盾构隧道壁后注浆效果的雷达探测研究

盾构隧道的纵向力学与变形性态研究,尤其是盾尾壁后注浆效果已经引起国内外学者的广泛关注,笔者首次利用探地雷达方法,对上海某盾构隧道盾尾壁后注浆分布进行探测,并进行了初步的分析,结果表明,利用该方法可有效地探测隧道壁后的注浆分布,为隧道纵向力学变形性态的控制提供一定依据。     

地下多层介质土体等效介电常数的计算方法

城市道路包括路面层和路基层,路面层和路基层又由不同的介质层组成,各层介质的相对介电常数不相同,在城市道路上进行探地雷达探测时,用一个相对介电常数解释所有深度的数据是不准确的.为此,从不同相对介电常数的三层介质出发,推导了n层层状介质条件下地下各深度处的等效介电常数的计算公式,并分别设计了地下两层和三层介质的模型,计算得到地下各深度处的等效介电常数和深度—时间的对应关系.最后利用两层介质的探地雷达正演模拟数据,对等效介电常数计算公式的准确性进行了验证.结果表明,在地下介质呈层状分布的情况下,利用等效介电常数能够更准确地对探地雷达数据进行深度解释.     

管线渗漏异常探地雷达数据的电场分量成像分析

探地雷达（GPR）是管线渗漏探测的有效方法,但是当地下介质分布较为复杂时,难以直接从GPR数据剖面图中准确识别出渗漏异常区。为此,针对渗漏异常区含水量高的特点,根据反射波系数与介电常数的关系,提出了GPR数据的电场分量成像技术。利用时间域有限差分法（FDTD）模拟了不同介电参数的地质模型在GPR中的电磁波响应,由正演模拟结果可知分界面两侧介质的介电常数差异性越大反射波能量越强。最后将GPR数据的电场分量成像技术应用于某工业区管道渗漏探测中。试验结果表明,管道渗漏异常区在电场分量图谱中表现为高幅值区。      

基于探地雷达单道信号处理的岩溶分析方法

探地雷达（GPR）作为岩溶隧道超前地质预报的主要手段广泛运用于隧道岩溶探测,但GPR自带分析软件所得时间剖面图只能进行岩溶定性分析,无法较准确地确定岩溶的位置、大小和形状。基于此,提出一种基于GPR原始数据的单道信号计算岩溶位置和大小的方法。具体做法主要包括：先用地质雷达自带分析软件确定岩溶位于哪几道信号上,再将这几道信号的数据利用自编程序提取并作Hilbert函数变换,绘出信号的瞬时振幅、相位和频率图（三瞬图）,根据每道三瞬图图像突变的位置确定岩溶的起、终点,最后联合各道计算结果确定岩溶的位置、大小和形状。上述方法在赣龙铁路中复隧道DK189+135、DK189+75断面岩溶探测中得到了成功运用。实践证明,该方法能较准确地确定岩溶的位置、大小和形状,是基于探地雷达探测岩溶分析的可行方法。     

基于Curvelet变换的隧道裂隙水GPR数据处理研究

应用地质雷达探测隧道内部裂隙水的分布状况时,受隧道钢筋网的影响以及噪声干扰,导致探测信号中弱有效信号难以识别。Curvelet变换可以对二维信号从频率、角度和空间位置实现有效反射波和干扰波的分离及降噪处理,应用Curvelet变换对含钢筋网干扰的裂隙水模型的探地雷达模拟数据进行波场分离和降噪处理,在压制直达波、去除钢筋层反射信号及多次反射的基础上,可以有效地提取出含裂隙水所引起的反射波信号。将该方法应用到汝郴高速某隧道实测探地雷达数据中,较好地去除了钢筋层反射信号的影响,准确地判断出了裂隙水的空间分布位置,证明了所提出方法的有效性。     

