范文一:地质雷达检测实例
管线探测
一、金属管线探测实例
使用400MHz 天线在杭州凯旋路的马路边缘处探测金属自来水管,探测方向垂直于马路。图1,1为实测得到的雷达图,图中红色方框表示自来水管的位置,管线顶部的埋深为1.1米。经过实际开挖验证,该结果和实际情况吻合。
图1,1 金属自来水管探测雷达图
二、PVC管线探测实例
使用200MHz天线在深圳福滨小区测量PVC自来水管道。图2,1为实测得到的雷达图,图中红色框表示PVC自来水管的位置,管线顶部的埋深约为0.75米。
图2,1 PVC自来水管探测雷达图
使用MF天线阵雷达系统在北京百万庄大街探测一处PVC材料煤气管线,图2,2为实测得到的雷达图,其中,左部的红色圆圈标记出的是一污水管,中部的红色圆圈标记出的是一自来水管,右部的红色圆圈为PVC材料的煤气管,抛物线波形的两叶较短,但由于PVC管内是气体,因此反射较强烈,抛物线波形的黑
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白相间比较明显。
图2,2 PVC煤气管探测雷达图
三、水泥管线探测实例
,1为实测得到的雷达图,图中红色方框表示水泥管的位置,使用80MHz天线在首钢检测水泥管。图3
水泥管管顶深度为3.4米,外径600mm,位置如雷达图所示。
图3,1 水泥管探测雷达图
四、电缆探测实例
使用200MHz天线在深圳福滨小区探测电缆。图4,1为实测得到的雷达图,图中电缆及金属管的反映均很明显。
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图4,1 电缆探测雷达图
五、铸铁管线探测实例
使用200MHz 天线在北京污水处理厂门外的人行道上进行探测,目的是找出一根铸铁自来水管。图5,1为实测得到的雷达图,图中红色方框表示铸铁管的位置,铸铁管的反映非常明显,深度在1.5米。
图5,1 铸铁管探测雷达图
六、深部管线探测实例
使用40MHz半屏蔽天线在北京花园桥东侧马路边探测热力涵洞。图6,1为实测得到的雷达图,红色方框表示热力涵洞的位置,从图中可以清晰的看到热力涵洞在120纳秒处的反映。
图6,1 热力涵洞探测雷达图
七、地下复杂管线探测实例
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探测情况:以下是使用MF天线阵雷达系统在北京市委党校院内进行管线探测的例子,该区域内管线纵横交错,且管线之间相距很近,探测难度很大。扫描方向垂直于管线走向,扫描间隔为两米;后处理软件使用立体结构综合分析软件IDSGRED/IN/ROAD和在CAD2000基础上二次开发出来的自动链接软件IDSGEOMAP。
下图为实测得到的雷达图:
图7,1 L方向(横向)管线雷达图
图7,2 T方向(纵向)管线雷达图
下图是IDSGEOMAP软件自动绘制的地下管线分布图。
IDSGEOMAP软件自动绘出的管线分布图
图7,3 IDSGEOMAP软件自动绘制的管线分布图
由上图中各管线的埋深、雷达图上估计出的管径大小、并结合现场的实际情况,可以确定管线的种类:
从左至右分别是:煤气,电缆,自来水,两条电缆,污水管和两条热力管线;
从上到下分别是:污水管,电力,自来水,雨水,电力和热力管线。
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地质探测
一、地下空洞探测实例
探测情况:使用25MHz非屏蔽天线在北京门头沟区鹰山公园内,做隧道洞口探测试验。探测位置:鹰山2号铁路隧道洞口上方的山顶位置;探测方向近似垂直于隧道的走向;探测目的为测试25MHz非屏蔽天线探测地下空洞的效果。后处理软件使用的是数据分析软件Greswin2。
图1,1为实测得到的雷达图,图中紫色方框表示隧道洞口的位置,延迟时间约为190纳秒,估计埋深约10米左右。
图1,1 隧道洞口探测雷达图 图2,1 断层探测雷达图
二、地下断层探测实例
探测情况:使用40MHz半屏蔽天线在云南省昆明市探测著名的西山区断层,该断层所在地为云南省交通职业技术学院地质学实习基地,该断层也经过了该校十几年的踏勘和检测,从外观上来看,该区域砂岩和灰岩的分界面十分清楚,肉眼可见,且沿断层一带有落水洞呈串珠状分布,为典型的断层。后处理软件使用的是数据绘图与分层分析软件IDSGRED/Layer。
图2,1为实测得到的雷达图,图中红线为采集标记线,红色方框表示断层所在位置,从雷达图上看,不仅断层的反映良好,而且对不同的岩性也有较好的反应,探测深度有效达31米。
三、公路前期地质勘探实例
探测情况:由于云南省华宁—盘西国家一级公路的某地段为盘山路,当地技术设计部门为了改进设计方案,需要对该地段岩层中的断裂进行定性定量的分析,于是我们应用探地雷达技术,使用40MHz半屏蔽天线对该地段进行了探测,为设计和施工提供了指导。由于设计方的要求,我们的最大检测深度设置较小。后处理软件使用的是数据绘图与分层分析软件IDSGRED/Layer。
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图3,1 公路地质勘探雷达图
图3,1为实测得到的雷达图,从雷达图上可以清楚地看到断裂的走向,图中红线表示采集标记线,蓝色方框表示断裂的位置。
40MHz非屏蔽天线探测雷达图
在意大利一个采石场应用40Mhz天线,图中蓝圈内标示出一个断裂带。
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图中蓝圈中标出两个断裂带。
四、污水池探测实例
探测情况:使用80MHz屏蔽天线探测南京扬子石化污水处理池。当时的污水池旁边,德国公司在进行施工,由于各种降水及支护措施处理的不当,导致了扬子石化投巨资修建的污水处理池出现了不均匀沉降。有的污水池内已经出现了细小的裂缝。南京工业大学检测中心采用了人工现场查找裂缝,静力触探等一系列土工办法,效果不是很理想,得不到直观的认识,因此采用探地雷达方法进行探测。后处理软件使用的是数据分析软件Greswin2。
图4,1 污水池探测雷达图 图4,2 污水池探测雷达图
图4,1为实测得到的雷达图,从雷达图上可以看到明显的扰动情况。图4,2为实测得到的雷达图,图中褐色方框表示在深度1,1.5米的范围内的一掏空区,这一判断最后与静力触探的结果相吻合。
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公路探测
一、沥青路面厚度探测实例
1、探测情况:使用1600MHz天线在天津路面厚度检测,后处理软件使用的是数据绘图与分层分析软件IDSGRED/Layer。
图1,1 沥青路面探测雷达图
图1,1为实测得到的雷达图,图中红线表示沥青层分界面,厚度约为8厘米;蓝线表示基层分界面,厚度约为12厘米。
2、使用博泰克RIS 1600MHz天线在江西固原检测路面厚度。下图为使用layer软件处理后所得雷达图像。图中红色区域为沥青层,绿色区域为路基层。
二、混凝土路面厚度探测实例
