探地雷達的應(yīng)用

探地雷達是一種高分辨率探測技術(shù),可以對淺層地質(zhì)問題進行詳細填圖,也可以對地下淺部埋藏的目的體進行無損檢測。由于電子技術(shù)與數(shù)字處理技術(shù)的發(fā)展,使探地雷達的分辨率與探測深度大大提高,探地雷達已在工程地質(zhì)勘察、災(zāi)害地質(zhì)調(diào)查、地基基礎(chǔ)施工質(zhì)量檢測、考古調(diào)查、管線探測、公路工程質(zhì)量檢測等多個領(lǐng)域中得到了廣泛應(yīng)用。下面介紹探地雷達在兩個領(lǐng)域中的應(yīng)用。

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（一）探地雷達在工程地質(zhì)勘察中的應(yīng)用

大型工程建筑對地基質(zhì)量要求很高,當(dāng)?shù)叵鹿こ痰刭|(zhì)條件橫向變化較大時,常規(guī)的鉆探工作由于只能獲得點上的資料,無法滿足基礎(chǔ)工程施工對地質(zhì)條件的要求,而探地雷達由于能對地下剖面進行連續(xù)掃描,因而在工程地質(zhì)勘察中得到了廣泛的應(yīng)用。

1.基巖面的探地雷達探測

高層建筑對地基的附加應(yīng)力影響深、范圍廣,對地基土的承載力要求高。當(dāng)場地的地基土層軟弱,而在其下不太深處又有較密實的基巖持力層時,常常采用進入基巖的樁基礎(chǔ),在基巖面起伏劇烈地區(qū),詳細描述基巖面的起伏對樁基礎(chǔ)設(shè)計有重要意義。

圖3-53 灰?guī)r與覆蓋地層的探地雷達圖像

廣州同德花園位于廣州西北郊同德鄉(xiāng)廣佛高速公路旁。第四系覆蓋在基巖（灰?guī)r）上,第四系為淤泥、粉質(zhì)黏土與砂,比較松軟；其下為灰?guī)r,有較高的承載力。建筑物擬采用預(yù)制樁樁基礎(chǔ)。在樓址范圍30.8 m× 30.8m內(nèi),基巖深度為18～43.5 m,高差達25.5m,為此需要詳細調(diào)查基巖面的起伏。由于灰?guī)r與上覆地層之間電性差異大,探地雷達圖像中灰?guī)r極易識別,圖3-53為該場地地層的探地雷達圖像,圖中灰?guī)r反射波特征明顯。

圖3-54是由探地雷達測量結(jié)果繪制的基巖等深圖。該場地西北角為基巖深凹陷,基巖面起伏更大之處,在10m水平距離內(nèi)基巖面高差可達19m。顯然,用鉆探很難控制基巖面的劇烈起伏,上述結(jié)果表明,應(yīng)用探地雷達探測基巖起伏效果明顯。

圖3-54 同德花園10棟基巖等深圖（單位：m）

2.巖溶地區(qū)的探地雷達探測

巖溶（又稱喀斯特）是指碳酸鹽巖等可溶性巖層受水的化學(xué)和物理作用所產(chǎn)生的溝槽裂隙和空洞,以及由于空洞頂板塌落使地表產(chǎn)生陷穴、洼地等現(xiàn)象和作用的總稱。

在巖溶地區(qū)進行工程地質(zhì)勘察的主要目的是查明建筑場地范圍內(nèi)巖溶的分布、形狀和規(guī)模。下面對各類巖溶的探地雷達圖像特征加以描述。

（1）節(jié)理裂隙巖溶

水對灰?guī)r的侵蝕一般從節(jié)理裂隙開始,巖溶本身往往就是裂隙溶蝕、擴大的結(jié)果,因此節(jié)理裂隙交叉處或密集帶往往就是巖溶發(fā)育帶。圖3-55為湖北黃石某地裂隙溶蝕帶的探地雷達圖像。從圖中可以看出地下6m以上為覆蓋層,其下為灰?guī)r。灰?guī)r致密無溶蝕特征時,基本上無雷達反射波存在；灰?guī)r中存在溶蝕裂隙并充水時,由于電性差異大,形成強反射波。在探地雷達確定的裂隙巖溶處進行鉆探,其結(jié)果表明該處沒見明顯空洞,但該處巖體裂隙發(fā)育,鉆孔漏水嚴(yán)重。由此證實該雷達圖像反映的是由地下水在裂隙發(fā)育帶形成的裂隙巖溶。

