中应对被测对象做好资料收集工作。现已成功地应用于岩土工程勘察、工程质量无损检测、水文地质调查、矿产资源研究、生态环境检测、城市地下管网普查、文物及考古探测等众多领域，取得了显著的探测效果和社会经济效益。本文简述地质雷达的基本原理，介绍了地质雷达在工程质量检测中的应用实例。关键词：地质雷达；勘察技术；工作原理；电磁波探测；手段中图分类号：TB16文献标识码：A文章编号：1前言地质雷达作为勘察高新技术方法，以其分辨率高、定位准确、快速经济、灵活方便、剖面直观、实时图象显示等优点，备受广大工程技术

2、人员的青睐。现已成功地应用于岩土工程勘察、工程质量无损检测、水文地质调查、矿产资源研究、生态环境检测、城市地下管网普查、文物及考古探测等众多领域，取得了显著的探测效果和社会经济效益，并在工程实践中不断完善和提高，必将在工程探测领域发挥着愈来愈重要的作用。2地质雷达技术的基本原理与特点2.1地质雷达的工作原理地质雷达是一种使用高频电磁波探测地下介质分布的非破坏性探测仪器。它通过剖面扫描的方式获得地下断面的扫描图像。雷达通过在地面上移动的发射天线向地下发射高频电磁波，向地下定向发射的电磁波，遇到不同的电性界面就会发生反射，电介质间的电性差异越大，反射回波能量也越大。反射到地面的电磁波被与发射天线同

3、步移动的接收天线接收后，通过雷达主机精确地记录下反射回波到达的时间、相位、振幅、波长等特征，再通过信号叠加放大、滤波降噪、图像合成等数据加工处理手段，形成地下断面的扫描图像。通过对雷达图像的判读，便可得到地下目标物的分布范围和状态。2.2地质雷达的特征参数地质雷达的基本原理是基于高频电磁波理论，工作方式是以宽频带短脉冲电磁波形式，由地面通过发射天线（T）送入地下，经地下地层或目标层（抛石层界面）反射后返回地面，为接收天线（R）所接收（见图1）。整个过程脉冲波行程需时：（V为电磁波速，X为天线距，Z为目的层深度）。当地下介质中的速度为已知时，可根据测定到的精确的t值（ns，1ns=10-9s），

4、由上式求出反射体的深度（m）。式中X值在剖面探测中是固定的。当V值难以确定时，可采用近似计算，其中C为光速（3108m/s），r为地下介质相对介电常数，可以利用经验数据或测定获得。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、白色表示，或者以灰阶或彩色表示。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，图2是雷达波形记录示意图。图1反射探测原理图图2雷达波形记录示意图反射脉冲的强度与界面的波反射系数和穿透介质的波吸收程度有关。垂直界面入射系数R的幅值和幅角，分别可由下列关系式表示：式中a=2/1、和、分别为介质的导磁系数，相对介电常数和电导率，角标1和角标2分别代表入

5、射介质和透射介质，由关系式可以看出，反射系数与界面两边介质的电磁性质和工作频率=2有关，即与介质的空隙率、含水量有关，含水多，、值变大，相应地反射系数也会不同。现场测量，通常采用剖面法(GDP)或者宽角法(WARR)两种方法。前者发射天线和接收天线以固定间距沿测线同步移动；后者是固定一个天线、移动另一个天线或者是两个天线同时由一中心点向两侧反方向移动。上述两种方式的记录点均为两个天线的中心点。2.3地质雷达的特点及应用瑞典RAMAC/GPR型地质雷达由屏蔽、非屏蔽天线（50MHz2.3GHz多个固定天线）、ProEx主机（50MHz2.3GHz天线共用）、测量轮、便携PC等组成。ProEx主机

6、与PC机之间、ProEx主机与天线之间均采用光纤连接通讯，提高数据传输和发送指令的可靠性，测量轮控制数据的采集，沿测线每道的位置由该道在数据文件中的位置给出，消除人工移动天线造成的测量误差，提高平面定位的精度。地质雷达是一种用于解决浅层工程地质问题的高新物探技术。由于其采用了高频、宽频带、短脉冲和高速采样技术，因而其探测的分辨率被公认为高于其它地球物理勘测手段。3地质雷达技术的应用3.1工程概况某建设单位在边坡开挖过程中，由于一条工地输水管发生断裂，大量的自来水渗入开挖边坡的土体中，在开挖施工过程中土体失稳产生滑坡，首先是在已开挖整平场地近坡脚前缘地表发生隆起，其后在几天时间里滑坡不断向坡顶发

7、展，其边坡的上部土体呈分台阶、叠瓦片状向下不断滑移，并相伴一系列的张性裂隙，应建设单位的要求我院对此边坡进行了边坡岩土钻探勘察工作，本次采用地质雷达超强地面耦合雷达天线结合前期边坡勘察，验证前期边坡勘察结果和地质雷达在寻找滑坡及滑动面的实际应用，沿原勘察工作中的勘探线进行重新探测。3.2探测准备本次滑坡探测仪器选用瑞典MALA雷达及配套RTA天线，天线中心频率为50MHz，天线间距为4m，采样步长为0.20m，叠加64次。沿原滑坡勘探坡面自下而上布置一条近200m长的连续测线。3.3数据处理与分析依据前滑坡勘察地质资料显示该工程区域的基岩为紫红色泥质砂岩，上覆粘土层较厚，坡面植被较发育。理论上

8、滑坡滑动面上下，粘土与基岩风化层电性差异较小，雷达探测的数据反映出的图像界面应不甚明显，在数据处理时用Reflexw软件进行了相关技术处理，并根据地形起伏对地形进行了修正。得到数据图像较清淅的反映了滑坡剖面的不同岩性和上部滑坡各结构面分界线，下图3是本次地质雷达实测剖面。图3主滑动段沿坡下至坡上地质雷达剖面(方向与主勘探线一致)根据本次地质雷达探测成果，滑坡面上部土体沿多层滑面向下滑移，其滑动面以上滑动体在脉冲反射波中的反应为强烈的杂波面反射，表现为一系列与坡向相近的反射面。而滑动面以下的未发生滑移的紫红色泥质砂岩基体，其波形表现为均匀完整的连续波，与其上部波形形成强烈的反差。揭示的滑动面深度与勘察揭示的滑面深度亦基本吻合。4结束语综上所述，地质雷达是目前最为快速、高效、经济的高新探测技术，有较强的理论性与实用性，具有推广应用价值。今后在应用方面，应当进一步研究探测目标参数和响应，提高分辨率、扩大探测深度，提高地质雷达图像的反映效果，强