地质雷达的工作原理及应用.pdf
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地质雷达的工作原理及应用.pdf
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文章编号:
100926825(2007)2120126202地质雷达的工作原理及应用收稿日期:
2007202226作者简介:
常铮(19802),女,硕士,助教,贵州大学资源与环境工程学院,贵州贵阳550003常铮摘要:
对地质雷达探测技术进行了介绍,分析了地质雷达探测的工作原理,从工程场地勘察、工程质量检测考古探测、隧道超前探测、矿井等方面对地质雷达的应用进行了深入探讨,以推广地质雷达的应用。
关键词:
地质雷达,工作原理,工程探测中图分类号:
TU412文献标识码:
A地质雷达探测是一种先进的测试技术,是近十余年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、实时图像显示等优点,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,必将在今后的工程探测领域发挥着愈来愈重要的作用。
因此,对广大工程技术人员来说,了解和学习地质雷达的原理及应用是非常必要的。
1工作原理地质雷达探测的工作原理,简单地说是通过特定仪器向地下发送脉冲形式的高频、甚高频电磁波。
电磁波在介质中传播,当遇到存在电性差异的地下目标体,如空洞、分界面等时,电磁波便发生反射,返回到地面时由接收天线所接收。
在对接收天线接收到的雷达波进行处理和分析的基础上,根据接收到的雷达波形、强度、双程时间等参数便可推断地下目标体的空间位置、结构、电性及几何形态,从而达到对地下隐蔽目标物的探测(如图1所示)。
这是一种非破坏性的探测技术,可以安全地用于城市建设中的工程场地,并具有较高的探测精度和分辨率。
图1中T为发射天线,R为接收天线,电磁波在地下介质中遇到目标体和基岩时发生反射,信号返回地面由天线R接收并记录,通过主机的回放处理,就可以得到雷达记录的回波曲线(如图2所示)。
图2中横坐标的单位为m,横轴代表地表面的探测距离,在地表面均匀打点可以得到相应点位的地下介质分布情况;纵坐标代表的是电磁波从发射到遇见地下目标体或基岩时反射回地面并被仪器接收所需要的时间。
有了雷达记录的双程反射时间即可据公式
(1)算出该界面的埋藏深度H:
H=tc2r
(1)其中,t为目标层雷达波的反射时间;c为雷达波在真空中的传播速度(0.3m/ns);r为目标层以上介质相对介电常数均值。
这时就可以对雷达资料进行进一步的数据处理,其方法与地震反射法勘探数据处理基本相同,主要有以下几方面:
1)滤波及时频变换处理;2)自动时变增益或控制增益处理;3)多次重复测量平均处理;4)速度分析及雷达合成处理等。
旨在优化数据资料、突出目标体、最大限度地减少外界干扰,为进一步解释提供清晰可辨的图像。
处理后的雷达剖面图和地震反射的时间剖面图相似,可依据该图进行地质解释(如图3所示)。
2地质雷达的应用地质雷达从20世纪初,随电子技术和数据处理技术的发展,其体积越来越小,从起初的肩扛手抬,到现在一个人就可以轻便地操作和检测(如LTD22000和SIR2000一体化雷达等);其功能从探测冰层厚度(当时的工作信号频率较低)到现在的“全面开花”;其技术指标也得到极大的提高,如利用高频天线进行公路面层厚度检测时,垂向分辨率可达到毫米级,利用低频天线探测深层目标时,探测深度可达到几十米。
如今地质雷达已经广泛地应用在考古、市政建设、建筑、铁路等各个领域,主要有以下五个方面:
1)场地勘察:
解决覆盖层厚度、松软层厚度及分布、基岩风化层界面及分布、基岩节理和断裂带、地下水分布、普查场地地下溶洞、空洞、塌陷区、地下人工洞室、地下排污巷道、地下排污管道及地下管线等,在回填等松软层上,探查深度可达20m以上,在致密或基岩上探查深度可达30m以上。
2)工程质量检测及病害诊断:
近年来,国内外铁路公路等地下隧道、公路及城市道路路面、机场跑道、高切坡挡墙等重要工程项目的工程质量检测及病害诊断中,广泛采用雷达技术。
主要检测衬砌厚度、破损、裂隙、脱空、空洞、渗漏带、回填欠密实区、围岩621第33卷第21期2007年7月山西建筑SHANXIARCHITECTUREVol.33No.21Jul.2007文章编号:
100926825(2007)2120127202桩基静载试验中常见问题及处理办法收稿日期:
2007202226作者简介:
李德军(19642),男,工程师,广州市建筑材料工业研究所有限公司,广东广州510030李德军摘要:
结合日常检测工作实践,就桩基静载试验中可能碰到但又不可避免或减少的常见问题进行了探讨,并针对性地提出了处理办法以完善桩基静载试验,可供相关技术人员参考。
关键词:
桩基,静载试验,问题,处理方法中图分类号:
U473.1文献标识码:
