探地雷达在城市地铁沿线空洞探测中的技术方法

地下空洞探测是地铁施工中的重要检测内容之一,探地雷达具有在城市道路上快速检测的特点而被广泛应用。以北京某地铁沿线的空洞探测为例,着重讨论地下空洞的赋存空间、探地雷达探测空洞的技术方法和常见异常的特征等问题,分析了城市环境中探地雷达剖面上的常见异常,为开展该项工作提供一定的借鉴。     

地下人防巷道上方探地雷达异常特征与实际应用

探地雷达是利用宽带高频电磁波以脉冲形式来探测地表之下介质内部结构分布规律的一种地球物理方法。它广泛用于灾害地质勘查、浅地表地下隐蔽物探测和工程质量检测等众多领域。本文用正演方法给出不同情形下的地下人防巷道上方探地雷达异常特征,并据此进行了实际应用。提出了利用探地雷达法进行地下人防巷道探测时,在异常识别方面应注意的问题。     

探地雷达在厦门地下管线探测中的应用

应用RAMAC系列探地雷达进行了地下管线探测的研究。基于对城市地下管线周围介质环境的分析，设计了不同的探地雷达的工作参数，对不同类型的地下管线进行了探测，并就典型的管线异常特征进行了分析。     

探地雷达在地下管线普查中的应用

在分析城市地下管线的工作环境的基础上，应用美国SIR-20型探地雷达，针对地下管线探测工作设定了一套完整的应用参数和参数的选择方法，简要论述了管线的反射电磁波异常特征，为探地雷达在城市地下管线普查中的应用提供借鉴。     

基于地质雷达的地铁工程空洞调查

在简要介绍北京某地铁工程工程地质背景的基础上,提出了在盾构法施工区间地质雷达测线布置方法,通过对探测成果的分析研究及对部分异常的挖探验证,确定了空洞异常的分布范围及其性质。结果表明,F站~L站区间内共发现有3处明显的土体异常:1号和3号异常为土层严重疏松,2号异常为土体脱空;地质雷达能准确地探测土层疏松以及空洞异常,进而提供地下空洞基础资料。     

基于地质雷达的地铁工程空洞调查

在简要介绍北京某地铁工程工程地质背景的基础上,提出了在盾构法施工区间地质雷达测线布置方法,通过对探测成果的分析研究及对部分异常的挖探验证,确定了空洞异常的分布范围及其性质。结果表明,F站~L站区间内共发现有3处明显的土体异常:1号和3号异常为土层严重疏松,2号异常为土体脱空;地质雷达能准确地探测土层疏松以及空洞异常,进而提供地下空洞基础资料。     

探地雷达在古墓遗址探测中的应用——以北京市通州区古墓群探测为例

探地雷达是一种无损探测技术,数据采集速度快,图像直观,在地下考古探测中的作用越来越大。本文以北京市通州区古墓群为目标,利用探地雷达首先在已发现但未开挖的古墓上进行探测,分析探地雷达图像中古墓的的典型异常特征;在未知区域进行探测,找出图像中有古墓反射特征的异常区域,并用洛阳铲进行验证。通过验证,探地雷达探测结果与实际开挖验证的结果比较一致。实践表明,探地雷达技术对探测古墓遗址具有很好的效果。     

基于GPRMax2D的地下管线精细化探测方法

探地雷达是探测地下结构及其分布规律的一种重要的浅层地球物理探测方法,具有分辨率高、无损、抗干扰能力强、结果直观等优点,在工程物探领域被广泛应用。为提高对地下管线雷达图像特征的认识,确定管线异常体的位置,提高地质雷达的解释精度,利用时域有限差分法(FDTD)对地下管线进行精细化探测,包括对管线埋深、材质、管线内充填物、管线病害等影响因素的数值模拟,以此建立地下管线正演模拟合成图库,进而指导探地雷达实际探测图像的解释工作。现场管线探测结果表明:探地雷达可准确探测出地下管线的埋设位置及运行状态,为今后的维修养护提供了依据。     

三维地质雷达探测技术在城市道路空洞病害普查中的应用研究

由城市道路地下空洞、路面脱空、土体疏松等病害引起的道路塌陷事故是目前国内许多城市面临的重大安全隐患。城市道路空洞病害具有隐伏性、突发性,造成的灾难性后果长期以来困扰着城市安全运营。以国内多地的项目实测及验证成果为基础,对三维地质雷达探测技术方法和工作流程进行了梳理,通过分析三维地质雷达剖面数据中病害体的顶界面反射、多次波反射、边界绕射波等异常特征和三维地质雷达切片数据中病害体周边地下管、井分布特征,总结了三维地质雷达技术在城市道路地下脱空、空洞病害探测中病害体的数据异常特征。实践研究证明,三维地质雷达探测技术以其作业高效、定位精准、抗干扰能力强、数据丰富全面等优点可有效地探测出道路下方存在的空洞等安全隐患,为城市道路病害的防患和治理提供准确、可靠的依据。     