探测情况:使用1600M天线在江西婺源县探测混凝土路面厚度,后处理软件使用的是数据分析软件Greswin2。
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图2,1 混凝土路面厚度探测雷达图。
图2,1 为实测得到的雷达图, 图中红线表示混凝土板与土层的分解面,混凝土板厚度约为23cm。
三、公路病害探测实例
以下为使用RIS雷达检测公路典型病害剖面影像图:
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隧道探测
一、衬砌厚度检测实例
检测情况:使用了600-1600MHz天线阵在某隧道检测衬砌厚度。后处理软件使用的是数据绘图与分层分析软件IDSGRED/Layer。
图1,1 衬砌厚度检测雷达图
图1,1为实际测得的1600MHz天线的雷达图,图中红线表示的是二衬和初衬的分界面,二衬的最薄处大约有23厘米,最厚处有108厘米,。距测量原点5米范围内有钢拱架存在,位置用红色圆点标出。
二、衬砌病害检测实例
以下为使用了600-1600MHz天线阵做隧道衬砌病害检测的一些典型剖面:
1、某隧道右边墙DK1318+615-622的雷达图。在距测量原点4米的里程上,深度是30厘米,有一衬砌内部的空洞存在。
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2、某隧道右边墙DK1319+212-220的雷达图。在距测量原点1.7米的里程上,深度范围是20-60厘米的衬砌有空洞及不密实现象。
3、某隧道右边墙DK1319+261-274的雷达图。在距测量原点0-0.85米的里程上衬砌有不密实的现象,在距测量原点8米的里程上可能是两段衬砌的接缝处,有纵向的裂缝发育。
4、某隧道右边墙DK1319+287-295的雷达图。在距测量原点1.7-3.4米的里程上衬砌内部有异物。
估计为圆柱形异异物 物
5、某隧道左边墙DK1310+825-837的雷达图。在距测量原点3-3.4米和9.8-10.8米的里程上,深度范围分别是15-90厘米和25-80厘米的衬砌内部存在不密实现象。
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6、某隧道DK1366+480-550拱顶衬砌缺陷情况。红筐内显示出压浆后仍然有脱空现象,其中位于DK1366+535-537处的脱空较为严重;除此缺陷,本100米里程内拱顶其他部位衬砌无不密实及衬砌后脱空等现象。
压浆后仍有脱空
三、隧道超前预报探测实例
探测情况:使用40M半屏蔽天线在湖北宜昌宜万线铁路五爪观隧道做隧道超前预报探测,该处隧道掌子面前方存在古河道,古河道已经经过引流、注浆等处理。为了防止事故发生,使用探地雷达探测该掌子面前方的围岩情况。后处理软件使用的是数据分析软件Greswin2。
图3,1 隧道超前预报探测雷达图
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图3,1为实测获得的雷达图,图中红色方框内表示隧道掌子面前方11米处破碎含水区域,后期的隧道开挖验证了该异常区的存在。
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建筑物探测
一、预应力钢筋探测实例
探测情况:使用1600MHz 天线在杭州三桥某一厢梁内侧的墙壁上,沿水平方向探测预应力箍筋。后处理软件使用的是数据分析软件Greswin2。
图1,1 预应力钢筋探测雷达图
图1,1为实测得到的雷达图,其中2,3厘米深度处存在一排表层钢筋,预应力箍筋的位置用紫色点表示,分布在12,18厘米深度范围内。经过实际钻孔验证,每个点位都存在预应力箍筋。
二、空心砖结构探测实例
1、探测目的:探测空心砖内是否灌注了混凝土以及灌注的混凝土是否密实。
2、所使用的雷达系统配置:
使用的是RIS雷达的单通道主机和1600MHz天线;后处理软件使用的是数据绘图与分层分析软件IDSGRED/Layer。
3、雷达截面图及其分析结果:
红色方框标识处蓝色方框标识处
的混凝土填实 的混凝土未填实
图2,1 垂直空心柱体方向的雷达截面图
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芯柱密实局部疏松芯柱未灌混
部位 部位 凝土部分
墙体厚度
分界线
图2,2 平行空心柱体方向的雷达截面图
三、柱体结构探测实例
1、探测目的:探测柱体内部钢筋结构。
2、所使用的雷达系统配置:
使用的是RIS雷达的单通道主机和1600MHz天线;后处理软件使用的是数据绘图与分层分析软件IDSGRED/Road。
3、雷达截面图及其探测方法:
图3,1 扫描规划示意图 图3,2 纵向扫描雷达图
4、分析结果:
柱内箍筋间距300mm,直径约12mm,柱内钢筋主筋有四根,间距约170mm,直径约20mm。
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图3,3 横向扫描雷达图 图3,4 柱内钢筋结构图
四、Hiress天线阵检测实例
1、探测孔洞
图3
共做了三次扫描,沿着扫描方向,先在50厘米深度有一处孔洞,然后在24厘米和38厘米深度的同一位置各有一孔洞,直径均为3厘米。因为HIRESS的天线1和天线2在探测范
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围之外,1、2、3 通道的雷达图无明显的反应;在余下的各张雷达图上,深度为24厘米的孔洞在雷达图上反应均很明显;在6通道和7通道的雷达图上,大致可分辨出38厘米深度的孔洞(图3)。
2、探测50厘米深度的钢筋
图4
扫描两次,沿着扫描方向,先在50厘米深度有一根钢筋,然后在24厘米和38厘米深度的同一位置各有一孔洞。在3通道和7通道的雷达图上,可以看到钢筋的反应(图4)。
3、探测50厘米和24厘米深度的钢筋
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扫描两次,沿着扫描方向,先在50厘米深度有一根钢筋,然后在24厘米深度有一根钢筋,38厘米深度有一孔洞。因为有钢筋的存在,与图3相比,24厘米深度处的反射波要强烈的多,并完全掩盖了38厘米深度孔洞的雷达反射波形。但50厘米深度钢筋的反射波形仍然可以从3通道和7通道的雷达图上看出(图5)。
图5
4、探测50厘米、38厘米深度的钢筋
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扫描两次,沿着扫描方向,先在50厘米深度有一根钢筋,然后在38厘米深度有一根钢筋,24厘米深度有一处孔洞。从图中可以看出,24厘米深度的孔洞,38、50厘米深度的钢筋的波形反应都很明显(图6)。
图6
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5、探测50、24、38厘米深度的钢筋