地下人防巷道上方探地雷达异常特征与实际应用

探地雷达是利用宽带高频电磁波以脉冲形式来探测地表之下介质内部结构分布规律的一种地球物理方法。它广泛用于灾害地质勘查、浅地表地下隐蔽物探测和工程质量检测等众多领域。本文用正演方法给出不同情形下的地下人防巷道上方探地雷达异常特征,并据此进行了实际应用。提出了利用探地雷达法进行地下人防巷道探测时,在异常识别方面应注意的问题。     

探地雷达在南京地铁隧道工程检测中的应用

溶洞是地铁隧道工程的重要检测内容之一,探地雷达波在溶洞中传播的信号特征与围岩存在明显的差别,雷达反射波组的振幅、波长和频率会随着介质的电性变化而改变,正确识别溶洞的雷达波组特征是判别溶洞存在及其性质的关键所在。以南京地铁三号线滨江路站—五塘村站之间地铁隧道下方岩体内隐含溶洞探测为例,着重讨论了溶洞在探地雷达检测剖面上的波形显示特征,结合钻孔验证,说明探地雷达技术在城市地铁隧道工程溶洞探测中是有效的和实用的。     

探地雷达在公路工程建设中的应用

探地雷达作为一种高精度无损探测新技术，已广泛应用于工程勘察各领域，具有探测速度快、定位准确、轻便灵活、可实现连续透视扫描以及二维彩色图像实时显示等优点。不同的地质条件，探地雷达将表现为不同的波谱特征。文章在分析了探地雷达的分辨率与地层介质、探测深度、天线频率的基础上，例举了其在第四系地质、活动断裂、滑坡、土体性质等不同地质条件下的探测效果。     

基于随机分布的断裂破碎带GPR剖面特征分析

为了验证探地雷达在查找基岩中断裂破碎带的有效性、以及进一步认识破碎带在探地雷达反射剖面上的表现特征,结合概率论和数理统计知识,通过设置断裂破碎带中介质的介电常数在一定空间范围内随机分布,建立了更为贴合实际的断裂破碎带模型,使用时域有限差分方法正演模拟其二维GPR反射剖面,较好地揭示了断裂破碎带的GPR剖面特征。通过对不同破碎程度和基岩具有不同介电常数的破碎带模型进行正演模拟,分析其正演GPR剖面的图像差异,较为深入地认识了断裂破碎带在GPR剖面上反映出的特征。最后,进一步引入工程实例,发现通过正演模拟揭示的断裂破碎带GPR 剖面特征在断裂破碎带的实际探测剖面上也是存在的,说明通过正演模拟来指导实际资料的解释是现实可靠的。     

探地雷达有限元数值模拟及衰减特性探讨

从Maxwell方程组出发,推导了带衰减项与不带衰减项的探地雷达(GPR)有限元波动方程。利用matlab平台编译了二维GPR有限元正演模拟程序。通过对典型模型例子的模拟分析,给出了GPR电磁波衰减比的概念及其计算公式,加深理解了GPR电磁波在不同介质中的传播特性。在GPR正演模拟中,必须考虑衰减项的吸收作用,得到的模拟结果更符合GPR电磁波在地下介质中的传播规律,更有助于理解和掌握地下介质中探地雷达波的传播规律,对探地雷达资料的地质解释具有更好地指导意义。     

探地雷达测量土壤水含量的进展

包括探地雷达(Ground Penetrating Radar)在内的许多电磁方法正越来越多的应用于近地表水文地质领域。探地雷达技术基于介质的电磁特性,通过介质介电常数和速度的变化来反映土壤的体积水含量。水的相对介电常数为81,而周围介质的相对介电常数约为2~30,这样大的介电常数差异使探地雷达成为监测和分析地下水的有效工具。介绍4种应用探地雷达测量土壤水含量的方法,包括:探地雷达反射波法、探地雷达地面波法、钻孔探地雷达方法、以及探地雷达地表反射系数方法4种方法各有不同的适用条件,其中反射波方法最为常用。     

