利用探地雷达探测地下空洞

简要介绍了探地雷达工作原理及其探测地下空洞的方法技术，以广州某地基勘察中地下空洞的检测为例，分析了地下空洞的雷达波组特征，总结了探地雷达时深剖面图的异常特征。指出该方法具有速度快、探测精度高、可获得连续结果等特点。经开挖验证，探地雷达异常特征与地下空洞实际位置相吻合。     

重力异常二维正演中的无网格方法

无网格法是一类新型数值算法,具有精度高、高阶形函数构造与物性加载便利等特点,在计算力学领域应用广泛。将无网格方法（PIM、RPIM及EFGM）用于重力异常场二维正演计算:首先从重力异常二维变分问题出发,利用Galerkin法结合高斯积分公式推导了对应的无网格离散系统矩阵表达式;其次通过数值试验得出了RPIM-MQ、RPIM-exp及EFGM-exp形状参数的建议值,最后比较分析了最优形状参数下不同无网格法的计算效果。结果表明:无网格法适用于介质物性分布变化较大的重力异常二维正演,exp函数形状参数α_c最优取值区间为[1.5,1.7],β建议值为0.6,MQ函数q取值区间为-4.1~1.9;EFGM较PIM及RPIM具有更高的计算精度。      

有耗介质探地雷达波传播衰减特性的研究

探地雷达是利用超高频脉冲电磁波探测地下介质分布的一种浅层地球物理勘探方法,探地雷达超高频、宽频带脉冲电磁波在地下有耗介质中的衰减特性是一个十分复杂的过程。本文从电磁波传播的麦克斯韦方程出发,较为系统地研究和分析了雷达脉冲电磁波在有耗介质中传播的衰减特性,对研究雷达脉冲电磁波在地下有耗介质中的传播机制有指导意义。     

FDTD方法模拟探地雷达探测硝基苯在介质中分布及电磁波响应特征

采用时间域有限差分方法对硝基苯在介质中的存在状态进行探地雷达的探测模拟,研究硝基苯在介质中的分布及电磁响应,讨论使用探地雷达探测硝基苯污染的可行性和分析污染程度,为污染的监测和治理提供信息。     

探地雷达技术对表层岩溶带典型剖面组构刻画与界面识别

表层岩溶带是岩溶研究的重要对象,以往研究以剖面调查半定量为主,文章利用探地雷达属性技术对其发育情况进行定量研究。选取3个表层岩溶带的典型剖面（浅裂隙土、深裂隙土、厚土层覆盖）,并采集探地雷达数据,通过提取相干体属性和均方根振幅属性来挖掘雷达数据中的潜在信息,用于区分介质组构和识别发育深度界面。结果表明,均方根振幅属性较好地区分出了浅裂隙土型和深裂隙土型的岩土介质,厚土层覆盖型的犁耕层与非犁耕层土壤介质;相干体属性能较好地识别出表层岩溶带和下部完整基岩,定量化其发育厚度。      

探地雷达在桥塔塔基岩溶勘查中的应用及信号分析

以湖南省张家界—花垣县高速公路岩溶勘查为例,探讨探地雷达在竖直型岩溶勘查中的应用和效果;同时,说明复信号分析方法在探地雷达数据处理中的有效性。竖向岩溶的横向规模小,在雷达图像中相应的异常范围比较窄,异常不易分辨。首先对原始采集信号进行二维空间域滤波,再对信号进行Hilbert变换,提取雷达信号的瞬时振幅、瞬时相位和瞬时频率,然后对这些处理后的信号进行综合分析。研究结果表明,二维空间域滤波可大大消除高频噪声的干扰,提高信号的信噪比,多参数综合分析可提高探地雷达解释的精度,最终的钻探成果也验证了反演解释结果的正确性。     

软土基坑隔水帷幕渗漏检测技术

隔水帷幕渗漏是影响软土基坑稳定性的关键问题。针对隔水帷幕渗漏检测技术,开展了数值模拟和物理模型试验,深入研究了不同采集装置类型三维电阻率法和探地雷达法对渗漏异常的反映能力及在探测剖面上表现出来的异常特征,给出了判断帷幕是否渗漏和确定渗漏点位置的解释方法。结果表明:温纳装置、偶极装置和温纳-施龙贝格装置都能有效反映渗漏点的存在;降水后帷幕未发生渗漏时,与基坑外侧软土含水层相比,内侧软土层电阻率表现为高阻异常;帷幕渗漏后基坑内侧底部软土层电阻率降低,外侧电阻率升高,并呈现漏斗状异常,两侧低阻异常与帷幕的交叉点可正确指示渗漏点位置;帷幕发生渗漏后,基于基坑外侧的探地雷达探测剖面中会出现双曲型反射波同相轴,通过其顶点可确定渗漏点的位置。研究结果证实了两种地球物理手段开展软土基坑隔水帷幕渗漏检测的可行性。     

