地质雷达讲义.docx

本文格式为Word版，下载可任意编辑地质雷达讲义 第六章 探地雷达在隧道地质预报 探水中的解释资料问题 随着交通和能源创办的投资力度的加大，近年来，每年修建的马路和铁路隧道达7、8百公里，还有大量的水工隧洞和大型地下厂房及其它大型地下工程在修建地下工程是施工高风险的工程，施工中弥漫了未知数，大量已知的、不领会的、未知的地质苦难源在等待者工程创办者们其中，施工中遇到突泥、突水是最危害的要挟，近几年，一些正在施工的隧道，更加是长隧道，施工时遇到突泥、突水，不仅大大延误工期，造成很大经济损失，而且有的隧道还造成多人的伤亡虽然近十余年来人们研究和使用一些物探方法在地下工程施工时作掌子面前方地质预报，但预报地下水仍是个困难的问题，以至成为业界要求作为首要要解决的问题探地雷达是目前隧道地质预报探水的最主要的手段，但是近几年的实践说明，其探查预报地下水的告成率不高经调查，资料解释的理论和实践未为大多数工作人员所了解和掌管是主要理由之一 雷达是用放射天线向岩体放射有确定宽度的高频电磁波，岩体中的介质因介电常数ε的不同而反射雷达波被接收天线接收介电常数差是雷达工作的根基空气的介电常数为1。

岩石的介电常数为4～20，水的介电常数为81因而探地雷达对水有更加的敏感性同时，地下水往往为高电导介质，对雷达波的回响也与其它介质有识别本文将从理论依据和实际应用方面来探讨有关问题 6.1 地下水对雷达波的反射波的特点 6.1.1 雷达波通过含水体后，高频成分被吸收，反射波的优势频率降低 电磁场由麦克斯韦方程来描述并包括电荷守衡方程以及场量与介质关系的本构方程 无界平匀有耗介质中的电磁波的电场表达式为： E（r）= E0 e-jkr 其中，k = β-jα；α为衰减系数；β为相位系数 若假设介质介电常数和电导率均为实数，那么： α = ω??｛[1+（σe/με）2］1/2/2-1｝1/2 当σe/ωε>60λ0σ，那么： α=ω（ε0μ）1/2(30λ0σ/εr）1/2 入射波的电场：Ei = E0ie j ( ωt – kr)1/2 成反比；当 σe/ωε>> 1 ，即电导率σ e ； 反射波的电场：Er = E0re j ( ωt – kr) 雷达波是横波，垂直入射到反射面，那么： ki ﹒r = kr ﹒r Ei ﹒ki =0 Er﹒kr =0 ZC1/ZC2 =n2/n1 其中，n1=（ε1μ）1/2 ； n2=（ε2μ）1/2。

入射波与反射波的电场之比为： Ei /Er=（n1－n2）/（n1＋n2）= (Zc2－Zc1)/ (Zc2＋ Zc1) 即介电常数区别越大, 反射系数越大,反射波强度越大, 水的介电常数远大与岩石,因此雷达波的反射猛烈 2.在高电导率(低电阻率)介质中εr>1 R = ［（n1－n2）2＋n22］/［（n1＋n2）2＋n22］ =［1+(1- n1/n2)2］/ ［1+(1+ n1/n2)2］ 若n1〈〈 n2 ，那么 ： R ≈ ［2- 2（n1/n2)］/ ［2+2(n1/n2)］≈ 1-2（n1/n2) 即电 , 反射系数越大,反射波强度越大，越接近1水的 电导率远大与岩石,因此雷达波的反射猛烈 6.1.3 从含水层反射的雷达波，相对于入射波，其相位会反相(相差1800) ε2﹥ε 1 和σ2﹥σ1 都会使反射系数R成负值 实际上，Ei /Er=（n1－n2）/（n1＋n2）= (Zc2－Zc1)/ (Zc2＋ Zc1) 当波从高阻抗向低阻抗入射时，Ei /Er<0，反射波电场Er 与入射波电场Ei 正负相反，反射波与入射波间有180的相位差。

这些是含水层反射雷达波的重要正演概念，是分析和解释含水层反射信号的根本原那么 当然，这些都是物理场奇怪的规律需要掌管和分析地质规律例如，所探查的是溶洞的泥水还是岩溶裂隙水，岩溶裂隙水主要赋存在哪几组裂隙中，这几组裂隙假设并不和掌子面平行，在雷达图像上就会是斜交的奇怪带；又如，页岩、泥岩和板岩等泥质岩也是电导率较高的，等等 0 6.2 实例 6.2.1 隧道衬砌质量检测时岩体中的地下水 图6-1给出了水泉湾隧道一段雷达检测衬砌的资料雷达探到了围岩中的溶洞（标注R的双曲线形反射波同相轴窟窿正演图像），地下水向它集中后持续沿裂隙向隧道侵入并突破防水层渗出衬砌(图中标注W者)，可以看到水的强反射以及它与入射波（正半周—红、黄色—在前）的相位相反（负半周—蓝、绿色—在前） 图6.1 水泉湾隧道雷达探查到小溶洞 和向隧道侵入的地下水图像 图6-2 明月峡隧道雷达探查到坍方及回填 和地下水通过坍体向隧道侵入的图像 注： W—地下水 K—回填物中的小空洞 G—钢拱架 图6-2为明月峡隧道雷达检查施工时坍方深度及回填处理质量时探到的地下水通过坍体向隧道侵入的图像，地下水通过坍体侵入，可以明显地看到标注为W的地下水的反射图像，其强反射及与入射波的相位（正半周—红、黄色—在前）相反（负半周—蓝、绿色—在前）为其特征。

6.2.2 隧道施工时预报前方地下水现场资料采集时的留神事项 — 5 —。