路基病害的探地雷达正演模拟与探测

探地雷达勘探是一种分辨率比较高的工程地球物理方法,对道路路基中存在的局部脱空、不密实和含水丰富等病害有明显的异常反应。这里介绍了地质雷达在路基中的探测原理,在分析不良地质现象与围岩之间的结构和介电性差异特征的基础上,设计了较为合理的正演模型,通过GPRMax2D软件进行正演模拟,分析正演模拟图像的波形、频率、振幅、相位等特征,总结了路基病害在雷达图像上的信号特征,并通过对实测雷达图像的解译,对道路病害的雷达反射波的频谱特征做了进一步研究,可为道路路基病害探测的地质雷达数据解译提供参考。     

探地雷达技术在公路病害探测中的应用

探地雷达是一种基于介质电磁性质差异的非破坏性测试技术,具有快速、简捷、抗干扰能力强、分辨率高等优点。公路路面、基层、路基和地基等结构层之间存在电磁性质差异,且路基病害造成的结构破坏导致各种介质相互混合,也使得病害区段介质电磁性质与周围明显不同。因此,公路病害的雷达探测具备基本物理前提。以某高速公路裂缝等病害探测为实例,阐述了探地雷达原理和工作方法技术及其在裂缝发展程度、路基不密实区、是否存在空洞等病害特征及其成因探测中的有效性。     

三维地质雷达探测技术在城市道路空洞病害普查中的应用研究

由城市道路地下空洞、路面脱空、土体疏松等病害引起的道路塌陷事故是目前国内许多城市面临的重大安全隐患。城市道路空洞病害具有隐伏性、突发性,造成的灾难性后果长期以来困扰着城市安全运营。以国内多地的项目实测及验证成果为基础,对三维地质雷达探测技术方法和工作流程进行了梳理,通过分析三维地质雷达剖面数据中病害体的顶界面反射、多次波反射、边界绕射波等异常特征和三维地质雷达切片数据中病害体周边地下管、井分布特征,总结了三维地质雷达技术在城市道路地下脱空、空洞病害探测中病害体的数据异常特征。实践研究证明,三维地质雷达探测技术以其作业高效、定位精准、抗干扰能力强、数据丰富全面等优点可有效地探测出道路下方存在的空洞等安全隐患,为城市道路病害的防患和治理提供准确、可靠的依据。     

成都市城市道路塌陷成因及快速探测方法

城市道路塌陷严重危害城市公共安全,对城市道路塌陷隐患进行快速、准确、绿色的探测,有助于减少城市地下病害发育,提升城市安全运营能力。通过调查分析,成都市城市道路塌陷的主要成因包括地质结构复杂、地下水丰富、人类工程活动频繁等。采用车载三维探地雷达对城市道路进行快速探测,建立了以探测、解译、验证、评估、成果及信息化管理为系统的探测体系。实践表明,车载三维探地雷达是快速探测城市道路塌陷隐患的有效方法。     

岩溶区不同土洞探测方法的对比研究——以桂阳高速公路K23+100～K23+190路段为例

岩溶土洞及塌陷严重影响高速公路建设和安全运营,是覆盖型岩溶区高速公路路基面临而且又难以解决的主要岩溶病害问题。本文在桂阳高速公路K23+ 100～ K23+ 190路段利用地质雷达、浅层地震反射法、高密度电阻率法三种常规物探方法对土洞探测进行对比实验,结果表明: 地质雷达具有精度和效率高、成本低、成果直观等特点,是探测浅埋藏( < 10m)、小尺寸( < 3m)土洞的最佳方法。      

岩溶路基病害与处置技术国内外研究现状

随着我国西部大开发战略的实施,岩溶问题已成为南方岩溶地区突飞猛进的公路建设,特别是高速公路建设面临的主要地质问题。本文以近年来国内外与岩溶有关的公开出版的最新研究成果为基础,针对目前与岩溶路基病害处置密切相关的隐伏岩溶的探测技术、岩溶洞穴稳定性与风险评估、岩溶塌陷的试验测试、岩溶塌陷监测预报以及岩溶病害的防治方法等方面,系统总结了国内外学者的最新研究现状。最后,在分析国内外差距的基础上,提出我国岩溶路基病害防治技术的研究应包括岩溶路基病害的分类和处置方法体系研究、路基病害发育过程的大型模型试验研究、隐伏岩溶地球物理探测方法的有效性研究、高新技术在高风险区岩溶路基变形破坏监测中的应用研究等方面。      

隧道衬砌病害地质雷达探测正演模拟与应用

国内大多数隧道都存在着不同程度的病害,其中诸如衬砌开裂、不密实、含有空洞和渗漏水等衬砌病害是隧道最常见的病害类型,严重影响行车安全。地质雷达（GPR）可以用来对隧道衬砌病害进行快速无损探测,但对于衬砌病害的解译十分依赖于探测人员的经验,很容易造成误判和漏判。因此,对隧道衬砌病害进行分类,并针对典型衬砌病害类型进行建模,利用时域有限差分（FDTD）法对衬砌病害模型进行地质雷达探测正演模拟,针对衬砌渗漏水和存在钢筋干扰等特殊情况,通过频谱分析对病害进行了定量识别,总结出典型衬砌病害的地质雷达探测解释准则,最后结合工程实例对衬砌病害进行了推断和解译。结果验证了衬砌病害地质雷达探测正演模拟和解释准则的可靠性。     