扫描两次,沿着扫描方向,先在50厘米深度有一根钢筋,然后在24、38厘米深度各有一根钢筋。可以看出,3通道和7通道雷达图中,三根钢筋的波形反应都很明显(图7)。
图7
三、立柱测试情况
图8是检测立柱的雷达图,立柱的厚度为50厘米。由立柱的上部向下部扫描,可以看到三层箍筋的分布情况。
在1,2,3,4四个通道的雷达图上,能看到两层钢筋的分布情况;在5,6,7三个收发分体
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的雷达图上,还能看到第三层钢筋的分布。立柱厚度如图中所示。
第一层钢筋
第二层钢筋
第三层钢筋
第四层钢筋
立柱厚度分
层
第三层钢筋
图8
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三、双层钢筋测试
四根钢筋两两上下排列,垂直相距6厘米。在5、6、7通道的雷达图上,可以很明显的看出下层的钢筋。
1(600MHz单天线雷达图
2(HIRESS雷达图:
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范文二:地质雷达检测报告
检 测 报 告
检测对象:
委托单位:
检测日期:
检测目的:
报告编号:R-04003
**铁路齐**隧道出口混凝土衬砌 中铁*局(集团)有限公司**公司 ****年11月27日 检测拱顶二衬混凝土是否有脱空 检测二衬混凝土厚度及混凝土缺陷 中铁*局集团有限公司**测试中心
****.11.30
一、 概述
1、****年11月27日,中铁*局集团公司计量测试中心受中铁**局集团公司隧道公司委
托,对**铁路***隧道出口段混凝土衬砌进行雷达检测,主要目的是检测隧道衬砌拱顶是否有脱空以便进行压浆处理、混凝土衬砌厚度是否满足设计要求、衬砌混凝土是否存在较大的缺陷及缺陷位置,附带检测衬砌背后隧道围岩是否存在地质缺陷。
2、检测里程及测线布置:DK371+318.0~DK371+783.0(洞口),465米。分左右拱脚、拱顶、左右边墙共测五道纵剖面。由于场地条件限制,DK371+517.3~+783.0(洞口)的左右拱脚及拱顶未测。
二、检测技术与方法
1、地质雷达工作原理与方法
地质雷达由主机、天线和配套软件等几部分组成,根据电磁波在有耗介质中的传播特性,发射天线向被测介质发射高频脉冲电磁波,当其遇到不均匀体(界面) 时会反射一部分电磁波,其反射系数主要取决于被测介质的介电常数,雷达主机通过对此部分的反射波进行适时接收和处理,达到探测识别目标物体的目的(见图一) 。
图一 地质雷达基本原理示意图
电磁波在特定介质中的传播速度是不变的 ,因此根据地质雷达记录的电磁波传播时间ΔT ,即可据下式算出异常介质的埋藏深度H :
H =V ??2 (1)
式中,V 是电磁波在介质中的传播速度,其大小由下式表示:
V = (2)
式中,C 是电磁波在大气中的传播速度,约为3.0×108m/s;
ε为相对介电常数,不同的介质其介电常数亦不同。
雷达波反射信号的振幅与反射系统成正比,在以位移电流为主的低损耗介质中,反射系数可表示为:
r =
1-2 (3) 1+2
反射信号的强度主要取决于上、下层介质的电性差异,电性差越大,反射信号越强。 雷达波的穿透深度主要取决于地下介质的电性和波的频率。电导率越高,穿透深度越小;频率越高,穿透深度越小。
2、确定检测目的层与探测深度
针对隧道衬砌检测,不仅要检测衬砌厚度、是否脱空以及混凝土缺陷,还要检测混凝土背后围岩的情况,所以检测控制深度在1.5米左右。
3、使用仪器设备
本次检测,使用仪器为意大利产RIS-2K 型地质雷达,天线采用了600×1600MHz 天线阵,满足检测要求。
三、 检测结果
1、拱脚
左右拱脚二衬混凝土厚度在40cm~50cm之间,厚度较为均匀,极个别地方岩石突出部位厚度最薄大于35cm 。极个别超挖部位二衬混凝土厚度大于50cm 。
拱脚二衬混凝土典型雷达图
二衬混凝土局部有不密实情况
2、拱顶
拱顶二衬混凝土厚度在40cm~45cm之间,厚度较为均匀,极个别地方岩石突出部位厚度最薄大于38cm 。个别超挖部位二衬混凝土厚度大于50cm 。
拱顶二衬混凝土与喷射混凝土间脱空(上下图)
3、边墙 边墙二衬混凝土厚度在40cm~50cm之间,超挖地段较多,厚度大于50cm ,极个别地方岩石突出部位厚度最薄,大于38cm 。
右边墙里程DK371+322.2~+324.2处,衬砌背后岩层有明显斜向节理,DK371+323.2~+323.7处内部混凝土轻微不密实。
里程DK371+330.2~+330.9,厚度44cm 以外混凝土有不密实或有空洞存在,其背后岩层至少深度1.7m 范围内石质破碎、酥松、或有空洞,有必要压浆处理。
右边墙里程DK371+320.7~+347.3段典型雷达图,喷射混凝土内钢筋格栅明显,二衬混凝土内钢筋分布均匀,二衬混凝土及喷射混凝土厚度符合设计要求。 在DK371+447.7~+457.7段可能超挖50cm~60cm。
四、 检测结论及参考建议
1、 衬砌厚度较均匀满足设计要求。
2、 由于使用泵送混凝土大模板衬砌台车施工工艺,混凝土缺陷很少,仅在个别处由
于混凝土离析存在不密实情况。在后续施工中,应注意砂石料级配,优化配合比设计和控制混凝土坍落度。
3、 拱顶衬砌混凝土有个别地方存在脱空现象,可能与防水板拉紧有关,应注意防水
板尺寸与定位,结合用高压小排量方法综合予以改善。
附参考图:**隧道出口混凝土二衬雷达检测图(电子图片,包含厚度及缺陷)
范文三:地质雷达NDT检测报告
地质雷达NDT 无损检测报告
一、 目的要求
1. 无损检测技术
NDT 是无损检测的英文(Nondestructive Testing)的缩写。NDT 是指对材料或工件实施一种不损害或不影响其未来使用性能或用途的检测手段。通过使用NDT ,能发现材料或工件内部表面所存在的欠缺,能测量工件的几何特征和尺寸,能测定材料或工件内部组成、结构、物理性能和状态等。他能应用于产品设计、材料选择、交工制造、成品检验、在役检查(维修保养)等多方面,在质量控制与降低成本之间能起最优化作用。无损检测还有助于保证产品的安全运行和有效使用。
常用的无损测试技术有:①射线探伤。利用X 射线或 射线在穿透被检物各部分时强度衰减的不同,检测被检物的缺陷。若将受到不同程度吸收的射线投射到X 射线胶片上 ,经显影后可得到显示物体厚度变化和内部缺陷情况的照片。如用荧光屏代替胶片,可直接观察被检物体的内部情况。②超声检测。利用物体自身或缺陷的声学特性对超声波传播的影响,来检测物体的缺陷或某些物理特性。在超声检测中常用的超声频率为0.5~5兆赫(MHz )。最常用的超声检测是脉冲探伤。③声发射检测。通过接收和分析材料的声发射信号来评定材料的性能或结构完整性。材料中因裂缝扩展、塑性变形或相变等引起应变能快速释放而产生应力波的现象称为声发射。材料在外部因素作用下产生的声发射,被声传感器接收转换成电信号,经放大后送至信号处理器,从而测量出声发射信号的各种特征参数。④渗透探伤。利用某些液体对狭窄缝隙的渗透性来探测表面缺陷。常用的渗透液为含有有色染料或荧光的液体。⑤磁粉探伤。通过磁粉在物体缺陷附近漏磁场中的堆积来检测物体表面或近表面处的缺陷,被检测物体必须具有铁磁性。此外,中子射线照相法、激光全息照相法、超声全息照相法、红外检测、微波检测等无损测试新技术也得到了发展和应用。
