探地雷达在城市地铁沿线空洞探测中的技术方法

地下空洞探测是地铁施工中的重要检测内容之一,探地雷达具有在城市道路上快速检测的特点而被广泛应用。以北京某地铁沿线的空洞探测为例,着重讨论地下空洞的赋存空间、探地雷达探测空洞的技术方法和常见异常的特征等问题,分析了城市环境中探地雷达剖面上的常见异常,为开展该项工作提供一定的借鉴。     

基于探地雷达属性分析的典型岩溶不良地质识别方法

采用探地雷达进行岩溶隧道超前地质预报时,受现场探测环境、岩溶地质的复杂性以及解译技术制约,多解性问题一直未能得到很好解决。从依托工程中选取代表性的案例,分析总结隧道建设中常见的几种典型岩溶不良地质的属性特征,结果表明岩溶不良地质类型与探地雷达属性参数有很好相关性,其中:空腔型溶洞、干燥松散黏土夹碎石充填型溶洞和无水破碎带雷达反射波中心频率随时间衰减较慢,分布范围分别为90~105、85~100、70~110MHz;软塑状黏土充填型溶洞和富水破碎带雷达反射波中心频率随时间衰减较快,分布范围分别为60~80MHz和40~70MHz。研究属性特征定量表示方法,提出基于广义S变换及子波谱模拟的雷达波吸收衰减参数计算方法。实际数据分析结果表明:每种属性都能从某些角度反映岩溶不良地质体雷达反射波的特征,在综合多个特征参数后,可以较好地区分不同的岩溶不良地质类型,从而提高探地雷达目标识别精度。     

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。     

隧道衬砌空洞探地雷达图谱正演模拟研究

探地雷达作为一种高效、先进的无损检测设备,能够对隧道衬砌实施连续扫描,实时获得雷达图谱。然而,由于探地雷达在我国的应用时间还非常短暂以及雷达图谱的复杂性,隧道衬砌空洞探地雷达图谱的辨识还存在一定的问题。据此,通过不同环境的试验得到空洞雷达图谱特征,并利用二维时域有限差分法对衬砌空洞雷达图谱进行正演模拟。采用VC++语言编写探地雷达正演模拟程序,对隧道衬砌检测中常见的几种空洞模型进行正演模拟,得出模拟波形和图谱,并与实测隧道衬砌空洞的探地雷达波形和图谱进行对比。结果表明,模拟图谱与实测结果相似,具有较明显的空洞特征。良好的结果也验证了二维时域有限差分法（2D-FDTD）正演模拟的可行性。     

探地雷达在公路隧道衬砌检测中的应用

分析总结了隧道衬砌存在的常见问题及缺陷在雷达图像中的显现特征,并将探测结果与实际地质概况进行对比分析。结果表明,探地雷达能够对隧道衬砌实施连续扫描,获得形象直观的探测图像,利用探地雷达检测公路隧道衬砌,具有无损、快速、广泛、精确等优点。      

探地雷达在岩溶地区勘察中的应用

地质雷达是采用高频电磁波、宽频带短脉冲和高速采样技术的一种新型的物探方法。我国贵州岩溶分布十分广泛,地下岩溶洞穴严重威胁着工程建设和人民的生命安全。以贵州六盘水盘东北循环型煤焦化项目厂址岩溶探测为例,论述了雷达探测方法的技术及其工作原理,并结合岩溶探测实例,分析了岩溶区域雷达波场空间展布特征,划定了该测区溶洞、溶蚀裂缝等岩溶地质异常的空间展布范围,验证结果表明:探地雷达技术在浅层岩溶探测中的有效性。     

