地质雷达在堤坝隐患探测的应用

摘要：堤坝隐患的快速准确探测是我国水利工程中目前急需解决的一项重大课题。本文结合堤坝隐患实例对探地雷达技术（探地雷达的原理、REFLEXW解释软件的雷达数据处理流程和解释）做个分析。并针对目前探测技术的现状，结合我国水利工程的实际，探讨堤坝监测技术的发展趋势。

关键词：堤坝隐患 ；探地雷达法

Abstract:Exploring of the hidden troubles of dike fleetly and exactly is an important problem which is need to be solved imminently,in our water conservancy projecct. In this article,I introduce and analyse the technologys of Ground Penetrating Radar Mothod detailedly,include the rationale of Ground Penetrating Radar,the treatment scheme of the radar date of explaining software named REFLEXW.Aim at present situation of exlploring technologys ,Unite illustrations of our courtry’s water conservancy projects,reseaching the development of monitoring methods in the dike monitoring domain.

Keywords：the hidden troubles of dike ；Ground Penetrating Radar Method ；

中图分类号：TJ51+2 文献标识码：A文章编号：

一、引言

地质雷达探测技术近十年来在国内外发展迅速，它属于无损探测技术，在工程物探检测技术中具有较高的探测精度。该探测技术能满足隐蔽工程无损、快速、连续和高精度等探测需要。国外地质雷达探测技术发达国家对类似高坝等重大水利工程的隐患探测、隐患防治工程（如灌浆）质量监控、岩溶裂隙带探测等，均广泛采用地质雷达探测技术，探测效果和经济效益明显。

二、探地雷达的工作原理

探地雷达（Ground Penetrating Radar，GPR，又称地质雷达）由发射部分和接收部分组成。发射部分由产生高频脉冲波的发射机和向外辐射电磁波的天线(Tx)组成。通过发射天线电磁波以60°～90°的波束角向地下发射高频电磁波（106～109Hz），电磁波在传播途中遇到电性分界面产生反射。反射波被设置在某一固定位置的接收天线（Rx）接收，与此同时接收天线还接收到沿岩层表层传播的直达波，反射波和直达波同时被接收机记录或在终端将两种被显示出

来。

图1反射雷达探测原理

三、实例分析

1.采用仪器

本项目使用仪器是瑞典产RAMAC/GPR地质雷达系统，该仪器由主控单元、电子单元、天线、计算机等组成。具有指数信号增益控制功能， A/D 转换位数≥16bit，兼有多次叠加功能且叠加次数≥8 次。该系统配备有多套天线系列，根据不同的探测目的及深度，配以不同频率的天线。

2.参数设置

采用中心频率100MHz天线，时间窗口512，采样频率1000MHz，8次叠加。详查段发射接收天线间距离0.5m，点距0.5m；普查段发射接收天线间距离1m，点距1m。

3.测线布置

堤顶表面相对平缓，无障碍，天线易于移动。探测时测线完全布置于堤顶，根据探测时的记录，起始点位于桩号0处并做标记，每25m定一个点，50m标记一桩号。为了减少探测过程中的累计误差，每隔50米校正一次（也就是雷达探测50米储存一个文件），以保证累计误差不影响到下一段。

图2探测布线示意图

4.资料处理解释、地质结论及建议

（1）数据处理方法：为了对雷达图像进行合理的地质解释，首先需要进行数据处理。数据处理主要是对雷达波形作处理，包括增强有效信息、抑制随机噪声、压制非目标体的杂乱回波、提高图像的信噪比和分辨率等。其目的是压制随机的和规则的干扰，以尽可能高的分辨率在雷达图像上显示反射波，便于提取反射波的各种有用参数，以利于地质解释。

常用的雷达数据处理手段有数字滤波、反滤波、偏移绕射处理和增强处理等。数字滤波利用电磁波的频谱特征来压制各种干扰波，如直达波和多次反射波等；反滤波则是将地下介质理解为一系列的反射界面，由反射波特征求取各个界面的反射系数；偏移绕射处理，即反射波的层析成像技术，是将雷达记录中的每个反射点偏移到其本来位置，从而真实反映地下介质分布的情况；增强处理，有助于增强有效信号，尽可能清晰地反映地下介质的分布情况。

（2）资料解释及地质结论：本次野外施工，现场干扰较少，数据采集质量高，利于室内数据处理与解释。数据处理过程中采用了Radpro、Reflex、Vista66等3种地质雷达数据处理软件，经过对3种软件处理结果的对比分析，发现其响应特征基本一致。相比较，Reflex成像效果更加形象直观，因而在解释过程中，采用了Reflex处理后形成的雷达剖面。

雷达剖面上：左侧为雷达波的双程走时，单位：ns；右侧为探测深度，单位：m，其时深转换的电磁波传播速度为0.06m/ns(据大量的实测经验，堤防土质中电磁波传播速度一般为0.08m/ns，故本次探测同样采用了该速度)。

图3雷达剖面813m~838m处异常

（3）开挖验证

①在桩号738m处发育一洞口面积约36cm*36cm，内部直伸一臂不见底。同时在反滤布下有一由江水冲刷产生的45cm*30cm的凹坑，凹下约13cm。下面是雷达剖面和开挖验证照片。

图4a736—741米处的探地雷达图像（可见笔圈的部位和其他地段波形有明显差异）

图4b736—741米处空洞洞口照片和凹坑照片

②在军民圩1080m处，发育一深达20cm、洞口面积约15cm*10cm的空洞。下面是雷达剖面和开挖验证照片。

图5a1078-1084米处的探地雷达图像

图5b 1078-1084米处的空洞照片

（4）地质结论及建议

该区域在利用地质雷达探测过程中发现多个异常区，这些不连续的异常表现可解释为该区域土质疏松，不密实或地基充填物为大块砾石的反映，在水的侵蚀、侵泡作用下可能进一步的发展成为导水通道。

建议在上述异常区域段内进行注浆加固治理工作，提高堤坝的强度，以便提高堤坝的防水能力，增强其安全系数。

参考文献：

[1] 曾昭发，刘四新，王者江，薛建.探地雷达方法原理及应用.科学出版社，2006

[2] 李祥，李方才等.用地质雷达技术对堤坝隐患无损探测的分析.省略

注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。