2. 地质雷达的优越性
地质雷达(Ground Penetrating Radar(GPR))是探测地下物体的地质雷达的简称。
地质雷达利用超高频电磁波探测地下介质分布,它的基本原理是:发射机通过发射天线发射中心频率为12.5M 至1200M 、脉冲宽度为0.1 ns 的脉冲电磁波讯号。当这一讯号在岩层中遇到探测目标时,会产生一个反射讯号。直达讯号和反射讯号通过接收天线输入到接收机,放大后由示波器显示出来。根据示波器有无反射汛号,可以判断有无被测目标;根据反射讯号到达滞后时间及目标物体平均反射波速, 可以大致计算出探测目标的距离。
由于地质雷达的探测是利用超高频电磁波,使得其探测能力优于例如管线探测仪
等使用普通电磁波的探测类仪器,所以地质雷达通常广泛用于考古、基础深度确定、冰川、地下水污染、矿产勘探、潜水面、溶洞、地下管缆探测、分层、地下埋设物探察、公路地基和铺层、钢筋结构、水泥结构、无损探伤等检测。
地质雷达作为近十余年来发展起来的地球物理高新技术方法,以其分辨率高、定位准确、快速经济、灵活方便、剖面直观、实时图象显示等优点,备受广大工程技术人员的青睐。现已成功地应用于岩土工程勘察、工程质量无损检测、水文地质调查、矿产资源研究、生态环境检测、城市地下管网普查、文物及考古探测等众多领域,取得了显著的探测效果和社会经济效益,并在工程实践中不断完善和提高,必将在工程探测领域发挥着愈来愈重要的作用。
二、基本原理
1. 地质雷达的工作原理
地质雷达检测是利用高频电磁波以宽频带短脉冲的形式,其工作过程是由置于地面的发射天线发送入地下一高频电磁脉冲波,地层系统的结构层可以根据其电磁特性如介电常数来区分,当相邻的结构层材料的电磁特性不同时,就会在其界面间影响射频信号的传播,发生透射和反射。一部分电磁波能量被界面反射回来,另一部分能量会继续穿透界面进入下一层介质,电磁波在地层系统内传播的过程中,每遇到不同的结构层,就会在层间界面发生透射和反射,由于介质对电磁波信号有损耗作用,所以透射的雷达信号会越来越弱。探地雷达主要由天线、发射机、接收机、信号处理机和终端设备(计算机) 等组成。
各界面反射电磁波由天线中的接收器接收并由主机记录,利用采样技术将其转化为数字信号进行处理。从测试结果剖面图得到从发射经地下界面反射回到接收天线的双程走时t 。当地下介质的波速已知时,可根据测到的精确t 值求得目标体的位置和埋深。这样,可对各测点进行快速连续的探测,并根据反射波组的波形与强度特征,通过数据处理得到地质雷达剖面图像。而通过多条测线的探测,则可了解场地目标体平面分布情况。通过对电磁波反射信号(即回波信号) 的时频特征、振幅特征、相位特征等进行分析,便能了解地层的特征信息(如介电常数、层厚、空洞等) 。
地质雷达与探空雷达相似,利用高频电磁波(主频为数十数百乃至数千兆赫) 以宽频带短脉冲的形式,由地面通过发射天线(T)向地下发射,当它遇到地下地质体或介质分界面时发生反射,并返回地面,被放置在地表的接收天线(R)接收,并由主机记录下来,形成雷达剖面图。由于电磁波在介质中传播时,其路径、电磁波场强度以及波形将随所通过介质的电磁特性及其几何形态而发生变化。因此,根据接收到的电磁波特征,既波的旅行时间(亦称双程走时) 、幅度、频率和波形等,通过雷达图像的处
理和分析,可确定地下界面或目标体的空间位置或结构特征。
地质雷达由发射天线、接收天线、信号接收系统和处理系统组成。发射天线向目标物体发射高频电磁波,当电磁波到达检测体中两种不同介质分界面时(如衬砌界面、空洞、不密实区、钢结构等),由于上下介质的介电常数不同而使电磁波发声折射和反射。反射回地面的电磁波由接收天线A R 所接收并传送至主机放大和初步处理,最后信号储存于计算机中,作为野外采集的原始数据。在室内把野外采集的原始数据通过专业分析软件处理,得到雷达时间剖面图,通过波速校正,可以转化为深度剖面图。图谱再经过滤波等处理,可使用不同层面清晰的反映出来,同时根据图形特征分析存在的缺陷和目标物的类型。
接收反射信号的强度R 和时间历程T 用下时表示:
R =
T =式中∑1、∑2探测物的时间历程如右图:
检测深度H 按下式计算: H =V ?T 2
V ——波速(cm /ns )
T ——时间(ns )
波速V 和介电常数
图1 地质雷达探地原理示意图
V =C ——光速,30cm /ns
2. 相关概念
介电常数:介质在外加电场时会产生感应电荷而削弱电场,原外加电场(真空中)与最终介质中电场比值即为介电常数(permeablity )又称诱电率。介电常数又叫介质常数,介电系数或电容率,他是表示绝缘能力特性的一个系数,以字母ε表示,单位为法/米。
三、仪器设备及操作方法
1. 仪器设备
采用拉脱维亚Radar Systems有限公司制造的Zond-12e 型地质雷达。Zond 探
地雷达是一种功能强大的探地雷达,其包括了探地雷达和计算机软件。Zond 探地雷达的Prism 软件可以人工设置异常物体为高亮状态,从而可以快速、容易地将目标与周围环境区分开来。Prism 软件同样可以显示目标深度、距离、信号强度以及其它更多的信息。
Zond 探地雷达探测深可以达到30 米,可以实现多天线探测。Zond 的Prism 软件可以定制设置成加亮不规则和显示最大的不同,以快速和容易地识别目标。软件同样显示深度、从开始点距离,信号强度等参数。
2. 操作方法
根据不同的的实际需求,选择不同频率的天线和介质进行,采用测点的方法经过适当次数的叠加而成。
四、参数设置及资料处理流程
雷达采用的数据采用” Prism2”软件包进行处理。
处理流程:数据输出→文件编辑→数字滤波→偏移→时深转换→图形编辑输出→雷达剖面图。
五、采集数据资料
六、成果分析
地质雷达资料的地质解释是地质雷达探测的目的。由数据处理后的雷达图像,全面客观地分析各种雷达波组的特征(如波形、频率、强度等) ,尤其是反射波的波形及强度特征,通过同相轴的追踪,确定波组的地质意义,构制地质——地球物理解释模型,依据剖面解释获得整个测区的最终成果图。
地质雷达资料反映的是地下地层的电磁特性(介电常数及电导率) 的分布情况,要把地下介质的电磁特性分布转化为地质分布,必须把地质、钻探、地质雷达这三个方面的资料有机结合起来,建立测区的地质——地球物理模型,才能获得正确的地下地质结构模式。
雷达资料的地质解释步骤一般为:
⑴ 反射层拾取
根据勘探孔与雷达图像的对比分析,建立各种地层的反射波组特征,而识别反射波组的标志为同相性、相似性与波形特征等。
⑵ 时间剖面的解释
在充分掌握区域地质资料,了解测区所处的地质结构背景的基础上,研究重要波组的特征及其相互关系,掌握重要波组的地质结构特征,其中要重点研究特征波的同
