地质检测日记范文

地质检测日记范文（通用4篇）

篇1：地质检测日记范文

1.我国地史划分为哪几个阶段? 答：我国地史划分为太古代、元古代、古生代、中生代、新生代五个阶段。

2.我国地史中,古生代划分为哪几个纪？ 答：寒武纪、奥陶纪、志留纪、泥盆纪、石碳纪、二叠纪六个纪。

3.岩石按成因分为哪几类? 答: 岩浆岩、沉积岩、变质岩三类。

4.岩浆岩的主要造岩矿物有哪些?答: 长石（正长石、斜长石）、石英、黑云母、角闪石、辉石、橄榄石六种。

5.何谓联合古陆? 答: 二叠纪时的一联合超级大陆，后在三叠纪时开始裂开。

6.何谓冈瓦纳古陆? 答:又称南方大陆。由非洲、南美州、南极州、澳州和印度组成的南半球超级大陆。

7.何谓劳亚古陆? 答:由称北方大陆。由北美和欧亚大陆所构成的北半球超级大陆。8.何谓大陆漂移? 答: 指大陆在水平方向大尺度运动，岩石圈在软流圈上飘逸，大陆分裂形成大洋。

9.何谓矿物？答：矿物是地壳中的化学元素在各种地质作用下形成的，具有相对固定的化学成分、物理性质和内部结构的自然单质和化合物。10.何谓褶皱? 答：岩石受力发生弯曲成为褶。

11.褶皱几何要素有哪些？答：一是核。泛指褶皱弯曲的核心部位。二是翼部。泛指褶皱核部两侧的岩层。三是转折断。泛指褶皱两翼岩层互相过渡的弯曲部分。三是枢纽。褶皱的同一层面上各最大弯曲点的连线叫枢纽。枢纽可以是直线、曲线或倾斜线。四是轴面（枢纽面）。连接褶皱各层的枢纽构成的面。可是平面，也可是曲面，其产状同样用产状三要素表示。五是脊线和槽线。背斜中同一面上弯曲的最高点的连线称脊线。向斜中同一层面上弯曲的最低点的连线称槽线。七是轴迹。轴面与包括地面在内的任何平面的交线，均可称为轴迹。12.何谓背斜和向斜？答：所谓背斜：岩层向上弯曲，核心部位岩层老，两翼地层新。背斜受剥蚀后，在平面上，从中心向两侧，岩层从老到新对称出现。所谓向斜，岩层向下弯曲，核心部位地层新。向斜被剥蚀后，在平面上，从中心向两侧，岩层从新到老对称出现。13.何谓外动力地质作用和内动力地质作用？答：外动力地质作用以是以外部能为主要来源，在地表或地表附近进行的地质作用。主要类型包括风化、剥蚀、搬运、沉积作用、下坡运动。内动力力地质作用是以地球内部能为能源产生的地质作用，主要在地球深部进行，可波及地表。主要包括构造运动、地震作用、岩浆作用和变质作用。在地球演化过程中，内动力地质作用主导，外力加工塑造，共同作用。

14.何谓正断层、逆断层、平移断层、枢纽断层？答：断层上盘沿断层面相对向下移动的断层称为正断层。断层上盘沿断层面相对向上移动的断层称为逆断层。断层两盘延断层面走向相对移动的断层叫平移断层。一个断层面上各点位移不等，意味着断层的运动具有旋转的特点，常被称为枢纽断层。

15.何谓节理？答：节理是断裂构造的一个美容，是断裂构造的先期生成形态。通常是相对连贯和贯通的破裂，延破裂面曾有不可察觉的运动。

18.何谓双晶? 答: 两个或两个以上的晶体有规律的连生在一起。是同种物质、同种晶体的规则的连生，其中一个个体可以通过一平面的反映，或绕一直线旋转180度后，即和另一个个体重合或平行。主要包括嵌入式双晶和接触式双晶。

19.何谓沉积相? 答:能反映沉积环境的沉积物特征和生物特征的总和。20.何谓岩基、岩株、岩盖？答：岩浆侵入作用形成岩体，根据大小、形状和围岩的关系分为不同类型。规模大，地表面积大于100公里，称为岩基。规模较小，地表面积小于100公里，称为岩株。顺层侵入，顶起上覆岩层;底部平，上部呈弧形，直径约2—6公里，厚1公里，称为岩盖。