基于地震属性体的三维探地雷达快速解译技术

利用三维地震数据属性提取与分析的方法,对三维探地雷达数据进行属性分析、快速解译。研究表明,空洞、脱空、疏松体、富水体等城市病害体在三维探地雷达数据体的水平切片及垂直剖面上均存在明显的差异。以厦门市环岛路地下管线探测为例,进行三维探地雷达数据属性分析,通过对比,发现管线在振幅体、方差体、构造体等属性切片上都存在明显异常,其中方差体切片对管线的反映更为清晰,表明在以管线为目标的探测中三维探地雷达三维数据体的方差属性更为敏感。     

管线渗漏异常探地雷达数据的电场分量成像分析

探地雷达（GPR）是管线渗漏探测的有效方法,但是当地下介质分布较为复杂时,难以直接从GPR数据剖面图中准确识别出渗漏异常区。为此,针对渗漏异常区含水量高的特点,根据反射波系数与介电常数的关系,提出了GPR数据的电场分量成像技术。利用时间域有限差分法（FDTD）模拟了不同介电参数的地质模型在GPR中的电磁波响应,由正演模拟结果可知分界面两侧介质的介电常数差异性越大反射波能量越强。最后将GPR数据的电场分量成像技术应用于某工业区管道渗漏探测中。试验结果表明,管道渗漏异常区在电场分量图谱中表现为高幅值区。      

Requirements for the performance of a ground-penetrating radar system in searching for cavities

The requirements for the performance of a ground-penetrating radar (GPR) system for detecting subsurface cavities are analyzed by numerical modeling of the GPR problem. The algorithm used to solve the forward GPR problem is approximated to a real experiment with regard to the design of the GPR system, the parameters of the source and receiver, and their position relative to the medium under study and its inhomogeneity. We calculated the spatiotemporal distribution of the field of the detected signal from a pulse source located at the interface between the medium and a cavity anomaly of a given geometry. The results were used to estimate the dynamic range of the GPR system necessary for determining the anomaly. We also performed GPR surveys of low-contrast inhomogeneities (cavities in mines) using GROT 12 GPR systems and analyzed the survey results by numerical modeling. It is shown that the GPR performance required to detect and locate inhomogeneities of interest at a certain sounding depth can be estimated in the experiment design phase.     

The application of GPR and electrical resistivity tomography as useful tools in detection of sinkholes in the Cheria Basin (northeast of Algeria)

Sinkhole collapse is one of the main limitations in the development of karst areas, especially where bedrock is covered by unconsolidated material. Studies of sinkhole formation have shown that sinkholes are likely to develop in cutter (enlarged joint) zones as a result of subterranean erosion by flowing groundwater. Ground-penetrating radar (GPR) and electrical resistivity imaging or tomography (RESTOM) are well suited to mapping sinkholes because of the ability of these two techniques for detecting voids and discriminating subtle resistivity variations. Nine GPR profiles and two-dimensional electrical resistivity tomography have been applied, with relative success, to locate paleo-collapses and cavities, and to detect and characterize karst at two sinkhole sites near Cheria City where limestone is covered by about 10 m of clayey soils. The survey results suggest that GPR and RESTOM are ideal geophysical tools to aid in the detection and monitoring of sinkholes and other subsurface cavities.     

A subagging regression method for estimating the qualitative and quantitative state of groundwater

A subsample aggregating (subagging) regression (SBR) method for the analysis of groundwater data pertaining to trend-estimation-associated uncertainty is proposed. The SBR method is validated against synthetic data competitively with other conventional robust and non-robust methods. From the results, it is verified that the estimation accuracies of the SBR method are consistent and superior to those of other methods, and the uncertainties are reasonably estimated; the others have no uncertainty analysis option. To validate further, actual groundwater data are employed and analyzed comparatively with Gaussian process regression (GPR). For all cases, the trend and the associated uncertainties are reasonably estimated by both SBR and GPR regardless of Gaussian or non-Gaussian skewed data. However, it is expected that GPR has a limitation in applications to severely corrupted data by outliers owing to its non-robustness. From the implementations, it is determined that the SBR method has the potential to be further developed as an effective tool of anomaly detection or outlier identification in groundwater state data such as the groundwater level and contaminant concentration.     