相轴的变化趋势。特征波是指强振幅、能长距离连续追踪、波形稳定的反射波。同时还应分析时间剖面上的常见特殊波(如绕射波和断面波等) ,解释同相轴不连续带的原因等。
七、收获与体会
1. 收获
⑴初步了解地质雷达的工作原理及操作,并且通过地质雷达对无损检测技术有一定的感性认识。
⑵在后续工作中初步掌握报告的格式以及书写方法。
⑶在工作中的小组的成员有更深的认识与了解。
2. 体会
⑴通过本次检测了解研究问题锁必须具备的基本素质。
⑵对“科学技术是第一生产力”有更新的认识,我们应该努力使自己掌握先进的科学技术,提高利用科技解决实际问题的能力。
⑶我们应夯实自己的基础,尤其在大学读书期间。只有基础打好了,才能在更大范围对知识进行灵活的运用。
范文四:地质雷达检测
地质雷达检测 , 地质雷达以其高分辨率和高工作效率而成为浅层地球物理检测的一种有力
的工具,现己广泛应用到诸多工程领域。雷达技术在路面检测中的试验研究
开始于20世纪90年代,现在道路测厚中应用较为成功。1991年前后,美国
联邦公路局第一章绪论资助对GPR在道路工程中的应用进行了深入的研究。
1994年W.M.KimRoddiS等人对美国KansaS州的H种不同种类的道路利用探
地雷达进行了分层检测工作,73个钻孔取样的结果对比,偏差仅为士5%士
10%。1996年,J.Hugensehmidt用 0551sIRSYSTEM.roA型探地雷达仪及
2.SGHz与900MHz天线在瑞士的Gotthard高速公路上进行了检测工作。中国
地质勘察技术院的牛一雄等人用探地雷达对西安一宝鸡高速公路进行了质
量检测;1999年吕绍林用SIR.10H型地质雷达系统对益常高速公路结构层中
高频电磁波的传播特征及雷达技术参数进行了理论研究和大量的现场检测
试验。该方法有效的克服了现行钻孔法的缺陷,检测中不仅能准确地提供基
层厚度变化的真实情况,为施工提供可靠参数,同时通过改变天线频率可以
检测基层以下路基及原状地基土内存在的病害隐患,尽早发现隐患,及时处
理,确保高速公路的安全畅通。因而无论是路基、路面厚度质量检测,还是
病害隐患检测,都将产生显著的社会效益和经济效益。
, 地质雷达方法
地质雷达是根据地下介质的电性差异,利用电磁波检测路基密实度分层的一种快速无损检测方法。利用天线向地下发射电磁脉冲,并接收由地下不同介质界面的反射波。电磁波在介质中传播时,其路径、电磁场强度以及波形随所通过介质的电磁性质(河、川及几何形态的变化而变化引。根据接收到的回波的时间、幅度、波形和频率等信息,可以判定地下介质的结构及界面的埋深。
常见的工程介质为非铁磁介质天线中心频率不同,其探测深度及分辨率也不同,可根据实际需要选择不同频率天线。该方法可用于公路建设的全过程质量监控,具有快速、高效、准确、成本低、无破坏等优点。地质雷达可定性检测路基碾压前后密实度的变化,原状土剖面与经振冲碾压后的剖面,雷达波频率的差异反映
出密实度的差异。
, 探地雷达是近几年才在国内开始应用于高速公路检测的一项新技术。这种检 测方法具有无损、快速、信息量丰富的特点,探地雷达是根据高频(偶极子)电 磁波在地下介质传播的理论,将宽频带短脉冲电磁波经由地面的发射天线发送入 地下,经地层或遇异常反射体回到地面后,由接收天线接收其反射电磁波信号。 通过对返回电磁波的时频特征和振幅特征进行分析,便能了解到地下层的特征信 息,从而达到探测的目的。因此探地雷达可用于初步确定全线相对不利路段。其
作用原理见图3.2
雷达波的反射发生在不同介电常数物质的界面,介电常数与物质的导电性有关,通常情况下,某类物质的介电常数是比较固定的,但当它与其它物质混合时,表
现出来的综合介电常数会改变,常见材料的介电常数见表3.6
, 探地雷达初步检测
通过探地雷达的检测波形,可初步判断相对不利路段,从而确定后续需要进一步
采用瑞利波检测的路段,缩小瑞利波检测范围,降低测试成本。在高速公路建设工程路基检测项目中,通过探地雷达初步确定了瑞利波检测范围,对检测路段进行了路基填筑质量判别。
, 异常段判断依据:
(l)检测路段彩色剖而图同正常路段相比有l刃显变化,见图3.3,图3.4; 2)检测路段探地雷达波形图与正常路段相比,有较明显的波峰,见图3.3、图3.4,表明此段路基区别于其它段,或者是含水量偏高,或者是有软弱层等等。
, 地质雷达检测高速公路路面结构工作原理
地质雷达(Ground Penetrating Radar 简称 GPR)通过发射天线往地下发射高频率、宽带脉冲电磁波束,电磁波在地下传播过程中遇到地下介质结构、导电性、导磁性和介电常数的变化起传播路径也将产生相应的变化(如图 1-1)。这些变化了的电磁波被接收天线接收后传到主机将模拟信号转化为数字信号储存在存储单元中。当目标体在天线信号范围之内、信噪比适当的时候便能够被雷达探测出来。雷达真实记录的是电磁波从发射到接收这个过程的时差,电磁波在特定介质中的传播速度 V 是不变的 ,因此根据探地雷达记录上的地面反射波与地下反射波的时间差ΔT,即可根据公式(1-1)算出地下异常的埋藏深度 H:
反射信号的强度主要取决于上、下层介质的电性差异,电性差异越大,反射信号越强。雷达波的穿透深度主要取决于地下介质的电性和中心频率。导电率越高,穿透深度越小;中心频率越高,穿透深度越小。
与探空雷达相比,地质雷达是在地下有耗介质中传播,因此其发射波形与天线设计都有自身的特点。根据目前资料显示,地质雷达使用的电磁波发射波形主要有:连续波、调幅脉冲波、调频脉冲波等等。设计的形式一般有喇叭天线、对称振子天线、螺旋天线等等。因为对称振子型调幅脉冲时域地质雷达输出功率大,能实时监测测量结果,做成的设备有便携的优点,因此在商用地面地质雷达中应用广泛,并且主要应用在中频和低频地质雷达中。而喇叭状天线具有聚集能量的功能,地质雷达在地下传播过程中以指数形式衰减,频率越高衰减越快,因此对于高频天线经常使用喇叭状天线,以保证天线能在保证精的条件下探测得更深。地质雷达发射的电磁波频率从十兆赫兹到数千赫兹的频率范围。地质雷达探测的理论最大深度为电磁波波长的二十倍;地质雷达探测的理论最小分辨率为电磁波波长的十分之一。而对于同一个区域,由于地下介质不可改变,能决定探测深度和分辨率的就是地质雷达天线的频率。地质雷达天线频率高的其电磁波波长就越小,因此其探测深度就越浅,但其分辨率就越高;频率低的天线发射出的电磁波波长比较大,其探测深度大,但分辨能力就比较弱。要求探测比较深的时候由于时窗设置的比较大,要得到更深的地下信息,所需要采集的样数就更多,电磁波来回的
时间也更长,使得探测速度更慢。因此在选择地质雷达进行探测的时候要根据实际情况综合考虑这些因素以选择频率合适的天线。对于高速公路路面结构状态研究实际需求,我们选择意大利 IDS 公司生产的 K2 双通道地质雷达。天线频率选择 600MHz 和 1600MHz 组合成的天线阵。其中 600MHz 天线主要对面层以下路基和底基层的质量检测,根据地下含水量、面层和基层材料及密实程度等因素其探测深度能够达到地下 0.5m-1m,探测精度能够达到 0.8 厘米;1600MHz 天线主要对路面的表面层、中面层和底面层的质量检测,最大探测深度能够达到