21.何谓海沟? 答: 海沟是真正的陆洋分界线。位于大陆地壳和大洋地壳的过渡地带，海底的长条形洼地，泛称海槽，其中较深且边缘陡峭者称为海沟。

22.何谓大西洋型大陆边缘、安第斯型大陆边缘？答：大西洋型大陆边缘以大西洋为代表，其特点：由大陆、大陆架、大陆坡、大陆阶、大洋盆地组成，无海沟。安第斯型大陆边缘以南美州西缘为典型，无海沟，并在大陆上有与之并行的山脉。

23.何为整合、假整合（平行不整合）、（不整合）角度不整合？答：所谓整合，即上下地层沉积是连续的，无明显间断。是长期整体下沉，连续沉积所致。所谓假整合，不同时代的岩层平行接触，中间有明显的沉积间断。是下降沉积—上升剥蚀—下降沉积所致。所谓不整合，即上下地层有明显沉积间断，而且两套地层以一定角度相接触。是强烈的地壳运动所致，如造山运动。

24.何谓岩层、岩层真厚度？答：具有一定厚度的和上、下顶底界面的层状岩石称为岩层。所谓岩层真厚度制岩层顶底面之间法线上的垂直距离。

25.何谓河流阶地? 答: 河流下切侵蚀，原来的河谷底部（河漫滩或河床）超出一般洪水位之上，呈阶梯状分布在河谷谷坡上。这种地形称为河流阶地。

26.何谓岩石圈、软流圈？答：地壳和上地幔的坚硬部分。因为莫霍面上下均为固体，机械力学性质区别不大，所以称为岩石圈。软流圈位于深度60—400公里。S波速度过莫霍面突增，在60—400公里下降，而后回升。个别地方S波不能通过。软流圈是全球性的，边界渐变，界面不平整，有一定起伏，是塑性较大的层圈，部分熔融，温度达700—1300度左右。软流圈是固态的，但其是液态岩浆的主要发源地，是个较软、易流动的岩圈。27.简述矿物的颜色。答：矿物的颜色是矿物在日光照射下，吸收某些波段，反射某些波段引起的。看矿物颜色要看新鲜面，因为矿物颜色有三种表现形式。一是自色。即矿物新鲜面的表现。是矿物固有的颜色，有矿物的化学性质和晶体结构所决定。二是他色。由杂质所引起。如气泡和其他矿物被包裹，石英含镁变黑就是其中一例。三是假色。纯物理效应引起的。如矿物表面氧化薄膜。如，黄铁矿的自色是黄铜色，兰色和褐色的黄铁矿是假色。假色无鉴定价值。要注重自色，即观察新鲜面。

28.简述岩浆岩的化学组成。答：通过对岩石圈外部16公里岩带中各种化学元素的含量比例分析得出，八种元素占此岩带重量的98%。分别是氧（O）、硅（Si)、铝（Al)、铁（Fe）、钙（Ca）、钠（Na）、钾（K）、镁（Mg）。其中氧最多，镁最少。氧化硅占总量的3/4。因此地壳中硅酸岩矿物最丰富。特别是长石、石英、云母、角闪石和辉石。

29.简述影响风化的因素。答：一是岩石的性质。其中：超基性岩（超铁、镁质）最易风化，基性岩（铁、镁质）易风化，酸性岩（硅、铝质）不易风化，尤其是细粒。同时还与岩石的物质组成、结构、构造特点有关。二是气候因素。气温变化，降水多寡，生物作用等。根本的是太阳热机器，综合地理环境因素。三是地形。影响风化的速度、强度、沉积物的厚度。四是时间因素。岩石暴露在空气、水中时间越长，越易风化。

30.鲍文反应序列、特点。答：各种岩浆岩因所含矿物及其比例不同，化学成分也有所不同。一般按岩石中Sio2的含量将其划分为酸性、中性、基性、超基性。其名称为岩石学的习惯用语，反映Sio2含量的相对高低，并不具通常化学上的涵义。分类 Sio2含量（%）矿物类别

