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。     

三维探地雷达在探测城市地下病害中的应用研究

近年来,在北京、大连等大型城市道路塌陷事件频繁发生,因此探测城市道路病害等浅层地质问题意义重大。三维探地雷达技术已被广泛应用于城市道路与管网检测,通过对地质雷达外业数据采集以及内业数据处理、图谱识别解释等技术的研究,列举了城市病害如空洞、脱空、疏松、富水及病害组合等在地质雷达剖面图上的识别特征,并以福建某市环岛道路下空洞检测为例,介绍了施工方法,数据处理及解释结果。     

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。     

三维探地雷达在道路地下病害体探测中的应用

近年来,随着我国城市地下空间开发利用强度不断加大,城市浅层地质稳定性造成一定程度的影响和破坏,导致我国许多城市道路地面塌陷事故不断发生,严重影响了人民群众生命财产安全和城市运行秩序。三维探地雷达是近年来国外发展起来的一项新技术,在道路地下空洞检测、地下管线探测、工程质量检测、考古等领域应用,取得了良好的效果。利用三维探地雷达,通过多城市的工程实践,总结出一套成熟的工作方法和作业流程;并针对城市环境中的多种干扰源进行详细的分析和分类,详细描述了不同种类干扰源的地球物理特征,提出了识别和衰减的有效方法,在三维探地雷达在道路地下病害体探测应用领域进行了深入研究。     

综合物探方法在城市病害体探测及形成机理研究中的应用

我国每年发生近千起城市道路坍塌事故,且逐年增加,造成极大的安全隐患。地面坍塌防治工作已迫在眉睫,并具有长期性,复杂性和艰巨性。其中由于各种原因破坏地下含水层天然状态,造成路基下方水土流失,是造成道路地下空洞形成的主要因素之一。利用微动、地质雷达组合方式能有效的由浅到深探明道路地下病害体的规模,有效的排除了既有隐患。通过物探成果分析结合地质资料进行综合研究,能有效查明地下病害体形成机理,为道路塌陷隐患的提前预防和治理提供物探依据,从而保护人民的人身和财产安全。     

三维探地雷达技术在市政工程中的应用研究

为了提高城市地下管线探测精度,对道路病害(尤其是空洞)进行提前预测,及时治理,避免或大大减少管线事故和道路塌陷事故发生,我们开展了三维探地雷达技术研究,并将其应用于城市地下管线探测、道路病害检测等市政工程领域。结果表明,由于三维探地雷达具有空间采样率高,成像准确,分辨能力强,解译技术手段丰富等优势,在城市地下管线探测、道路病害检测工作中应用效果显著。     

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。     

上海地区地面塌陷风险评价及其隐患防控研究

上海脆弱的地质环境条件下,地下管线的密集分布、地下空间的大规模开发等给城市地质安全带来了严峻的挑战。本文从浅部砂层分布区多发的地面塌陷灾害入手,系统进行了灾害的典型特征和影响要素调查,开展了地面塌陷灾害风险评价和隐患监测预警等防控研究。对涉及的工程地质和水文地质、地下管线和地下空间、气象水文、基础地理信息、人为工程活动和人为抵御风险能力等指标数据,从危险性和易损性两个方面构建风险评价指标体系,以ArcGIS程序为平台,形成上海市地面塌陷灾害风险等级区划。对地面塌陷影响要素如地质条件、地下设施等深入调查,建立基础数据体系和风险区划的完善和细化,在此基础上综合运用探地雷达、三维激光扫描、自动化监测等多种手段,对地下设施、地下空洞、土体位移、地下水位等不同对象的异常进行调查监测,实现地面塌陷灾害有效预警。相关研究成果在服务于城市精细化管理和城市安全运行方面有重要意义,推动了上海地面塌陷灾害防控逐步向整体性、长期性、系统性方向转变。     