0.6m,探测精度能够达到毫米级。 0.3m-
, 公路病害地质雷达反射波响应特征
病害的形状不相同,它在雷达剖面上的异常曲线也不一样。有拐点特征的病害一般都有绕射现象出现,例如空洞、脱空和疏松。从公式(1-3)和数值模拟实验都可以知道,电磁波在从介电常数大的介质中传播到介电常数小的介质中时都会产生相位反转,否则不会。如电磁波传播进地下空洞或者是气体的脱空区域,电磁波就会发生同相轴相位反转。病害内部物质与周围物质的介电常数差异越大时在雷达剖面图上显示得越明显。当病害的类型和规模大小相同的时候,倘若它们的电性参数不一样时,在雷达剖面上反映出来的形状也是不一样的,也就是纵向时延不同,此刻病害内部介质的电导率越大其对能量的吸收越明显,表现在电磁波上的形式为电磁波振幅衰减越快。当病害内部充填物质杂乱无章的时候,在雷达剖面图上对应显示该区域的波形比较紊乱,能够看到明显的干涉现象。此时看到的同相轴分布支零破碎毫无规律可言。用地质雷达在检测脱空的时候,由于天线
5 厘米的时中心频率的限制,使得脱空区域不能太小。当脱空区域的尺寸小于 候,在雷达剖面上很难对脱空的上下界面进行区分。不过,此时可以使用极点的幅值比来对脱空量进行半定量的解释。水对雷达电磁波有较强的影响。对于高含水的区域一般都存在比较明显的多次波,同时对病害区域下面的信号存在比较强的干扰,使更深部信息被埋没。电磁波从道路介质传播到水中不会发生相位的反转。通过数值模拟也可以验证电磁波的频率越高,其雷达剖面的分辨能力越强,图像越清楚,探测深度越浅;电磁波的频率越低,其探测深度越深,分辨能力越差,图像越不清晰。从理论上讲,电磁波频率越低其波长越长,因此最大探测深度(约为波长的 10 倍)越深,分辨能力(约为波长的 1/10)越差;电磁波频率越高其波长越短,探测深度越浅,分辨能力越强。病害自身的大小尺寸越大,其在雷达剖面上的显示越明显。
, 研究思路及技术路线
如图 1-2 所示,首先对道路进行雷达检测,将测量的数据使用专业的软件进行处理,找到典型的道路缺陷在雷达图上的反应;然后对一些有典型特诊的区域进行钻孔取芯验证,同时对典型道路病害建立模型,进行数值模拟研究。在得到三个方面的结果后对其进行对比研究,得到道路典型病害和雷达图之间的关系和典型病害对电磁波传播的影响特征。
从地球物理观点看,路基路面的结构类型可视为典型的水平层状介质模型。鉴于路基路面构筑材料、构筑方法的差异,使其存在着各种物性(电性、密度、弹性波或电磁波传播速度和吸收等)差异,同时由于是人工构筑比天然的水平层状地层要均匀单一,因此为应用地球物理方法进行无损检测提供了物理前提和有利条件。同时,路基路面检测是一种超浅层至浅层的探测,要求检测方法精度高,分辨率高,信噪比高,能在自然和人文强干扰下适应工作,轻便高效[28,29]。探地雷达是利用高频电磁脉冲波(10MHz,1000MHz或更高)以宽频带短脉冲形式由发射天线送入地下,该雷达脉冲在地下传播过程中,遇到不同电性介质交界面时,部分雷达波的能量被反射回地面,被接收天线接收。探地雷达探测的是来自地下介质交界面的反射波,记录的每一雷达数据 n (t )可看成是雷达脉冲子波 b (t )与反射波系数序列 R (t )的褶积[17]:
图 2-1 中,R0、A0分别表示地表反射波及振幅;R1、A1分别表示面层,基层界面反射波及振幅;R2、A2分别表示基层,土基界面反射波及振幅;?t1、?t2分别表示雷达波通过面层和基层的双程旅行时;ε0、ε1、ε2、ε3分别表示空气、面层、基层、土基的相对介电常数;h1、h2分别表示面层、基层的厚度。我国现有高等级公路一般采用沥青混凝土或水泥混凝土路面,基层与路基材料一般为水泥土、水泥稳定粒料、石灰土、石灰稳定粒料、石灰粉煤灰土等。空气的相对介电常数为 1,混凝土面层相对介电常数为 6,9,沥青面层相对介电常数为 3,5,基层与路基的相对介电常数随其材料不同而不同,但由于其湿度较大,且采用土、砾石、粉煤灰、石灰等介电常数相对较大的材料,其相对介电常数一般都大于 8[16]。因此道路各层之间都存在介电常数的差异,这为雷达检测道路结构提供了可靠的地球物理依据[17]。在用探地雷达对道路结构进行检测时,如果道路的局部地段受到破坏,则介质的电性将发生变化,从而导致雷达波反射信号的双程旅行时、振幅及频谱特征发生明显变化,根据这些变化特征,就可以推测路面下基层、路基等的状况,达到检测目的
根据上述原理,可用探地雷达探测出路面结构及路基结构层厚度、压实度、脱空、空洞、含水量等情况。
, 路基路面质量指标与雷达参数的关系
式中:h 为道路结构层底界面深度,即厚度,单位为 m;v 为雷达波速,单位为 m/ns(ns 为纳秒,即 10-9秒);Δt 为雷达脉冲双程旅行时间,单位为 ns。求出波速,即可求出厚度[17]。2、脱空用探地雷达方法能直观有效地查明脱空区段,并确定其深度、大小、范围。同时可判别脱空中是充空气还是含水[28-35]。路基构筑层之间交界面处反射系数 R12为:
式中:1ε 、2ε 分别是结构层 1 与结构层 2 的介电常数。一般路基填筑土1ε ,3,5,湿度较大的填筑土2ε ,4,15,则 R12,-0.09,-0.26。当存在脱空时,正常结构层与异常结构层(脱空层)相接,设脱空层介电常数为pε ,这时的反射系数为 Rp :
由此可知,脱空层的存在使反射系数增大 2 倍左右,所以来自路基底界面的反射波强度大大增加。要区分脱空的区域是充水还是充空气可以从波峰的特征加以判断,充水的脱空第一个较强的峰是正峰,多次反射较弱;充气的脱空第一个较强的峰是负峰,峰值强,且伴随很强的多次反射波。
, 探地雷达的应用
探地雷达的应用是多方面的,主要应用于地质调查、工程地质和环境地质、农业、工程检测
及考古调查等方面[8I。按其探测深度一般可分为:?浅部应用:中心主频大于loo0MHz,探测深度小于巧m,主要用于公路路面、机场跑道、墙厚及墙内空洞和隐藏物的探测等?中深度应用:中心主频100一90OMHz,探测深度15一sm,主要用于地下管线、地下空洞、考古研究、混凝上质量检测等?大深度应用:中心主频小于100MHz,探测深度10一50m,主要用于岩土工程勘察,以探明地下岩溶穴、堤坝隐患、地基勘察、岩土层划分、基岩埋深及其构造破碎带的分布形态等。此外,GPR也己应用于航空、.卫星测量及一些特殊领域,可以推定,随着人们对GPR研究的不断深入,它的应用范围也将进一步拓宽。探地雷达在水利水电工程建设中以大、中深度的应用为主,在查明地下地质结构,进行岩土分层,探测坝体隐患等岩土工程勘察项目中,发挥着愈来愈大的作用。
()l用于结构层厚度检测
探地雷达检测路面厚度的工作过程为:雷达系统中的发射机通过宽频带发射天线向地下发射无载波电磁脉冲,此脉冲在地下传播过程中遇到不同电性介质界面时产生反射,由接收天线接收的后向散射和反射信号,转化为数字信息并传输到主机内,再通过数据、图像处理,就能计算出反射体的某些参数,从而区分不同介质层面,并精确标定不同层面物体的深度。其具体工作流程见图2一9。