酸性岩浆岩 75-65 以浅色矿物为主（长英质岩石）

中性岩浆岩 65-52 浅色矿物稍多于暗色物质或大致相等。

基性岩浆岩 52-45 般暗色物质（铁、镁质岩石）与浅色矿物大致相等或前者略多

超基性岩浆岩 <45 一般无浅色物质或极少，主要由暗色矿物组成超铁、镁质岩石

随Sio2含量增加，一些元素含量随着增加，另一些元素含量随之减少。如岩石中Sio2含量降低，钾、钠一般也相应降低，而镁、铁、钙则响应增高。按Sio2分类的另一原因是氧化硅在岩石中普遍存在。另有少数岩石钾、钠含量特高，称硷性岩，成分为Al2O3

岩浆冷凝，随着温度的降低，岩浆的主要成分按一般的顺序结晶。其结晶顺序称为鲍文反应序列。

不连续序列 连续序列 温度

二氧化硅SiO2含量 主要岩石 钙长石 1100℃ <45% 超基性岩 橄榄石 橄榄岩钙长石 倍长石 52-45% 基性岩 灰石 灰长石玄武岩 拉长石 65-52% 中性岩 角闪石 闪长岩安山岩 中长石 75-65% 酸性岩 黑云母 粗面岩正长岩 更长石

钾长石 钠长石 573℃

白云母

>90% 石英 花岗岩流纹岩

注:横向为其组合关系

特点:(1)岩浆作用的温度和范围很广，从1500℃开始到500℃，深度范围为地表以下几十公里到几公里。(2)不连续序列自橄榄石开始，表示富镁、铁的矿物开始结晶结晶顺序。橄榄石具有岛状的硅氧四面体[SiO4]群结构，当温度不断下降，这些[SiO4]群则聚合成单链[Si2O6]n、双链[Si4O11]n和层状[Si4O10]n。连续序列自钙长石[CaAl2Si2o8开始，结束于钠长石(NaalSi3o8)。(3)反应趋势是越来越酸性，更加富氧化硅。(4)连续与不连续两序列间有共结关系。(5)随岩浆结晶作用的进展，酸度越大(SiO2含量增加），结束早期形成的岩石越基性，晚期形成的岩石越酸性。

31.简述剪节理的主要特征。答：剪节理是由切面剪切面进一步发展而形成的。理论上剪节理应成对出现，自然界的实际成矿也往往如此，不过两组节理的发育程度可以不等。其特征如下。一是产状稳定延伸远（不受岩性控制）。二是平直光滑的节理面（切割砾石、胶结物或结核）。三是两壁闭合间距小（常密集成带，受岩层厚度影响，厚层间距稍大，薄而软的层间距小，后期风化，溶蚀可扩大间距）。四是常有擦痕与磨擦镜面（可判断相对运动的方向，位移量不大）。五是羽列现象很常见。若干条方向相同，首尾相接的小节理呈羽状排列。沿小节理走向向前观察，后一条小节理（重叠）在前一条小节理左侧，是左行（左旋），反之为右行（右旋），可判断两侧岩石相对运动的方向。五是尾端变化有个：折尾、节理叉和菱形结环，反映两组节理共轭的不同方式。

32.简述张节理的主要特征。答：垂直于张应力方向产生的割裂式破裂面。主要特征：一是产状不甚稳定，延伸不远，单个节理弯曲且短。二是节理面粗超不平，且绕砾石而过。三是两壁张开距离大，开口状或楔状，内充填岩脉。无擦痕与摩擦镜面。尾端变化有两种，树枝状分叉与银杏状结环。

33.简述节理的实用价值。答：一是判断区域应力场方向。二是生产。地体划动与节理的关系（滑坡、塌陷、块状滑塌）。沿节理面开采建材。三是矿产的形成与开采。如石油与天然气，节理的存在引起流体的循环，节理是影响岩石空隙度和渗透率的一种重要构造。四是旅游（观赏价值）。水平岩层被陡峭倾斜节理切割的地貌景观。如溶洞，沿节理走向的溶蚀。五是节理本身的价值。节理本身可作为金属与非金属矿产的沉积场所或矿化寻找隐伏矿产。