基于探地雷达的路基地下异常体全波形反演

路面塌陷及地下空洞隐患往往较为隐蔽且事发突然,造成了人们生命和财产的巨大损失,对于道路塌陷及地下空洞隐患的检测分析显得至关重要。探地雷达(Groud Penetrating Radar, GPR)因其具有精度高、效率快、连续无损、实时成像等优点,是目前城市道路塌陷隐患探测的主要方法。针对GPR传统目标函数全波形反演(Full Waveform Inversion, FWI)中激励源子波估计不准确而导致反演准确性和可靠性降低的问题,提出了一种褶积型目标函数FWI算法。对于路面塌陷及地下空洞2种情况,通过建立合成数据模型,与传统目标函数FWI的反演结果进行对比,说明了褶积型目标函数FWI算法在激励源子波估计不准确的情况下依然可以得到良好的反演结果,验证了该算法的有效性;最后将该算法用于2组不同灾害类型的GPR实测数据中,分析反演得到的地下介质相对介电常数分布情况,验证了褶积型目标函数FWI算法对于实测数据的实用性,从而为路基地下异常体探测提供理论依据。      

基于高密度电法的城市道路地下病害体综合探测技术与应用

为了提高城市道路地下病害体综合探测效果,研究基于高密度电法的城市道路地下病害体综合探测技术与应用。使用高密度电法,在已知研究区域概况以及城市道路地下病害形成原因基础上,进行勘探研究。研究结果表明,使用该方法能够准确确定土层厚度、岩层与土层之间的界线,较为准确地探测城市道路地下岩溶裂隙带以及断裂破碎带位置,提高了探测效果和探测直观程度。根据高密度电法探测以及钻孔实际探勘后显示,研究区域西南位置道路地下存在塌陷病患,形成原因主要是人为布置下水井以及管线渗漏造成水土流失形成塌陷;研究区域东北方地下存在断裂病害,由天然地质变化导致。     

基于GprMax的道路空洞三维探地雷达正演数值模拟

探地雷达(GPR)方法具有高效、高分辨率、无损探测等优势,广泛应用在城市道路病害体探测中。三维探地雷达是近年来发展起来的新技术,通过三维阵列天线进行三维数据采集,对道路病害体具有更高的空间分辨率和测量精度。本文利用基于三维时域有限差分方法原理的GprMax 3D软件,针对以空洞为代表的典型道路病害体,开展充气型和充水型空洞三维探地雷达正演模拟工作,获得两种不同填充类型空洞的三维雷达数据体,对数据体不同方向的图像特征进行分析,并结合工程实例,验证了正演模拟结果的可靠性。该研究对三维探地雷达实测图像解译和提高检测结果判定的可靠性具有重要的指导意义。     

三维探地雷达在银川市道路塌陷隐患探测中的应用

为了对城市地下空间可能存在的隐患进行有效地探测和识别,笔者以银川城市道路空间隐患探测为研究对象,根据地下管线走向情况,应用三维探地雷达技术对银川市清和南街—清和北街区间中间4幅车道进行探测,在测区内发现了包括地面沉降、脱空及松散不密实等8处异常,较好地识别了管道、井盖等人造结构物。探测结果采用三维水平切片、动画视频以及局部三维立体进行显示,相比于传统的二维剖面,结果更为直观可靠,减少了人为判断可能造成的结果误差,证明了三维探地雷达技术在识别探测城市道路塌陷隐患中的有效性。     

基于改进残差法的定向钻孔雷达三维成像算法

钻孔雷达是探地雷达的一种。传统的钻孔雷达可以确定目标地质体的深度,却无法判定目标地质体的精确方位;定向钻孔雷达不仅可以确定目标地质体的深度,还可以精确地确定目标地质体的方位。本文研究的定向钻孔雷达包括1个发射天线和4个接收天线。本研究通过增加移动窗口,进行窗口内的方位识别计算来实现残差法的改进。传统的残差法只能对一个目标进行方位识别;改进后的残差法可对井眼周围任意多个目标进行方位识别,并且利用4个接收天线所接收到波形的不同来确定目标地质体的精确方位,并开发了三维成像算法。最终利用模型得到合成数据,求得方位角,结合方位角进行三维成像,三维成像结果中井眼的正东方向和正南方向都有一个明显的异常,与原模型吻合良好。     