混凝土体内钢筋位置检测实例：高频地质雷达应用效果

通过高频雷达对混凝土体内钢筋位置检测的实例,展示其作为一种地下不明障碍物进行无损检测或评价地下工程质量的高新技术,具有良好的应用效果。     

探地雷达信息系统研究与应用

源于GPR(Ground Penetrating Radar)软件应用中的问题，借鉴GIS(Geographical Information System)件中优秀的设计方法，提出一种新的GPR信息系统设计方案，即以数据库为核心管理数据，基于组件技术实现系统，尝试用SQL Sever2000和VC^ 6开发该系统，实现的功能包括不同雷达系统资源共享、资料数据库化管理；多方法资料处理和最终结果可视化。同时，系统功能可根据实际应用被不断完善和更新。     

探地雷达物理模拟相似性准则及监测油气污染试验

利用探地雷达研究油气污染问题是探地雷达应用研究的前沿课题之一。在推导雷达波模型实验的相似性准则的基础上,制作了砂质模型,并以原油为污染材料进行了探地雷达监测油气污染的模型实验。证明探地雷达方法能有效地解决油气污染的范围和油气污染的强度问题。同时为开展下一步实验和野外工作提供了指导。     

基于分数阶傅里叶变换的探地雷达子波提取算法

针对探地雷达子波提取问题,提出了一种基于分数阶傅里叶变换的子波提取算法。假设探地雷达地下介质模型为线性系统并是时变的,并且子波在传播过程中不变,把子波和地层信息描述为一个时间的积分形式。分数阶傅里叶变换是酉变换,具有保范性,把子波的提取问题转化为在分数阶傅里叶变换域上的最优滤波问题。对分数阶傅里叶变换的阶数p在(－2,2]范围以1/300为步长进行了搜索,在分数阶傅里叶变换域上找到最优解,最后经过分数阶傅里叶变换反变换得到子波估计的时域信号。仿真实验首先验证了分数阶傅里叶变换最优滤波算法的正确性,然后利用探地雷达实验数据提取了子波,验证了该算法在提取子波中的有效性。     

地质雷达方法在水坝渗漏检测中的应用

水坝渗漏的成因较为复杂 ,通过物探方法检测可为分析研究坝体渗漏的原因以及采取相应的加固措施提供依据。渗漏部位因介质含水量的变化产生电性异常 ,为地质雷达方法的应用提供了有利条件。渗漏现象使雷达波幅频特性发生变化 ,对雷达图像的分析可以确定渗漏的部位和埋深。实践证明 ,地质雷达方法在水坝渗漏检测中有较好的应用效果     

电导率连续变化的线源FCSEM有限元正演模拟

为了更好地模拟地下介质连续变化及开展连续介质的反演,对二维电导率分块线性变化的线源频率域可控源电磁法进行了有限元正演模拟,在剖分单元内同时对电场及电导率参数线性插值,使电导率参数在剖分单元之间保持连续变化。首先,提出有限元正演模拟的边值问题及变分问题,并详细论述了有限元的剖分、插值、单元分析及总体合成的各个步骤;其次,采用稀疏存储及基于不完全LU分解的BICGSTAB算法求解复系数方程组,节省了内存并提高了计算速度;然后,对一个均匀半空间模型进行模拟,计算结果表明,低频及高频的有限元数值解都与解析解吻合,证明了算法的正确性;最后,对水平层状模型及垂直断层模型进行正演计算,视电阻率及相位的等值线图均较好地反映出了异常体,说明文中算法能够对电导率连续变化的线源可控源电磁法进行有效地模拟。     