篇2：地质检测日记范文

1 地质雷达检测原理

地质雷达也称为探地雷达, 与航空雷达相似, 是利用高频脉冲电磁波的反射探测目标体。利用主频为106～109 Hz波段的电磁波, 以宽频带短脉冲的形式, 由地面通过天线发射器发送至地下, 经地下目标体或地层的界面反射后返回到地面, 被雷达天线接收器接收, 通过对所接收的雷达信号进行处理和图像解释, 达到探测地下目标体的目的。对于隧道衬砌混凝土质量检测, 地质雷达主机通过天线T由介质表面向内部发射频率为106～109 Hz的电磁波 (见图1) , 当电磁波遇到不同媒质的界面时便会发生反射与透射。反射波返回衬砌表面, 又被接收天线R所接收 (发射与接收可为同一天线) , 此时雷达主机记录下电磁波从发射到接收的双程旅行时间∆t。因为电磁波在介质内的传播速度V可由已知介质厚度或现场打孔测定得到, 所以可由深度D=V·∆t/2式求出反射面的深度 (即介质厚度) 。

在地质雷达法勘探中, 电磁波通常被近似为均匀平面波。其传播速度在高阻媒质中取决于媒质的相对介电常数εr, 见公式 (1) :

式中:C=0.3 m/ns;εr为媒质的相对介电常数。

由此可知, 在隧道衬砌混凝土质量检测中, 电磁波的传播速度只与衬砌媒质的相对介电常数有关, 随之增大而减小。电磁波传播在遇到不同媒质界面时, 其反射系数为:

因此, 电磁波的反射系数取决于界面两边媒质的相对介电常数差异, 差异越大, 反射系数越大, 进而反射信号强度就越强, 界面就越清晰。对于隧道检测, 涉及的主要媒质为:混凝土、钢筋、空气、水和围岩。铁路隧道内所涉及的这几种媒质物性差异均较大, 会形成较强的反射, 符合地质雷达检测的基本前提条件。

2 铁路隧道检测实例

2.1 隧道工程地质概况

某铁路隧道全长503 m, 经过丘陵低山区, 植被发育。隧道进口段表层系第四系残积坡积粉质黏土, 黄褐色, 硬塑, 层厚0.5～1 m。下伏系侏罗纪凝灰岩, 浅灰色, 弱风化, 节理裂隙较发育, 地下水不发育。隧道中部 (DK×+～DK×+570) 段表层系第四系冲积粉质黏土, 黄褐色, 硬塑, 层厚>2 m。其下系侏罗纪凝灰岩, 浅灰色, 弱风化, 节理裂隙较发育, 地表水较发育。隧道出口段表层系第四系残积坡积粉质黏土夹碎石, 黄褐色, 硬塑, 层厚约0.5 m。下伏侏罗纪凝灰岩, 浅灰色, 强风化, 层厚1.5～2 m;其下为侏罗纪凝灰岩, 浅灰色, 弱风化, 节理裂隙较发育, 地下水为基岩裂隙水, 较发育。

2.2 隧道检测流程

铁路隧道衬砌检测采用SIR-20型地质雷达 (美国GSSI公司) 主机 (见图2) 、5103型400 MHz收发单置屏蔽天线 (收发一体) 及连接电缆和电瓶 (见图3) 。

根据有关技术要求, 采用对衬砌无损检测, 沿隧道纵向共布置6条测线:拱顶、左拱腰、右拱腰、左边墙、右边墙及仰拱或底板 (见图4) 。边墙测线位于隧道边墙底部, 拱腰测线位于隧道起拱线和拱顶中部, 仰拱或底板在检查井与水沟电缆槽的中间。

检测里程:DK××+300～DK××+780;隧道长度×××m;测线长度×××m。实际操作中将SIR-20型地质雷达配置的400 MHz天线紧贴隧道表面, 然后以3 km/h速度匀速移动天线, 采用人工触发方式, 每10 m打一个标记, 进行连续测量。