粘土中电磁波速度与含水量关系研究及应用

本文通过室内不同含水量情况下粘土中电磁波速度的测试,研究了探地雷达电磁波在粘土中的传速播度,提出了粘土中电磁波速度随着含水量增加呈一阶负指数规律下降的理论模型,实际工作中,粘土中电磁波的传播速度可取80~200mm/ns。这一模型应用于某水库大坝探测漏水通道的工程实际中。开挖验证的结果表明:用探地雷达测量资料解释的该大坝漏水通道在平面上的投影位置与开挖结果相符合,漏水通道深度与实际开挖结果基本一致。     

探地雷达测量近地表含水量的研究

为充分验证探地雷达方法用于测量近地表含水量的有效性和可靠程度,基于探地雷达的反射波法,根据介电常数、电磁波传播速度和含水量三者之间的关系,着重分析了探地雷达反射波法用于测量含水量的相关理论和特点,设计了适用于高频雷达信号的速度分析算法,建立了用于分析该问题的局部含水层模型。利用FDTD方法模拟分析了不同测量方式下,局部含水层的探地雷达响应,借助速度分析理论及Topp公式,反演得到了研究区域的含水量。     

2D有限差分偏移技术在探地雷达信号成像中的应用

由于绕射波的存在,很难准确估计探地雷达剖面中目标的尺寸,因此,对目标进行成像研究具有重要意义和应用价值。采用2D有限差分偏移技术对典型的合成记录及实测探地雷达剖面进行了成像处理,结果表明,偏移可以大大提高探地雷达资料的横向分辨率。在实际资料处理中,通过对点目标绕射波的准确归位,可以简单估计地下介质的电磁波速度。讨论了工程处理中速度模型的建立,实际数据的非零偏等偏移处理中的核心问题。      

CT技术在超长桩后压浆效果检测中的应用研究

超声波CT检测的主要物理量是超声波速度,可以区分加固体的强度和密度;电磁波CT检测的物理量是吸收系数,可以区分注浆体的分布。采用CT检测技术,对苏通大桥主墩群桩的后压浆效果进行了评价。根据取芯结果和CT检测成果的对比分析,综合应用超声波CT和电磁波CT技术对超长桩压浆效果进行检测是可行的。     

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。     

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.     

蒙特卡洛方法在地质雷达探测地下管道中的应用

地质雷达是一种探测金属和非金属管道的有效方法,传统方法是利用经验电磁波速度计算管道埋深,存在较大误差,且往往无法估算管径或算法繁琐。蒙特卡洛方法是一种随机模拟的地球物理反演手段,从雷达图像中读取一系列反射回波穿行时间和雷达相对于管顶的位置数据,给定合理的电磁波速度、管道埋深和管径3个参数的范围,可以有效地拟合得到速度、埋深和管径。该方法在南京地铁盾构某区段,用来拟合估算地下输油管、自来水管和污水管的埋深及管径,取得了与实际情况较为一致的结果,拟合的电磁波速度符合地下介质情况。     

基于速度分析的探地雷达阻抗介电常数反演

阻抗反演是利用波阻抗与介电常数关系开展地下介质参数估计的重要技术,在探地雷达以及叠后地震资料解释中具有广泛的应用。常规阻抗反演需要钻孔或测井曲线作为约束项,约束项信息直接影响阻抗反演的估计精度。在缺少钻孔数据的实际应用中,如何开展探地雷达阻抗反演是该方法研究的重要内容之一。基于上述问题,本文提出了基于速度分析的探地雷达阻抗反演方法。其基本思想是基于多偏移距雷达数据开展速度谱分析和Dix反演,以获得不同深度的速度信息作为阻抗反演的约束项;同时,采用K-means方法自动拾取速度谱信息,大大降低了常规人工拾取误差,提高了计算效率。通过典型随机土壤介质模型,验证了本文方法在无钻孔条件下仍然可以获得较好的介电常数估计结果,并测试噪声适应能力强。最后通过美国密歇根州Wurtsmith AFB,in Oscoda区域的探地雷达数据测试了本文提出方法在探地雷达实测数据参数估计中具有较好的应用效果。