路面结构层厚度是衡量公路施工质量的重要指标之一。《公路路基路面现场测试规程》中的测试方法是钻芯取样法和挖坑检查法,这两种方法盲目、费时、效率低,且破坏原有路面结构,在开放交通的情况下尤其危险,因此应用GPR进行厚度检测是目前常用的方法。速度与电磁波在结构层中往返时间一半的乘积,即该结构层的厚度。检测原理如图3.1.4,面层厚度为
反射系数递推法就是利用反射系数与反射波幅的关系,由电磁波在上一结构层中的速度推导出其在下一结构层中的速度,电磁波在空气中的传播速度通常为定值,利用该定值便可计算出在其他结构层中的传播速度。由式(3.1.1)可知相邻层的介电岸数相差越大反射系数越大,那么反射波越明显,越容易区分。
(2)用于脱空检测
总结以前利用探地雷达检测脱空的方法,多是通过观察雷达信号剖面图来确定病害位置[25j。对于填土脱空,一般规模较大,多发生在涵洞两侧,由于介电常数差异很大,因此雷达剖面上有很强的发射波组,且发射波规模也较大。对于路面基层与填土层之间的脱空,脱空范围一般较大,脱空区空气层厚度一般为数厘米到数十厘米,脱空区介质的介电常数差异
较大,雷达剖面上反映明显;对于一般的空洞,由于空气介电常数与周围介质有明显差异,因此存在很强的发射界面,在地质雷达剖面上产生多组连续的反射波组即共振现象。本文研究用程序实现脱空的自动检测。
(3)用于地下目标物的探测
地下目标的无损探测、地下电波传播和瞬态电磁场理论的研究己经原来越为人们所重视,并对目标物的探测做了大量的研究工作。探地雷达作为一种无损探测技术对于考古研究,探矿研究,特别是对探测埋藏在地下的目标物,检测目标物的分布范围有着积极的作用。地下目标之所以在雷达剖面上很好地反映出来,主要是因为目标物和周围介质在电性(主要是电导率和介电常数)上存在差异,当电磁波遇到这层界面时发生发射。探地雷达这方面的应用可以用于探测地下古墓,埋藏在地下的矿藏以及地下的管线等等。
, 探地雷达初步检测
通过探地雷达的检测波形,可初步判断相对不利路段,从而确定后续需要进一步采用瑞利波检测的路段,缩小瑞利波检测范围,降低测试成本。在沪宁高速公路扩建工程路基检测项目中,通过探地雷达初步确定了瑞利波检测范围,对检测路段进行了路基填筑质量判别
异常段判断依据:(1) 检测路段彩色剖面图同正常路段相比有明显变化,见图 2,2、图 2,3;(2) 检测路段探地雷达波形图与正常路段相比,有较明显的波峰,见图 2,2、图2,3,表明此段路基区别于其它段,或者是含水量偏高,或者是有软弱层等等。
, 雷达病害识别的原理与方法
在道路结构层内部的检测中,结构层内部的病害主要表现为如下三种形式[38]:(1)层间脱空:沥青面层与基层表面之间出现空隙,这主要是两个层面之间施工时粘合不好或是透水性设计不当造成的。比如:有许多钻孔资料显示,在脱空部位常常存在 1mm,2mm 的灰土层,这是由于施工期间清理不完善的所造成的;另外,如果基层透水性较好,则很容易在层间形成充气脱空;如果基层透水性不好就很可能会使面层与基层之间形成充水脱空。(2)层内蜂窝:这主要是在施工时由于压实度不够造成的。若是深入了水则会形成层内富水区。(3)地基基础变形:主要会引起沥青面层发生裂隙、脱空甚至塌陷等现象。由此可以看出,结构层
的病害的表现千差万别,但具体原因主要是由于空气或水的进入而造成的,这便成了我们应用路面雷达进行病害检测的前提[39]。根据第 3 章现场取芯标定试验反算出来的相对介电常数的结果来看,道路沥青层的介电常数大致在 6,9 的范围内变化;而在这类低损耗介质中,反射系数R主要取决于介电常数[40]。根据先前的公式(2-9)我们知道有如下公式:
根据表 3-1,可以看出空气的相对介电常数为最小,为 1;而淡水的相对介电常数最大,为 81;均与道路沥青层的介电常数相差较大。由 2.3 节的内容知道,反射电磁波相位如何改变,直接取决于地层分界面的物性变化,当反射系数R的符号为负时,说明上层的波阻抗要大于下层的波阻抗,反射电磁波的相位将同入射电磁波的相位反向。反之,亦然。这样,若是在正常的道路结构中加入了水、空气或其它介质,则可以根据反射电磁波在不同地层中其强度被衰减的程度和相位的变化,相对定性地推断目标物的性质和变化。根据公式(4-1),计算得知,脱空层的存在将使得反射系数增大 2~3 倍,所以来自面层的底界面的反射强度将大大增加,使得成功探测病害成为可能[41] [42]。当使用 1GHz 天线或更高频率的天线一般可以定性地或半定量地评估病害的情况。若病害较为严重,产生了较大的脱空(气洞或水洞),则得到的反射信号往往表现出较为规律的强反射,波形图中相应位置会出现信号变化,在雷达剖面图上的表现为高亮区或高暗区,并且产生不同轴的错位(如图 4-1 或 4-2);若病害只是蜂窝状、疏松或裂隙,里面充气或充水并未形成严重脱空,则得到波形图的信号比较杂乱,且能量衰减很快,在雷达剖面图上的表现为同轴的上下错位甚至断裂(如图 4-3),病害周围产生较多无规律的杂波。在数据处理和资料解释上,为了更好地分析病害,我们对信号进行了详细的处理,目的就是扩大信号的频带宽度,减少水平干扰。在处理过程中先后试用了FIR滤波、IIR滤波、反褶积滤波、各种增益滤波和平均滤波等多种滤波方式,主要是使病害处在经过处理后信噪比得到提高[43]。下面通过几种典型实例来说明病害检测的方法:图 4-1,在亮度均匀区出现高暗区,说明此处的介电常数相差较大。由此可见 A 处有一明显的裂隙,层间己经存在小块脱空异常,如不及时发现,就会有形成较大范围层间脱空的可能;B 与 C 处是两处明显的脱空异常,经钻孔取芯验证,均发现了脱空。从图像 54 米处(正常情况)的单道波形分析中,可见,Dˊ指的位置无明显反射信号,而从 56 米处(脱空)的单道波形中,可以清晰地看出,在 D〞所指的地方与 Dˊ相应的地方出现了明显的波形相位及幅值变化,呈强负相反射异常,说明此处有充水脱空情形,这与上文分析的脱空产生时应有的异常特征是完全对应的。
图 4-2 也是脱空的典型实例。在地下 1m 处,产生了持续 4m 长的高亮区,由于其正相反射强烈,怀疑为充气脱空区,后经实地开挖验证,发现确实为大面积的脱空区,说明脱空病害识别的正确性。
图 4-3 是疏松裂隙的 .6m 处,产生了持续 30m长的典型实例。在地下深 0.3,0高亮区,由于其同轴的上下错位,病害周围产生较多无规律的杂波,所以判断其为疏松;而在 940 米处左右,有一纵向严重错位,但其长度较短,判断其为裂隙,后经实地取芯验证,推测正确。
上述就是利用雷达来识别道路结构层病害的简单原理和实例。雷达病害识别属于是反问题研究的领域,同一雷达信号对应着无数种解,究竟如何判断和取舍较多的依赖于工程师个人基于经验的积累。以上给出的实例是在检测过程中一些比较典型的情况,但实际的过程要远远复杂得多。但无论如何,路面雷达向我们提供了一种可以用来无损识别结构层病害的方法,识别准确性的提高需要路面雷达的技术进一步的成熟。
, 小结