基于FDTD数值技术分析反向障碍物对探地雷达采集数据的影响

为了分析与雷达探测方向相反方向的障碍物对雷达采集数据的影响,以探地雷达理论为基础,运用时域有限差分法（FDTD）,建立相应的地质模型,进行探地雷达二维正演模拟。结合工程实例,对福建某隧道的雷达探测数据进行分析研究。研究结果表明,在使用探地雷达进行目标体探测时电磁波并非仅向探测方向发射和传播,在天线的四周都会有电磁波发射出来,而非探测方向上的电磁波将会对雷达采集的数据产生一定的影响,干扰数据解释人员解译的准确性。因此在使用探地雷达和解译雷达数据时,要了解现场环境和剔除干扰波,做到对探测目标体的正确判断。      

探地雷达在探测玉树走滑断裂带活动性中的初步应用

探地雷达具有快速、检测范围广、探测深度深、分辨率高及对地表环境无破坏等特点,在活动断层探测应用中具有很大的优势。在简要介绍玉树走滑断裂带活动性的基础上,选择高分辨率的探地雷达对隆宝、昔日达和盘琼沟处断裂带附近的活动断层进行探测。采用时间域有限差分法建立活动断层的数值模型对其雷达波响应特征进行模拟,分析断层在探地雷达剖面上的反射波特征。根据断层的反射波特征解译探地雷达图像,判断断层的位置、走向及空间展布。结合探槽开挖对比,探地雷达图像的解译结果与探槽开挖后的断裂带剖面展示的断层活动性质基本一致。根据隆宝、昔日达和盘琼沟处的探地雷达图像与探槽剖面上断层反射波特征的对比研究,解译了玉树地震震中位置探地雷达剖面上的断层展布。研究表明,探地雷达是一种快速探测活动断层的有效方法,尤其是在地表破裂不明显的区域,不仅可以准确地判断断层的位置、走向及空间展布,还可以将断裂带附近地下岩层的层位信息及探槽断面之外的地表下图像清晰地呈现出来,为以后运用探地雷达探测活动断层提供参考。     

隧道不良地质现象的探地雷达正演模拟与超前探测

探地雷达是一种分辨率比较高的工程地球物理方法,对掌子面前方的溶洞、富水带、断层破碎带和裂隙带等不良地质现象有明显的异常反应。文中介绍了探地雷达在隧道超前预报中探测的原理、测线布置和数据采集方式,分析不良地质现象与围岩之间的结构和介电差异特征,设计合理的正演模型进行正演模拟,分析正演模拟图像的波形、频率、振幅、相位等特征,理论上总结了不良地质现象在雷达图像上的信号特征,并通过对实测典型雷达图像的解释,对不良地质现象的雷达反射波的频谱特征做进一步研究,可以为探地雷达在隧道超前预报中的解译提供参考。     

千岛湖配水工程隧洞超前预报中的综合物探技术

将TSP、探地雷达及红外探测技术用于千岛湖配水工程隧洞超前预报中,结果如下:TSP对溶洞的探测分辨率低,对岩体破碎区探测效果较好,其异常特征表现为杨氏模量、密度及纵波波速偏低;探地雷达很适合于灰岩区隧洞超前预报,雷达反射剖面呈现强振幅及双曲线状同相轴的区域预示溶洞发育;红外探测受隧洞喷混凝土水化热干扰影响巨大,无法单独用于隧洞地质预报,当围岩质量级别较差时此缺陷尤为明显。     

探地雷达在隐伏岩溶区工程地质勘探中的应用

在简要介绍探地雷达工作原理、方法及雷达图象资料处理、解释等基础上,以广东增城高滩圆盘岭桥基选址探地雷达技术的应用为例,剖析了隐伏岩溶的雷达时间剖面中岩溶的反射波形组特征。在场地钻勘验证的基础上,为隐伏岩溶区地基的处理与施工提供了工程地质依     