地质雷达在江苏宜兴段高速公路边坡勘测中的应用

近年来,我国公路建设发展迅速,公路基础建设不断深入,各种边坡的稳定性成为基础工程建设中的一大难题。边坡设计过程中一个很重要的依据就是工程地质条件,对边坡工程地质结构的调查显得尤为重要。但由于客观条件所限,在地质条件复杂、施工条件恶劣情况下要得到较为确切的工程地质资料是困难的。使用常规地质钻探手段往往施工困难,工程投资大,控制范围有限。探地雷达作为一种新型的高分辨无损探测工具,在公路工程中的应用日趋广泛。论文在阐述地质雷达方法原理和地球物理特征的基础上,以江苏宜兴段高速公路边坡工程地质勘测为例,介绍了地质雷达技术在边坡工程地质勘测中的应用。     

边坡失效概率估计的高斯过程动态响应面法

针对传统响应面法在求解具有高度非线性隐式功能函数边坡可靠性问题上的局限性,采用适用于处理高维度、小样本、非线性回归问题的高斯过程回归模型构建隐式功能函数的响应面,将高斯过程响应面与蒙特卡罗模拟法相结合,通过构造合理的迭代方式,在利用高斯过程回归模型的不确定性评价功能获取最优采样点的基础上,实现了高斯过程响应面动态更新,由此提出了边坡失效概率快速估计的高斯过程动态响应面法。利用数值算例验证了该方法的有效性,在此基础上对3个边坡算例进行了可靠性分析。结果表明,与传统响应面法相比较,该方法计算精度与计算效率明显较高,易于与既有的边坡分析软件相结合,且实现容易,适用于边坡可靠性的快速分析。     

Detection of underground cavities by combining gravity,magnetic and ground penetrating radar surveys: a case study from the Zaragoza area,NE Spain

A geophysical survey routine is proposed to detect underground cavities and dolines; it is based on the sequential application of magnetic, low-frequency ground penetrating radar (GPR) and microgravity techniques. A case study near Zaragoza (Ebro valley, Spain) demonstrates the applicability of these methods. The strong contrast of magnetic and electromagnetic properties (and to a lesser scale, of density) between the doline filling and the surrounding stratified Tertiary and Quaternary rocks allows the shape of filled cavities to be clearly outlined by these methods.     

基于解析方法计算频散层状介质的探地雷达响应

考虑频散介质的电磁波传播,采用Cole-Cole公式建立频散模型。只考虑介质的介电常数随外加电磁场频率的变化,采用高密度采样滤波算法,模拟层状介质的雷达响应,从中可以看出频散介质对雷达波的衰减影响。     

一维HHT变换在探地雷达数据处理中的应用

探地雷达(GPR)噪声信号通常具有非稳态、非线性特征,为去除这些噪声提高GPR图像解译的准确性,对利用HHT方法去噪进行了研究。首先阐述HHT的基本理论,然后通过对探地雷达数值模拟信号中噪声的去除验证基于HHT方法的可行性,最后将该方法用于探地雷达隧道地质超前预报的数据处理中。通过研究表明:该方法可以用于探地雷达信号的去噪,通过Hilbert变换得到三特征参数图像与EMD分解后合成图像进行对比验证,从而达到提高GPR信号解译精度的目的。     

应用GPR获取水文地质参数研究初探

探地雷达(GPR)能够在不同空间尺度上采集水文地质数据来对地下特征进行详细描述,近年来被广泛应用于探测地下结构和埋藏体。本文简要介绍了GPR的工作原理、探测方式及其应用条件;探讨了GPR获取多孔介质水力参数的物理机制;分别利用50MHz和25MHz天线对同一断面进行等采样距测量,经分层标定和时间拾取,获取了沿测线非饱和带含水率及饱和带的孔隙度和渗透系数,并将结果与钻孔取样的岩性进行了对比,结果合理。     

Background of ground penetrating radar measurements

Characterization of the shallow subsurface (0.25 to 10 m) is of growing importance for engineering activities, solutions of environmental problems, and archaeological investigations. Ground-penetrating radar (GPR) is an appropriate technique considering the depth range of interest, the strength of electric and magnetic contrasts between different subsurface layers and buried objects, and the required resolution. GPR surveys can detect subsurface structures by recording electromagnetic reflections from discontinuities. The detectability of objects and the delineation of subsurface structures increases with increasing wave velocity and conductivity differences between the object and its surroundings or between adjacent layers. However, unwanted reflections from objects above the surface influence the images. Shielded antennas can be used to avoid strong reflections from these objects. The data thus obtained are, however, more difficult to interpret. The fundamentals of GPR and two different acquisition setups for a GPR system are discussed. Basic interpretation tools for travel-time and velocity estimation are described, and finally, case studies are presented, followed by conclusions.