A随着国民经济的不断提高,建筑业也得到了快速发展,高、大型建筑以前所未有的速度不断增加,对建筑地基基础的要求也相应地越来越高。
桩基作为基础的一种重要形式,越来越多地得到了广泛的应用,因此对桩基检测的要求也越来越严格。
桩基静载荷试验方法是检测桩基承载力最为可靠,也是最为成熟的方法,但在静载试验中仍存在不少问题。
1堆载法常见的问题1.1堆载平台偏心问题采用堆载平台作加荷系统时,由于堆载量不足,或由于堆载吨位过大,堆载中心难以控制,造成偏心过大,试验中还未达到目标吨位堆载便被向上顶动,堆载平台的两支墩局部出现悬空,以致压力无法加上,迫使试验中止,若不及时发现,停止加载操作,严重时会出现堆载平台塌方。
对于堆载法试验尤其是大吨位堆载试验,试验前必须编制详细可靠的施工方案,且在现场堆载反力装置过程中应做好两个一致,即平台的中心应与试桩桩头中心一致,重物的中心应与平台的中心一致。
1.2基准桩的稳定性问题在基桩静载荷试验中,测量桩“顶”位移的常用方法是用位移传感器(或百分表)测量桩“顶”相对于基准梁的位移量。
在试验过程中基准梁稳定与否相当关键。
对人工设置的基准桩而言,对其稳定性影响较大且容易被忽视的因素就是堆载重量对地表产生附加压力引起其稳定性的变化。
尤其大荷载堆载试验,就是严格按规范的要求,即试验桩、基准桩、支承墩三者的距离即使能满足不小于4d,且不小于2m(d为桩身外径),堆载时仍发现支承墩出现明显下沉现象,在一定程度上影响着基准桩(梁)的稳定性。
在没有更科学、可行的测试方法的情况下,较为实际的控制方法是尽量利用附近的工程桩作为基准桩,但工程桩可利用的场合往往不多;在其他情况下设置的基准桩,一般都设置较浅,易受地表土变动的影响。
因此,及时了解基准梁沉浮量情况很有必要。
1.3试验前主梁压实千斤顶的问题堆载法是基桩静载荷试验工作中用得较频繁的一种方法。
在广州等软土地基工程中,不少工程由于地基土较差,试验开始前,上部载荷已完全加载到支承墩上,支承墩就产生下沉,造成试验前主梁压实千斤顶,以致试验还未开始,就已有一定的荷载通过千斤顶施加到桩顶上,荷载越大事先施加于桩顶上的压力也越大,此时桩顶实际就已开始下沉,到正式试验时,这部分的沉降由于未能记录而缺失,导致试验前几级的沉降偏小,甚至没沉降。
从而影响了QS曲线的形态及最终累计沉降量,严重时还会导致结论的错误。
例如,广州南沙某工程,桩径为600mm,桩长为30.0m的PTC扰动等,路面及跑道各层厚度、破损情况,混凝土构件中的空洞、裂隙及钢筋分布等,检测精度可达毫米级。
3)地下埋设物与考古探察:
考古是地质雷达应用较早的领域,探测古建筑基础、地下洞室、金属物品等,在城市改造中用雷达可探测地下埋设物,如电力管网、输水管道、排污管道、输汽管网、通讯管网等。
4)隧道超前跟踪探测及预报:
地质雷达可预测前方50m范围内的断层、溶洞、裂隙带、含水带等地质构造。
5)地质雷达在矿井中的探测应用:
我国煤矿及金属矿山很多,煤矿及金属矿山地质构造相当复杂,地质雷达已开始用于矿山井下,在矿井中可用在掘进头前方超前探测及预测、巷道顶底板及两邦探测,主要用来探测断层、陷落柱、溶洞,裂隙带、采空区、含水带、煤厚、顶底板、瓦斯突出危险带、金属富矿带等。
3结语地质雷达在各个领域的成功应用,使得人们对其的关注也日益加深,了解和学习它也成为了广大工程技术人员的重要一课,相信随着无线电技术多门学科的进步,其关键技术必将取得更大的突破,地质雷达必将在今后的工程探测领域发挥着愈来愈重要的作用。
参考文献:
1李大心.探地雷达方法与应用M.北京:
地质出版社,1994.2王惠濂.探地雷达专辑J.地球科学,1993,18(3):
27228.3刘康和.探地雷达及其应用J.水利水电工程设计,1998(4):
38239.WorkingprincipleandapplicationofgeologicradarCHANGZhengAbstract:
Itintroducesthegeologicradarexploringskill,analysestheworkingprincipleofgeologicradar.Fromprojectexploitingincourt,projectqualityexamining,ancientexploiting,tunnelsuperiorexploitingandminingwell,itdiscussestheapplicationofgeologicradar,soastospreadtheapplicationofgeologicradar.Keywords:
geologicradar,workingprinciple,projectexploiting721第33卷第21期2007年7月山西建筑SHANXIARCHITECTUREVol.33No.21Jul.2007
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- 地质 雷达 工作 原理 应用