综合物探技术在灰岩地区隧洞超前预报中的应用

将TSP、地质雷达技术用于千岛湖配水工程灰岩区隧洞超前预报,简述了两种物探方法的原理,统计了完整性较好的灰岩与砂质岩对应的TSP指标范围,采用有限差分法模拟了地震波在隧洞前方遭遇大型溶洞时的波场特性,总结了岩性变化、溶洞、溶蚀带对应的物探异常规律。结论如下:地质雷达是溶洞、溶蚀带探测较理想的手段,其电磁异常特征表现为反射波振幅强,同相轴错断或呈双曲线状,并伴随一定程度的多次反射,含泥溶腔主频较空腔偏低,但多大于50MHz;同等质量级别下灰岩对应TSP各物理力学指标较粉砂岩或泥质砂岩偏好;大型空腔对应TSP纵波波速、密度及杨氏模量偏低,TSP对小型溶腔或溶蚀带探测敏感度较差,有时仅体现为反射层密集。     

Radar spectral analysis and evaluation of the effect of grouting treatment in karst caves and soil caves

This paper studies karst cave and soil cavity development in the process of karst collapse as a means of disaster prevention and control. Using the karst area of the Shandong section of the Beijing–Shanghai high-speed railway as a test area, a numerical simulation method is presented as well as the model test to study the characteristics of typical radar images of different types of karst caves and soil cavities. By combining theoretical analysis with field test results, the method and characteristic standards for nondestructive testing using ground-penetrating radar to determine the grouting effect on a karst roadbed are given. The radar spectrum characteristics are analyzed for a cave, water-filled cave, clay-filled cave, karst cave with dense grouting and karst cave with grouting that is not dense. Comprehensive analysis of the results of indoor model testing and numerical analysis, combined with the engineering practice of evaluating the effect of grouting treatment in the selected section of the Beijing–Shanghai high-speed railway, clarifies the basic characteristics of map recognition of radar detection of karst grouting. The morphological characteristics of the karst caves in the geological radar images are usually composed of many hyperbolic strong reflection waves. Multiple-reflection wave groups of high amplitude, low frequency, and equal distance indicate the side wall of the cave. The bottom interface of the cave is not obvious, although when the bottom part of the cave is filled with water or clay, silt, sand and gravel material. The bottom of the reflection wave will be enhanced. When the cave is filled with material, the electromagnetic wave energy decays rapidly, the high-frequency part is absorbed, and the reflection is mostly low frequency wave. The characteristics of radar images of the slurry distribution area are obvious in the grouting zone. A horizontal direction results in arc-shaped distribution, and a vertical direction has more regular distribution. The results of the study are helpful in the exploration of karst caves and soil caves, and the evaluation of the effect of grouting treatment in mitigating karst collapse.     

探地雷达在岩溶探测中的应用

利用探地雷达在芜湖———宣城高速公路上进行岩溶探测,通过分析雷达图像圈定了该区的岩溶发育位置,且雷达探测结果与钻探验证结果非常吻合。     

岩溶裂隙水探查方法优化与工程治理研究

在岩溶裂隙涌水治理中,含水构造的三维空间展布规律、水力连通关系难以探明是制约治理工期和经济成本的关键因素。为解决地质雷达探测在岩溶富水区域存在的受干扰强、多解性、信号失真等难题,基于概率学理论,提出了雷达测线布置的网格法;基于电磁波传播理论,研究了电磁波在含水构造界面上的反射和折射能量分配规律,分析了含水薄层对雷达低频反射信号的作用机制,讨论了在岩溶裂隙富水区雷达探测含水裂隙的判识标准。结合湖北沪蓉西高速公路恩利段齐岳山隧道底板岩溶裂隙涌水工程治理实例,阐述了地质雷达探测在探明含水裂隙空间展布规律和最佳注浆孔的确定中的应用。研究成果的应用产生了良好的生态、安全和经济效益,对类似工程具有一定的借鉴作用。     