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。     

上海地区由管线渗漏引发地面塌陷数值模拟研究

上海市城市道路发生的地面塌陷主要原因为浅部砂层分布区域地下排水管线渗漏引发流砂,导致地下土体流失,地表硬壳层承载力下降。将有限元和离散元二者进行耦合,从管线渗漏位置和对邻近管线影响两个方面诱发地下空洞机理进行数值模拟研究。研究结果表明,管道表面顶部局部渗漏引起地表以下土体流失量最大,底部渗漏造成的影响范围较小;管道断裂渗漏引起的地面塌陷范围比管道局部渗漏大得多,但深度较管道顶部局部渗漏引起的塌陷深度小;邻近管道埋深越大,地表以下土体流失量越大,引起塌陷影响区域范围越大,而埋深较浅时,其所受邻近渗漏管道的影响较大;在对地面塌陷进行监测与预防时,不应仅关注地表沉降变形,关注管道周边的土体变形是一种更加及时有效的方法。     

上海地区由管线渗漏引发地而塌陷数值模拟研究

上海市城市道路发生的地面塌陷主要原因为浅部砂层分布区域地下排水管线渗漏引发流砂,导致地下土体流失,地表硬壳层承载力下降。将有限元和离散元二者进行耦合,从管线渗漏位置和对邻近管线影响两个方面诱发地下空洞机理进行数值模拟研究。研究结果表明,管道表面顶部局部渗漏引起地表以下土体流失量最大,底部渗漏造成的影响范围较小;管道断裂渗漏引起的地面塌陷范围比管道局部渗漏大得多,但深度较管道顶部局部渗漏引起的塌陷深度小;邻近管道埋深越大,地表以下土体流失量越大,引起塌陷影响区域范围越大,而埋深较浅时,其所受邻近渗漏管道的影响较大;在对地面塌陷进行监测与预防时,不应仅关注地表沉降变形,关注管道周边的土体变形是一种更加及时有效的方法。     

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     

一种基于多源数据融合的滑坡地形深度学习识别模型研究

传统高位远程滑坡识别依赖地质专家人工判别,识别效率较低。研究实现一种基于深度学习的滑坡地形自动识别模型,以提高大范围区域潜在滑坡隐患点筛查工作的效率。该模型以目标区域的遥感图像、DEM数据、地质分区、河流水系等地质观测数据为输入,针对不同类型观测数据差异巨大的问题,设计构建特征分支网络,精确提取对应的滑坡特征。对光学影像数据采用深层网络架构提取复杂特征,对海拔、地质构成、河流和断裂带分布等结构化数据采用浅层网络架构提取特征。随后设计特征融合模块,融合两个网络的提取结果获得全面的滑坡灾害特征。模型基于提取的滑坡特征进行滑坡区域语义分割,实现精准的像素级别滑坡地形分类和定位。通过实验验证,该模型对滑坡区域的识别准确率（ACC）达到了0.85,可为滑坡自动识别提供技术支撑。     

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。     

城市道路地下病害体安全预警系统建设方案

随着我国城市地下空间开发利用强度的不断加大,在地铁、管廊、隧道等地下建设中将会对周边岩土产生扰动,造成给排水管道渗漏、城市路面凹陷、坍塌等事故,严重影响城市安全,对此提出了构建城市道路地下病害体安全预警系统:整合城市基础地理框架数据、三维模型数据、探地雷达数据等数据资源,应用计算机网络技术、地理信息系统技术、二三维一体化技术、虚拟现实技术,构建道路地下病害体预警与防治体系。系统通过对病害风险等级、事故易发路段、多期雷达数据对比、缺陷管线、空间关联等相关分析,为应急处置提供技术支持,以提高对城市道路地下安全预警与防治能力。