S变换在地质雷达隧道衬砌检测数据处理中的应用研究

通过将S变换应用于地质雷达探测隧道衬砌的数据处理中,解决了由于衬砌表层密集钢筋网的影响导致雷达数据剖面受干扰严重、深部信号弱、病害异常难以识别的问题。进行了地质雷达二维有限差分数值模拟,研究了浅部密集钢筋网对深部钢拱架和脱空区造成的影响情况,并对原始剖面进行偏移成像压制了绕射波和多次波,提高了钢筋网下方弱反射信号的成像效果;最后通过对模拟数据和实际资料的S变换时频分析,准确清晰地识别出了深部钢筋和脱空区的特征。通过利用S变换时频处理方法,为受干扰严重的隧道衬砌检测数据的处理提供了一种方案。     

干旱地区地下埋藏物的地质雷达探测方法

地质雷达应用于探测地下工程,常通过探测地下开挖区域间接地寻找目标。对因回填或坍塌空洞不明显的开挖区域,须通过研究开挖区边界以及地层缺失的雷达影像扰动特征,判定开挖区范围。现场探测实验表明,这种探测方法较准确,误差在允许范围内,达到了预期。同时,对干旱地区地质雷达探测地下埋藏物开挖区域的方法和影像特征进行分析和总结。     

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。     

基于地质雷达的城市道路病害智能识别系统分析与设计

随着城市化进程的推进,地下空间安全问题日益突出,其中包括管线老化、路面塌陷、燃气泄露等危险。为解决这些城市道路病害问题,三维地质雷达被广泛认为是一种有效的手段。然而,由于三维地质雷达所获取的数据量庞大且人工判读效率低下,近年来研究者们开始尝试利用深度神经网络进行自动识别道路病害的研究。现有的研究成果在对主要城市道路病害如塌陷和空洞的智能识别方面还存在一定的不足,缺乏定量评估的数据支持。因此,本研究采用了Pytorch深度学习框架和Faster R-CNN目标检测网络,设计了一种基于三维地质雷达的城市道路病害人工智能识别系统。该系统的设计目标是达到90%以上的塌陷和空洞病害的正确识别率。该系统的主要功能是提供快速准确的城市道路地下病害监测手段,并实现对病害位置和类型的自动识别。为了处理三维地质雷达扫描切片图片长度超长的问题,研究采用了二次切分和缝合思路,以提高系统的处理效率和准确性。通过该系统,城市管理者和相关部门能够更有效地监测和识别地下病害,及时采取措施进行修复和维护,从而提高城市道路的安全性和可持续发展能力。     

城市道路病害探测三维地质雷达应用技术

结合多年城市道路病害调查探测经验,总结了道路病害的成因及诱发因素。采用三维地质雷达技术,可准确圈定道路病害的范围及埋深,具有良好探测实效。三维地质雷达技术在道路病害探测中具有快速、无损、可视化强等优点,可为城市道路病害风险评估、安全监测预警、灾害处治提供重要支撑。     

陆域冻土区天然气水合物多波地震数值模拟研究

多波地震勘探技术能够同时获得纵波和转换波资料,与常规的纵波勘探相比,能够提供更多的地下介质信息。且转换波对于埋深较浅的小断层、小幅度构造有更高的分辨率,充分利用多分量地震资料可以有效的提高地震勘探的精度。本文将多波地震技术引入到陆域冻土区天然气水合物勘探中,对陆域冻土区水合物进行多波地震数值模拟研究。采用弹性波有限差分方法进行多分量正演模拟,利用仿射坐标转换法将原始的多分量地震数据进行纵横波叠前分离,并通过多波高斯束偏移方法分别对波场分离后的PP波和转换PS波进行叠前深度偏移成像。根据我国祁连山冻土区水合物实际地震地质资料,建立逼近真实地质情况的天然气水合物数值模型。对上述水合物模型进行多波地震数值试算表明,多波地震勘探技术是一种有效的陆域冻土区水合物探测方法,充分利用多波地震资料有利于查明陆域冻土区水合物精细的地质构造,取得更好的勘探效果。     

点状不良地质体钻孔雷达响应特征的形状效应正演分析

针对钻孔地质雷达探测工作中常见的空洞、岩溶和地下埋藏物等点状不良地质体,利用时域有限差分数值模拟方法,对岩土体内不同形状和不同埋深的目标地质体进行了雷达响应正演模型研究,并分析了这些模型的实际分辨能力和应用条件。结果表明,对于不同的探测任务,应根据感兴趣目标体的几何尺寸、分辨率要求等来选择合适的天线频率;不同几何形状的点状不良地质体所呈现的雷达剖面形式各异,且雷达反射信号强弱也不同;同一频率天线其探测分辨能力随空洞埋藏深度而变化,同一埋深下,天线频率越高,高度分辨能力效果越好。研究结果可为钻孔雷达用于岩体工程勘察、灾害隐患探测提供模拟图像认知和数据判读支持     