通过探地雷达检测波形,可初步判断相对不利路段,作为瑞利波检测路段,以缩小其检测范围,同时可对检测路段进行路基填筑总体情况判别。在进行数字编辑处理时,要消除由于扩散或高频传输诱发的低频组分;消除由于天线接地条件和温度环境造成的零点漂移现象;消除强噪声干扰;选择适当的增益(十分重要);必要时需进行振幅谱、频率谱分析,并根据分析结果确定各种滤波器的参数,进行滤波处理,以突出有效反射波,压制无效干扰波。还需要根据工作目的进行各种处理前后的数据相加、相减,以研究或感受各种处理的作用和功能。探地雷达以其高速快捷、高精度的特点在公路工程质量无损检测中得到广泛应用,试验表明效果良好。探地雷达的应用初步解决了无破损检测公路工程质量的问题,为新建公路、改扩建公路、旧路的维护保养等的质量检定评价提供一种高速简捷的方法,具有较高的技术推广价值[7,8]。
范文五:地质雷达检测报告
地质雷达检测报告 R-04003 第 1 页 共 6 页
报告编号:R-04003
检测对象:宜万铁路齐岳山隧道出口混凝土衬砌
委托单位:中铁十五局(集团)有限公司隧道公司
检测日期:2004年11月27日
检测目的:检测拱顶二衬混凝土是否有脱空
检测二衬混凝土厚度及混凝土缺陷
中铁十五局集团有限公司计量测试中心
2004.11.30
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1、2004年11月27日,中铁十五局集团公司计量测试中心受中铁十五局集团公司隧道
公司委托,对宜万铁路齐岳山隧道出口段混凝土衬砌进行雷达检测,主要目的是检测隧道
衬砌拱顶是否有脱空以便进行压浆处理、混凝土衬砌厚度是否满足设计要求、衬砌混凝土
是否存在较大的缺陷及缺陷位置,附带检测衬砌背后隧道围岩是否存在地质缺陷。
2、检测里程及测线布置:DK371+318.0~DK371+783.0(洞口),465米。分左右拱脚、拱顶、左右边墙共测五道纵剖面。由于场地条件限制,DK371+517.3~+783.0(洞口)的左右拱脚及拱顶未测。
1
地质雷达由主机、天线和配套软件等几部分组成,根据电磁波在有耗介质中的传播
特性,发射天线向被测介质发射高频脉冲电磁波,当其遇到不均匀体(界面)时会反射一部分电磁波,其反射系数主要取决于被测介质的介电常数,雷达主机通过对此部分的反射波
进行适时接收和处理,达到探测识别目标物体的目的(见图一)。
图一 地质雷达基本原理示意图
电磁波在特定介质中的传播速度是不变的 ,因此根据地质雷达记录的电磁波传播时
间ΔT,即可据下式算出异常介质的埋藏深度H:
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(1) HVT,,,2
式中,V是电磁波在介质中的传播速度,其大小由下式表示:
(2) VC,,
8式中,C是电磁波在大气中的传播速度,约为3.0×10m/s;
ε为相对介电常数,不同的介质其介电常数亦不同。
雷达波反射信号的振幅与反射系统成正比,在以位移电流为主的低损耗介质中,反射
系数可表示为:
,,1,2 (3) r,
,1,,2
反射信号的强度主要取决于上、下层介质的电性差异,电性差越大,反射信号越强。
雷达波的穿透深度主要取决于地下介质的电性和波的频率。电导率越高,穿透深度越
小;频率越高,穿透深度越小。
针对隧道衬砌检测,不仅要检测衬砌厚度、是否脱空以及混凝土缺陷,还要检测混
凝土背后围岩的情况,所以检测控制深度在1.5米左右。
本次检测,使用仪器为意大利产RIS-2K型地质雷达,天线采用了600×1600MHz天
线阵,满足检测要求。
1
左右拱脚二衬混凝土厚度在40cm~50cm之间,厚度较为均匀,极个别地方岩石突出
部位厚度最薄大于35cm。极个别超挖部位二衬混凝土厚度大于50cm。
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拱脚二衬混凝土典型雷达图
二衬混凝土局部有不密实情况
2
拱顶二衬混凝土厚度在40cm~45cm之间,厚度较为均匀,极个别地方岩石突出部
位厚度最薄大于38cm。个别超挖部位二衬混凝土厚度大于50cm。
拱顶二衬混凝土与喷射混凝土间脱空(上下图)
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序 号 里 程 范 围 长度范围 ( m ) 脱 空 情 况 描 述 1 DK371+320.3~+321.1 0.8 二衬混凝土与喷射混凝土间轻微脱空 2 +329.8~334.4 4.6 二衬混凝土与喷射混凝土间轻微脱空 3 +338.9处 0.3 混凝土不密实
4 +340.7~+341.7 1.0 上部混凝土不密实,可能脱空 5 +348.3~+349.4 1.1 二衬混凝土与喷射混凝土间脱空 6 +364.7~+366.4 1.7 轻微脱空,+366.7处为模板接缝 7 +370.3~+374.5 4.2 有间断不连续脱空
8 +387.1~+387.8 0.7 上部混凝土不密实,脱空 9 +408.1~+410.2 2.1 轻微脱空
10 +427.6~+429.0 1.4 上部混凝土不密实,有一小段轻微脱空 11 +430.3~+434.2 3.9 脱空
12 +437.8~+439.0 1.2 上部混凝土不密实,可能有一小段脱空 13 +440.9处 混凝土不密实,有蜂窝空隙 14 +451.3~+453.6 2.3 二衬混凝土与喷射混凝土间轻微脱空 15 +454.6~+457.8 3.2 脱空混凝土厚度49cm 16 +462.8~+466.2 3.4 脱空,混凝土厚度45cm 17 +475.6~+479.7 4.1 脱空,混凝土厚度45cm 18 +494.9~+495.4 0.5 上部混凝土不密实,有轻微脱空现象。 19 +496.9~+498.1 1.2 上部混凝土不密实,有轻微脱空现象。 20 +502.2~+505.5 3.3 脱空,混凝土厚度49cm
边墙二衬混凝土厚度在40cm~50cm之间,超挖地段较多,厚度大于50cm,极个别地方岩石突出部位厚度最薄,大于38cm。
右边墙里程DK371+322.2~+324.2处,衬砌背后岩层有明显斜向节理,
DK371+323.2~+323.7处内部混凝土轻微不密实。
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里程DK371+330.2~+330.9,厚度44cm以外混凝土有不密实或有空洞存在,其背后岩
层至少深度1.7m范围内石质破碎、酥松、或有空洞,有必要压浆处理。
右边墙里程DK371+320.7~+347.3段典型雷达图,喷射混凝土内钢筋格栅明显,二衬
混凝土内钢筋分布均匀,二衬混凝土及喷射混凝土厚度符合设计要求。 在DK371+447.7~+457.7段可能超挖50cm~60cm。
1、 衬砌厚度较均匀满足设计要求。
由于使用泵送混凝土大模板衬砌台车施工工艺,混凝土缺陷很少,仅在个别处由
于混凝土离析存在不密实情况。在后续施工中,应注意砂石料级配,优化配合比
设计和控制混凝土坍落度。
3、 拱顶衬砌混凝土有个别地方存在脱空现象,可能与防水板拉紧有关,应注意防水
板尺寸与定位,结合用高压小排量方法综合予以改善。