建筑设计

地质雷达在岩土层勘察探测中的应用

发布时间：2013-11-29 | 所属分类：建筑设计：论文发表 | 浏览： | 加入收藏

摘要：建筑工程或大型基建项目岩土层勘察是基础保证，钻探和微测井地等方法都只能得到部分点的岩土层信息；地质雷达探测是利用不同界面的电性差异,反映整个空间岩土性质变化的特征。针对某勘察任务的需要，从地质雷达参数设计、资料处理和岩土层信息解释说明了在岩土层勘察应用，显示地质雷达探测能提供整个工程区域岩土勘察信息，为工程设计、施工提供可靠保障。

关键词: 地质雷达，岩土勘察，电性结构，反射波处理；

Abstract: Construction or large infrastructure projects is the basis to ensure rock and soil survey as drilling and micro logging methods can only get part of the rock and soil information. The geological radar detection skill takes use of different electricity in different interface to reflect spatial soil properties variation characteristics. According to a survey mission needs, this paper explans the use of geotechnical investigation from the design of geological radar parameters, data processing and rock and soil information, indicating that geological radar intection can provide geotechnical investigation of the whole project area, thus making reliable guarantee for engineering design and project construction.

Key words: Geological radar, Geotechnical investigation, Electrical structure, Reflection wave processing

所谓地质雷达，亦称为探地雷达，一般是将1Mz~1GHz的高频电磁波通过发射天线进行定向发送，当介质存在着电性差异时，会反射一部分电磁波并由地面接受天线所接收，雷达主机会对所收到的反射信号(波形、强度、电性和几何形态)数据进行相应的处理和解释，从而达到对岩土层信息和目标体的探测。该技术属于无损检测，具有的高效、连续、无损、高精度等特点，因而得到了广泛的应用。

大型基建工程岩土层信息在空间变化较大的区域，对其详细全面的勘察非常重要，由于受成本和工地条件的限制，通常采用布置部分钻探和微测井。而钻探和微测井地等方法都只能得到一个点的岩土层信息，利用间隔较大的多点测量对岩土层界面进行划分,不能准确确定表层的岩土层界面和结构,对岩土层信息的分析存在多解性。地质雷达探测是利用不同界面的电性差异,反映岩土性质变化的特征。

某客车公司厂房大型基建基础施工需要勘察浅地表岩土层特性，需对该厂区浅层地质情况进行勘探，为了了解该厂区的地质层位的详细分布和空间变化，设计了1500米长地质雷达测线。使用RIS探地雷达40MHz半屏蔽天线对该测线进行了连续剖面测量，为设计和施工提供指导。

1 探测原理

探地雷达的主要组成部分包括一体化主机，发射和接收天线以及相应的配套软件等。其基本工作原理是：电磁波在传播过程中，不同的有耗介质中所具有的传播特性存在一定的差异。利用宽频带短脉冲，探地雷达所发射的高频电磁波(如40Mhz)在经过不同介质界面时会发生相应的反射，一般而言，介质的相对介电常数就决定了该反射系数的大小。这样，雷达主机会对反射回来的电磁波信号进行数据处理并解译相应的图像，从而有效的对反射层或不易发现的目标物进行有效识别。另外，雷达波的反射信号强度与电性差异是正比例关系，通常是不同介质的电性差异越大，雷达电磁波反射信号越强。而雷达电磁波的穿透深度与介质电性和中心频率成反比例关系，即导电率和中心频率越高，电磁波的穿透深度越小，反之亦然。如图1所示。

图1 探地雷达工作原理示意图

在一定的介质中，电磁波的传播速度是恒定的，通过读取探地雷达所高妙的记录地面反射波与地下反射波的时间差，我们就可以计算地下反射层的埋藏深度，如式(1)所示。

(1)

V是电磁波在介质中的传播速度，ΔT是时间差，H是地下反射层的埋藏深度。

电磁波在介质中的传播速度计算方法如式(2)所示：

(2)

其中，H是所要探测的目标物的厚度；V是电磁波在地下介质中的传播速度，C是电磁波在大气中的传播速度，是一个常数，一般记为3×108m/s；ε是相对介电常数，该常数随着地下各层构成物质的不同，其介电常数也不同，具体数据需要根据实际情况而定，不能一概而论。

通常情况下，雷达波反射信号的振幅与反射系数是正比例关系，考虑以位移电流为主的低损耗介质，反射系数r的测算见式(3)：

(3)

式中，ε1、ε2为不同介质所对应界面的相对介电常数。

2 数据采集及参数确定

测量参数选择合适与否关系到测量的效果，根据勘察任务的需要，现场测量开始前应该对雷达的采集参数进行试验和设定，测量参数的选择包括天线中心频率、时窗、采样率、采样点数以及发射与接收天线间距，参数设置的是否合理影响到记录数据的质量，至关重要。