测量参数设置:测量方式依据所测媒质一般采用400 MHz天线沿隧道纵向做连续测量, 时窗范围30 ns;采样率512样本/线;扫描率100线/s。

2.3 检测资料处理及分析

(1) 资料处理。将采集的数据传输到计算机, 利用RADAN专用雷达处理软件将原始记录切除首尾废段→按10 m标记对记录进行水平均衡→调整测量方向保持一致→零点校正→水平、垂直滤波→识别界面及有效信号→输入介电常数→拾取衬砌厚度界面→分析回填情况。

(2) 介电常数的确定。本次检测介电常数εr的确定, 采用温福线隧道检测多次打孔计算得到的平均介电常数εr, 由已知公式计算混凝土的衬砌厚度, 式中C为光速 (C=0.3 m/ns) , Δt为电磁波对衬砌界面的双程旅行时间。隧道的介电常数平均值εr=7.0。

(3) 检测图像分析。在地质雷达对隧道衬砌进行检测过程中, 背后回填情况可分为:密实、不密实和空隙大小 (单位:cm) 。在雷达图像上的判识原则如下:

密实:衬砌背后回填密实、无空隙;

不密实:衬砌背后回填大部分密实、局部有小空隙;

空洞空隙大小:衬砌背后回填不密实、空隙范围大。

衬砌界面:地质雷达对隧道衬砌厚度界面进行检测时, 天线由表面向内辐射电磁波, 当遇到衬砌界面时, 产生反射, 在雷达图像上可以看到一界面清晰连续的反射波组, 然后输入合适的介电常数, 对同相轴进行追踪, 即可得衬砌界面的连续厚度值, 衬砌界面图像见图5—图8。

在图像中可以清晰地分辨出衬砌、钢筋、钢拱架的分布情况及不密实区域的规模和空洞的空间分布状态, 为后续作业提供准确的位置。

3 结论与展望

(1) 通过对铁路隧道衬砌质量的检测, 表明地质雷达在判断隧道衬砌厚度、空洞规模、钢拱架位置等方面具有较高的准确性。对施工单位采取加固措施消除隐患提供准确的数据, 将隐患排除在隧道投入使用之前, 对隧道的安全使用和正常营运起到重要作用。

(2) 提高地质雷达检测精度, 必须选择好工作参数。地质雷达检测技术的关键在于选取合适的频率天线、数据的采集和对所采集波形的分析判断。

(3) 通过工程实践表明, 地质雷达检测隧道质量是一种快速高效、实用方便、安全经济的无损检测方法, 大力推广该技术将产生显著的经济效益、技术效益和社会效益。

参考文献

[1]薄会申.地质雷达技术实用手册[M].北京:地质出版社, 2006

[2]TB10223—2004铁路隧道衬砌质量无损检测规程[S].北京:中国铁道出版社, 2004

[3]杨峰, 苏红旗.地质雷达技术及其在公路隧道质量检测中的应用[J].筑路机械与施工机械化, 2005 (10)

篇3：地质雷达在隧洞检测的相关应用

关键词：隧洞检测；地质雷达；原理；技术

随着国家加大水利建设的投入，以及对水利工程质量的高度重视，采用地质雷达对隧道衬砌进行检测较为普遍。在介质中高频电磁波有高衰减性，應用受一定限制。检测效果除了与技术有关外，还与其他因素密切相关，需做好深入分析。隧洞地质雷达的检测原理、检测影响因素及检测技术等为以下重点研究的。

一、隧洞地质雷达的检测原理

地质雷达作为电磁技术可确定地下介质的分布光谱，光谱范围1MHz-1GHz。介质中的电磁波传播，其电磁场强度、路径、波形可随着通过介质几何形态及电磁性质而变化，故按照接收波双程走时（反射时间）、波形资料及幅度等，便能推断介质结构。