隐伏岩溶区地下空间探测技术方法研究——以武汉市为例

岩溶地面塌陷是城市隐伏岩溶区地下空间开发过程中常见的地质环境问题,具有隐蔽性和突发性,开展隐伏岩溶区地下空间结构探测技术方法研究可以有效指导地下空间开发利用。以武汉市为例,分析武汉市岩溶地面塌陷的成因机理,提出岩溶发育程度、覆盖层厚度和结构、地下水是岩溶地面塌陷的原生地质条件,也是隐伏岩溶区地下空间探测的特征因子。通过对比分析地质雷达、高密度电阻率法、浅层地震、微动、混合源面波、瞬变电磁法、孔间层析成像和地面核磁共振法等技术方法在武汉市隐伏岩溶区地下空间探测的适用性。结果表明:地质雷达适用于浅部土层扰动探测,小极距的高密度电阻率法和混合源面波适宜于覆盖层的厚度和结构探测,浅层地震、微动和孔间层析成像适宜岩溶发育特征探测,地面核磁共振法可通过岩溶地下水的富水性辅助岩溶发育程度探测。     

雪宝顶流域钙华景观生态风险评价的研究探讨

景观生态风险评价能够有效地对区域景观格局进行优化并为风险防范提供理论基础。文献计量学分析表明,国内岩溶景观生态风险评价研究主要从“研究对象”、“评价模型”、“评价方法”和“评价指标”4个方面分析;而钙华作为特殊的岩溶体,目前对它的生态风险评价几乎未开展。文章从岩溶景观生态风险评价入手,基于模糊数学综合评判法和层次分析法,提出以地表钙华体与地表水循环作为景观主体,并对主体因素逐步细化,形成多层次综合评价模型,展开对雪宝顶流域钙华景观的生态风险评价。      

九寨沟“8.8”地震背景下火花海钙华坝体无损探测分析

为研究震后九寨沟钙华景区的溶洞、裂隙、暗流等地质特性,丰富钙华景区岩溶洞穴无损探测技术,探讨了多物探技术在多孔疏松钙华地区作业的可靠性。首次运用地质雷达法及高密度电法相结合的无损探测技术,在九寨沟景区火花海特定区域进行了现场勘查和无损探测试验。结合对比两种无损探测成果与测区内出露地质剖面3组勘探数据,结果发现:高密度电法与地质雷达法相结合,两者能优劣互补,相互佐证,在解决钙华区域浅部溶洞、暗流、裂隙等工作中,对探测目标体具有极高的识别度。两种方法探测数据与震后出露剖面地质特征保持极高的一致性,验证了两种无损检测方法在多孔疏松介质条件下数据的真实可靠性,解决了多物探技术在多孔疏松介质地区施工的疑点和难点,丰富了工程物探领域技术。      

地质雷达电磁干扰分析及在隧洞岩溶探测中的应用

将地质雷达用于千岛湖配水工程某隧洞岩溶探测,分析了倾斜状电磁干扰异常与溶洞雷达异常差异,通过雷达剖面及疑似异常区单道时间-频率谱的分析,推断了隧底岩溶的性质及空间分布特征,含水溶洞在雷达剖面反映为同相轴错断,强振幅及能量高衰减的特性,高频干扰波振幅幅值较异常区小且能量不满足随时间推移逐渐衰减的规律,雷达成果为隧洞安全施工提供了准确的参考。      

钻孔雷达反射成像在岩溶发育场地探测中的应用

我国岩溶区分布广泛,且复杂的岩溶现象对建筑安全、地基稳定以及场地勘察有较大影响。钻孔雷达作为一种井中地球物理方法,可以利用地下介质的物性差异查明岩溶发育的情况,弥补常规勘察手段在探测岩溶发育场地中存在的不足。依据钻孔雷达单孔反射信号的同相轴特征、反射波首波走时和反射波的衰减等特征,可判断钻孔周边未揭露溶洞和裂隙的分布,确定钻探揭露溶洞的水平方向直径以及岩石完整性,从而达到查明各种岩溶形态的规模、空间密度及其分布规律的目的,为工民建各项工程建设的设计和施工提供准确详尽的地质资料,确保工程的稳定性。