不同勘探方法在丰水期和枯水期岩溶塌陷探测效果分析研究

岩溶塌陷的发生具有突发性和隐蔽性,采取有效方法准确识别潜在致塌位置对科学合理防治岩溶塌陷具有重要意义。以武汉市典型地区为实例,对比分析了丰水期和枯水期地质雷达、高密度电阻率法、静力触探3种勘探方法对岩溶塌陷的探测效果。结果表明:在该类地质条件下,地质雷达在工作频率≤100 MHz时,对4 m以内的扰动土有明显的响应,40 MHz工作频率的探测深度枯水期大于丰水期,100 MHz工作频率的扰动土响应特征枯水期比丰水期明显。高密度电阻率法在丰水期对地层结构的刻画更为精细准确,适用于浅中层岩土体结构探测。静力触探在丰水期和枯水期无显著差异,适用于10 m以内土体探测,尤其适用于圈定塌陷区边界范围。研究结果可为水动力条件季节性变化大的地区其岩溶塌陷探测方法的选择提供参考,为潜在塌陷点的准确识别提供技术支撑。     

黄土公路隧道病害治理实例研究

黄土物理力学性质相对较差,具有大孔隙、湿陷性强、强度低的特点,加之黄土区的地形地貌、地质条件比较复杂,导致黄土隧道修筑过程中病害较多。利用SIR2000型探地雷达、RSM-SY5非金属声波探测仪和BJSD-2型激光限界仪等多种方法对某黄土公路隧道病害进行了探测,探测表明隧道洞身出现环向和横向裂缝,衬砌厚度不足,局部地段存在集中涌水和渗漏水,根据探测结果对隧道病害成因进行了详细的分析。在此基础上结合黄土隧道的基本特征,有针对性地提出了锚喷加固、套衬加仰拱、套衬和下加固围岩3套病害治理方案。并利用数值模拟对隧道治理前后围岩稳定性和衬砌结构受力状态进行了分析,结果表明治理方案衬砌受力状态基本对称,结构的安全系数有较大的提高。     

基于GPRMax2D的地下管线精细化探测方法

探地雷达是探测地下结构及其分布规律的一种重要的浅层地球物理探测方法,具有分辨率高、无损、抗干扰能力强、结果直观等优点,在工程物探领域被广泛应用。为提高对地下管线雷达图像特征的认识,确定管线异常体的位置,提高地质雷达的解释精度,利用时域有限差分法(FDTD)对地下管线进行精细化探测,包括对管线埋深、材质、管线内充填物、管线病害等影响因素的数值模拟,以此建立地下管线正演模拟合成图库,进而指导探地雷达实际探测图像的解释工作。现场管线探测结果表明:探地雷达可准确探测出地下管线的埋设位置及运行状态,为今后的维修养护提供了依据。     

天津高新技术产业园区海泰小区路面塌陷成因

路面坍陷是威胁城市安全运行的重要隐患。天津高新技术园区海泰区段路面塌陷、地下暗穴空洞和污水管渗漏三者之间,存在着密切的联系。作者通过现场勘查、地质雷达探测、管线机器人内窥探视技术、工程钻探、三维地质建模等综合方法研究其塌陷成因机理。研究表明,其成因机理在沿海地区具有代表性和典型性,即脆弱的自然(地质)系统与人工(工程)系统在多种因素复合控制下的相互作用,管线埋设于软土层中,由于自然沉降和后期压实作用,导致软土层垂向和侧向差异迁移,引起拼接而成的污水管线在接触部位产生缝隙、破损,使高于管线的地下水向管内渗漏,土层因颗粒物质流失而形成空洞,进而导致路面塌陷。据此,提出管线埋设前和塌陷后所采取的治理措施,重点在于防止因管线破损而造成地下水和管线内的排泄水产生交换,避免管线外转的土层颗粒流失。     

地球物理信息在湘潭锰矿地质灾害评价中的作用

在湘潭锰矿区及其外围的地质灾害调查过程中,研究了已有地质工作成果,分析了区内塌陷现状,利用多种地球物理探测技术对其进行了快速有效的评价。首先介绍了区内地质、地层、构造等特征,在研究了区内已有成果的情况下对目前的塌陷进行了划区,根据不同典型区域设计了不同地球物理方法进行探测、数据处理和分析;钻探结果证实了对区内塌陷的评价。调查研究表明:本次探测效果明显,区内塌陷可分为4类,其引起的地质灾害具有独特的特点。勘查结果为后期治理提供了基础资料。     

青藏铁路石膏岩溶路基病害原因分析

石膏岩溶在我国分布比较少。青藏线雁石坪地区发育有石膏岩溶。2006年9月在青藏铁路雁石坪以南约20km处,铁路右路肩及路基边坡发生地表塌陷。文章首先分析了病害发育地段的工程地质条件,包括本段的岩溶发育情况。结合勘察,分析了路基发生病害的原因,提出石膏岩溶发育区的路基病害工程处理措施意见。