当隧道衬砌有缺陷时，缺陷衬砌和良好衬砌之间介电常数对比有所差异，导致雷达波异常反射。地下异常体几何形体可概括为面状体和点状体，其中面状体包括层面、裂隙等，点状体包括管线、孔洞等。不同地下异常体的雷达图像特征不同，面状体为线状反射，而点状体反射为双曲线弧。反射波振幅可用于判断异常区特征，反射波走时可用于判断异常位置，公式为h=（v2t2-x2/2）1/2，h表示异常体深埋，v=c/ε1/2表示介质中电磁波传播速度，ε表示介电常数，经测定或查相关参数获得，c表示空气中电磁波传播速度；t表示双程走时，而x表示收发距[1]。空气ε为1，电导率0，传播速度03m·ns-1，吸收系数0；水ε为80，电导率05ms·m-1，传播速度033m·ns-1，吸收系数01dB·m-1；黏土ε为5-40，电导率2-1000ms·m-1，传播速度006m·ns-1，吸收系数1-300dB·m-1；混凝土ε为4-20，电导率1-100ms·m-1，传播速度012m·ns-1；金属ε为300，电导率1010ms·m-1，传播速度0017m·ns-1，吸收系数108dB·m-1。当发射天线和接收天线沿着被检测的物体表面作同步逐点移动时，便能获得内部介质的剖面图像，以此进行衬砌质量检测。

二、地质雷达的检测影响因素

1、现场环境

主要体现在检测面平整度和杂波干扰两方面。干燥空气中雷达波速度03m/ns，是混凝土3倍。若检测面较不平整，则雷达天线和其侧面无法紧密接触，存在空气；如间隙较大，则被检测面可显示异常界面，产生多次反射信号，和衬砌内异常界面交错或重叠出现，可将干扰信号误判地下埋设物，或所推断衬砌层厚度较实际厚度偏大。隧道中的部分物体可形成反射信号，如金属构件，导致记录图谱多变，难以分辨，例如通信信号线、接触网高压电缆线、架线作业车金属平台。

2、检测区间的物理状态

雷达波波速决定着探测物深度判断精准度。衬砌层原材料影响衬砌层雷达波的传播速度。就隧道衬砌来说，混凝土振捣及搅拌均匀性、设计等级等均对介电常数取值有影响，故衬砌层的物理状态对雷达波变化有直接影响，主要为衬砌层材料及含水量变化影响。例如，雷达波水中速度033m/ns，而混凝土速度012m/ns，说明水对隧道检测的精度有很大影响[2]。

3、分辨率

分辨率直接决定了检测效果，并决定着物探分辨最小异常介质能力。收发天线的频率与探测深度有关，频率越低，则深度越深；而频率越高，则分辨率越高，不同土壤情况有不同探测深度。采用高频天线，可确保雷达分辨率足够，但高频天线可降低探测深度，对检测效果有影响。

三、如何提高地质雷达检测效果

1、对检测区间的物理状态作细致了解

检测前，需对隧道内设施情况、设计资料及施工记录等作详细了解，对隧道运营情况予以细致观察，重点观察衬砌裂隙有无渗漏水。

2、取芯位置布置应合理

实际检测前，按照衬砌混凝土电磁波速及介电常数予以现场标定。标定地质雷达电磁波速度对检测精度有很大影响，需合理布置标定地质雷达的波速取芯点位，分别统计不同状态下衬砌层雷达波速，认真分析其变化规律，争取对雷达波速误差导致的探测偏差予以有效控制。

3、天线应满足检测需要

结合检测需要，选择频率不同的天线，针对性的寻求探测最佳精度比及深度。从探测深度及分辨率两方面，对隧道不同衬砌部分检测要求予以综合衡量，并按照雷达探测深度及精度要求，选择天线。所有天线可综合运用或单独采用人工采点及连续采点。

4、有效抗干扰

加强现场描述，对现场强干扰物体（无线发射源和重金属等）位置进行准确描述，如电灯、电缆线。检测时，若天线移动时与衬砌表面的距离发生改变，衬砌和围岩间反射信号及表面信号为同步变化，但隧道物质反射波为反向变化，与之形成较明显的反差，则可推断反射波位置，来自衬砌内或隧道内[3]。

加强多次反射信号的区分。衬砌的内部结构较为复杂，在内部结构层和面层可发生多次反射信号，并容易和内部结构面反射信号偏离或重叠，从而造成结构界面厚度判断错误。需做好多次反射信号区分，防止资料判读出现偏差。