软土基坑隔水帷幕渗漏检测技术

隔水帷幕渗漏是影响软土基坑稳定性的关键问题。针对隔水帷幕渗漏检测技术,开展了数值模拟和物理模型试验,深入研究了不同采集装置类型三维电阻率法和探地雷达法对渗漏异常的反映能力及在探测剖面上表现出来的异常特征,给出了判断帷幕是否渗漏和确定渗漏点位置的解释方法。结果表明:温纳装置、偶极装置和温纳-施龙贝格装置都能有效反映渗漏点的存在;降水后帷幕未发生渗漏时,与基坑外侧软土含水层相比,内侧软土层电阻率表现为高阻异常;帷幕渗漏后基坑内侧底部软土层电阻率降低,外侧电阻率升高,并呈现漏斗状异常,两侧低阻异常与帷幕的交叉点可正确指示渗漏点位置;帷幕发生渗漏后,基于基坑外侧的探地雷达探测剖面中会出现双曲型反射波同相轴,通过其顶点可确定渗漏点的位置。研究结果证实了两种地球物理手段开展软土基坑隔水帷幕渗漏检测的可行性。     

探地雷达在桥塔塔基岩溶勘查中的应用及信号分析

以湖南省张家界—花垣县高速公路岩溶勘查为例,探讨探地雷达在竖直型岩溶勘查中的应用和效果;同时,说明复信号分析方法在探地雷达数据处理中的有效性。竖向岩溶的横向规模小,在雷达图像中相应的异常范围比较窄,异常不易分辨。首先对原始采集信号进行二维空间域滤波,再对信号进行Hilbert变换,提取雷达信号的瞬时振幅、瞬时相位和瞬时频率,然后对这些处理后的信号进行综合分析。研究结果表明,二维空间域滤波可大大消除高频噪声的干扰,提高信号的信噪比,多参数综合分析可提高探地雷达解释的精度,最终的钻探成果也验证了反演解释结果的正确性。     

基于Hilbert-Huang变换的探地雷达信号增强及复信号分析

阐述了Hilbert-Huang变换原理,着重讨论了EMD分解应满足的条件及具体分解过程.以黑麋峰抽水蓄能电站进厂交通隧洞实测GPR剖面为例,应用EMD分解去除部分噪声,再利用Hilbert变换求取GPR剖面复信号,提取瞬时振幅、瞬时相位、瞬时频率3个参数,绘制出相互独立的瞬时参数剖面图,根据不同地质状况进行多参数综合解释.结果表明,该方法避免了使用单一时距剖面分析所造成的解释偏差,能够更好地对异常信息做出反映,提高了GPR数据的解析精度.     

一维HHT变换在探地雷达数据处理中的应用

探地雷达(GPR)噪声信号通常具有非稳态、非线性特征,为去除这些噪声提高GPR图像解译的准确性,对利用HHT方法去噪进行了研究。首先阐述HHT的基本理论,然后通过对探地雷达数值模拟信号中噪声的去除验证基于HHT方法的可行性,最后将该方法用于探地雷达隧道地质超前预报的数据处理中。通过研究表明:该方法可以用于探地雷达信号的去噪,通过Hilbert变换得到三特征参数图像与EMD分解后合成图像进行对比验证,从而达到提高GPR信号解译精度的目的。     

连续小波变换在探地雷达信号分析中的应用研究

广泛应用于工程勘探的探地雷达,由于其发射的高频电磁波在介质中迅速衰减、受环境噪声大等因素影响,探测剖面难以对相对较深的异常体有较好的响应.复信号分析提取三瞬参数可多角度分析信号,并能突出弱反射信息,但易受噪声干扰,且常规的滤波方法不能有效地去除这一干扰.将具有时～频双重局限性的小波变换引入到复信号分析中,解决了复信号分析易受噪声干扰的问题,恢复了其对异常提取的能力.将此算法用于实际雷达探测数据处理中,取得了良好的应用效果.     

探地雷达在隐伏岩溶勘察中的应用

在介绍探地雷达(GPR)方法原理基础上,根据岩溶发育特征及其地球物理性质,总结了GPR反射波特征,结合在岩溶发育区成功应用GPR技术方法的工程勘察实例,说明GPR方法是岩溶区岩土工程勘察和评价的有效手段。