利用软件处理采集数据，处理方法可选择手动控制或自动控制增益，抑制杂波，对介质吸收予以补偿；背景去噪，对随机干扰的噪声进行抑制，使信噪比提高；时频变换及滤波处理，去除突出目的体或高频，减少多次波影响，使背景噪声降低。

结束语：

在隧洞检测中，地质雷达起重要作用。想要获得满意检测效果，应详细了解隧洞衬砌物理状态，并对地质雷达电磁波速度作客观标定，以此提高检测精度。笔者查阅资料及文献，对隧洞检测中地质雷达技术作出分析，供学者参考。

参考文献：

[1]李磊，王鹏禹，陈光荣，董栋.地质雷达检测技术在隧洞工程中的应用[J].水利水电施工，2011，04：55-58.

[2]窦宝松，鲍维猛，陈楠.地质雷达在隧洞衬砌检测中的应用[J].水利建设与管理，2009，05：12-14.

[3]程立，祁增云，杨显文.地质雷达在引水隧洞衬砌与灌浆质量检测中的应用[J].勘察科学技术，2012，01：59-61+64.

篇4：隧道质量无损检测的地质雷达技术

地质雷达 (GPR) 是利用超高频窄脉冲 (106～109Hz) 电磁波在介质中传播规律的一种无损检测设备, 能使用户快速获得相关探测区域的详细信息。地质雷达系统采集数据时, 天线发射端向测量表面以下发送球面波形式传播的电磁波。同时, 天线接收端接收不同电介质特性的层面反射回波, 经电缆或光纤传输到终端计算机, 实时显示雷达图像。电磁波在介质中传播时, 其路径、波形将随通过的介质电性质和几何形态的不同而变化。当目标体为面反射体时, 雷达显示的图像是与反射界面相一致的一条曲线;当目标体为点反射体时, 其雷达显示的图像是一个抛物线, 或称之为双曲线的一支。

地质雷达工作频率高, 在介质中以位移电流为主, 因此, 电磁波传播过程中很少频散, 速度基本上由介质的介电性质决定。电磁波传播理论和弹性波传播理论有很多类似的地方, 两者遵循同一形式的波动方程, 只是波动方程中变量代表的物理意义不同。

2 数据采集

2.1 测线布置

地质雷达测线通常按拱顶、左右拱腰和左右边墙各一条共5条测线布置, 测线走向为隧道的径向方向。拱顶和拱腰部位的测线可以使用机械设备抬升、人工托举雷达天线的方法进行检测, 抬升设备可现场搭建或借用已有设备 (见图1) 。由工人在衬砌表面拖动天线对边墙部位的混凝土衬砌质量进行检测。

2.2 测量技术要点

(1) 抬升设备:测量拱顶和拱腰位置时, 使用的车辆须保证行使平稳, 不晃动, 尽量采用胶轮式机械, 避免采用履带式机械。

(2) 标记里程:在数据采集前, 每间隔5 m或10 m的距离用明显的标记标明隧道里程, 便于数据采集时打标。

(3) 操作平台:采集拱顶和拱腰位置数据时, 其操作平台至少要能容纳3人, 并有足够的活动空间。

(4) 耦合要求:负责举天线的人员要保证天线在衬砌表面平稳前进, 不要倾斜;负责固定测量轮的工人要保证测量轮与衬砌表面接触良好, 能够正常计数。

(5) 打标:当天线经过标记里程时, 要有一名技术人员负责通报给设备操作工程师, 以便在数据上进行打标。

(6) 安全要求:测量拱顶和拱腰位置时, 工作人员和天线都要用安全带或绳索与周边物体固定, 防止工人高空作业时发生危险或天线滑落摔坏。

3 数据处理

地质雷达数据采集过程中, 隧道内的各种噪声和杂波干扰非常严重, 正确识别各种杂波与噪声, 提取有用信息是地质雷达记录解释的重要环节, 其关键技术是对地质雷达记录进行必要的数据处理。

通常得到的雷达数据是原始数据, 为了更容易识别目标体并得到更清晰的反射信号, 还需要对雷达原始数据进一步处理。以瑞典MALA公司的Ground Vision采集处理软件为例, 简要说明数据处理过程。通常需要采用的滤波器有下面几种。

(1) DC Removal:通常每道波形的振幅都存在一个常量的偏移, 称为直流偏移。该滤波器将在数据中去除DC部分, 每道波形的DC都将被单独计算和去除掉。

(2) Subtract Mean Trace:该滤波器通过减去一个所有道波形的平均值并在雷达图像上消除水平或近似水平的特征。

(3) Automatic Gain Control (AGC) :自动增益控制能够调整每道波形的增益, 主要通过调整时间窗口内的平均振幅实现。

(4) Band Pass:带通滤波器主要是在数据中去除不需要的频率, 在低取舍点和高取舍点区间之外的频率成份都将被削弱。

(5) Running Average:该滤波器通过对激活采样窗口内全部采样的平均值替换每个采样值, 使雷达图像看起来更加平滑。

通过图2和图3对比原始数据和使用上述滤波后的效果。

4 数据解释

雷达数据剖面的解释重点是研究特征波的同相轴变化。特征波是指强振幅、能长距离连续追踪、波形稳定的反射波。一般是主要岩性分界面的有效波, 特征明显, 易于识别。时间剖面的主要特征表现有雷达反射波同相轴发生明显错动、同相轴局部缺失、波形发生畸变和雷达反射波频率发生变化。

地质雷达能够检测衬砌混凝土厚度、钢筋或钢架位置、混凝土胶结密实情况和衬砌内存在空洞或脱空, 下面分析各种情况的波形特征并附典型图例。

4.1 衬砌混凝土厚度检测

衬砌混凝土厚度是隧道工程质量控制的关键因素之一, 利用材料之间的介电差异, 追踪分层界面反射波形的同向轴, 可得出衬砌的厚度值。其中, 电磁波在衬砌中传播速度的确定将决定厚度值的精度。

混凝土厚度可由公式 (1) 求得:

式中:C为电磁波在空气中的传播速度;∆t为电磁波在衬砌介质中的双程旅行时间;εr为介质的相对介电常数。

4.2 钢架位置检测

衬砌内钢筋或钢格栅对隧道薄弱或重要部位起着不可忽略的加固作用, 地质雷达能够检测钢架位置。受现场施工、天线操作人员托举不当及路面不平整等因素影响, 可能造成实测钢筋数量小范围误差。因为金属物体对雷达波的屏蔽及反射强烈, 且钢筋间距较小, 所以通常只能判读靠近混凝土表层的一排钢筋数量, 后排钢筋往往反射信号很弱。另外, 如果二次衬砌内设计有钢筋网, 这时初衬的钢架需要在浇筑二次衬砌之前进行检测, 否则, 不能保证在雷达图上分辨出钢架信号;如果二次衬砌是素混凝土, 也可在二次衬砌完成后进行, 初衬内钢架反射信号雷达图见图4。

4.3 衬砌混凝土胶结情况检测

如果在比较连续一致的衬砌混凝土层内部反射波中出现较强反射波组, 反射波振幅明显增强, 而且同相轴发生畸变, 呈现多个细密的弧形, 这些特征表明衬砌混凝土层内部出现局部不均匀性变化, 振幅的明显增强说明混凝土的胶结密实度较差 (见图5) 。

4.4 衬砌内存在空洞或脱空质量检测

衬砌内通常存在空洞或脱空的质量问题, 从雷达剖面图中可以明显看出, 衬砌层底部的反射波振幅明显增强, 但层底的反射波同相轴依然连续清晰, 形状未发生大变化。根据衬砌层底反射波振幅的强度可以定性地判断脱空的相对严重情况 (见图6) 。

5 结束语

虽然地质雷达能够对隧道质量进行很好的无损检测, 但隧道内的检测条件非常复杂, 除电磁设备的干扰外, 隧道中的电力电缆、检测台车等都会产生反射干扰信号。在隧道检测中选用的天线都是屏蔽天线, 能够排除一些干扰信号, 但对某些金属物体的强干扰还是不能完全屏蔽。另外, 在数据采集过程中, 由于隧道地面不平坦造成检测车颠簸也会引起数据信号假异常, 因此数据解释时应注意区分。

参考文献

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