圖3-55 裂隙巖溶的探地雷達圖像

圖3-56 溶蝕溝的探地雷達圖像

（2）溶蝕溝槽

灰?guī)r *** 露地表時,其表面遭受風(fēng)化后強度降低?；?guī)r表面地形變化劇烈的地方,會由于地表的大徑流,使其表面受強烈侵蝕而形成溶溝、溶槽。圖3-56為廣州市某處溶蝕溝的探地雷達圖像。由圖可見,灰?guī)r中反射波明顯減弱,同相軸中斷的區(qū)域為灰?guī)r的溶蝕溝。由于溝壁陡直,在地表接收不到來自溝壁的反射波,而溝壁周界的灰?guī)r會由于溶蝕作用形成強反射波,因此溶蝕溝圈定應(yīng)以強反射波為周界。該處地下灰?guī)r為石炭系灰?guī)r,曾 *** 露地表,在灰?guī)r的斜坡面上會由于地表徑流的侵蝕形成溶蝕溝。在地殼下降后,溶蝕溝逐漸為粉土充填。

（3）溶洞與開口溶洞

溶洞是可溶巖中的空洞,對建筑基礎(chǔ)影響更大的是可溶巖面附近的溶洞。當(dāng)巖面覆蓋著易被沖蝕的滲透地層,且?guī)r溶與上覆地層存在水力聯(lián)系時,這種水力聯(lián)系會加速巖溶發(fā)育。當(dāng)巖溶頂部變薄,不能支持上覆地層負荷時,就會發(fā)生塌落,形成開口溶洞。在開口溶洞上方土體中存在被沖蝕,以致土體密度降低的現(xiàn)象,我們稱為土體擾動。圖3-57為廣州市某處的開口溶洞的探地雷達圖像。該處覆蓋層為細顆粒粉砂,有一定的滲透性,其下為灰?guī)r。灰?guī)r面附近巖溶發(fā)育,可見不規(guī)則強反射波。在強反射波所圍繞的區(qū)域內(nèi)有一組短周期細密反射波。該反射波組特征與上覆地層反射波特征類似,這表明灰?guī)r中空洞已被上覆地層沖蝕的土體所充填。由于開口溶洞上方土體已遭沖蝕,其反射波形態(tài)與周圍土層的反射波形態(tài)不同,表明上覆地層已遭擾動。擾動土層與充填溶洞構(gòu)成了開口溶洞特征。這類巖溶使上覆地層承載力明顯降低,極易引起坍塌,在巖溶地區(qū)勘察時這類開口溶洞應(yīng)引起注意。

圖3-57 開口溶洞的探地雷達圖像

（二）探地雷達在地基基礎(chǔ)施工中的應(yīng)用

1.探地雷達在樁基礎(chǔ)施工障礙成因調(diào)查中的應(yīng)用

近年來,大型建筑物采用樁基礎(chǔ)施工的數(shù)量越來越多。由于勘探程度不夠或地下介質(zhì)不均勻程度加劇,造成樁基礎(chǔ)施工遇阻。實踐表明,探地雷達在判斷樁基礎(chǔ)施工遇阻的原因方面有獨到作用。

（1）樁位處地層斷裂性質(zhì)判別

武漢火炬大廈樁基礎(chǔ)施工過程中,在武珞路北擬建的33層高層建筑東北角51＃挖孔樁遇到破碎地層。為評價樁位下地層破碎的成因及其對樁位的影響,圍繞樁位進行了探地雷達測量。場區(qū)基坑已開挖,第四系填土已被挖除,地層系志留系泥巖。志留系原巖曾 *** 露地表,經(jīng)風(fēng)化自上而下可分為全風(fēng)化層、中風(fēng)化層與微風(fēng)化層。無破碎帶存在時,反射波同相軸連續(xù)。當(dāng)基巖因斷裂而形成破碎帶時,反射波同相軸明顯錯斷。由于破碎帶為地下水入侵提供了通道,造成風(fēng)化程度加深,錯動帶內(nèi)雷達反射波強度明顯減弱。圖3-58為基巖破碎帶的探地雷達圖像特征。為了了解樁位處斷裂情況,圍繞樁位布置了雷達測線。根據(jù)地質(zhì)雷達圖像,得到基巖破碎帶的平面分布,如圖3-59所示。由圖可見,51＃樁位于兩條斷裂之間,這兩條斷裂應(yīng)為褶皺形成時的伴生斷裂,斷距?。ǎ?m）,斷裂帶寬度不大（1.6m左右）,因此只要根據(jù)破碎帶力學(xué)性質(zhì)對樁的設(shè)計做些小改動,就可以繼續(xù)進行挖孔樁施工。上述結(jié)論已為設(shè)計部門接受并為隨后的挖孔樁施工所證實。

圖3-58 基巖破碎帶探地雷達圖像

圖3-59 雷達測線布置與破碎帶分布平面圖

（2）樁基礎(chǔ)下異常性質(zhì)判斷

粵漢碼頭灘地改造一期工程住宅樓場址在進行沉管灌注樁施工過程中,有的樁位遇阻打不下去,有的樁位水泥超量使用。為查明樁基施工過程中問題的癥結(jié),圍繞樁位用探地雷達進行了探測。在樁基礎(chǔ)施工中主要出現(xiàn)的問題有兩類：一是遇障礙物,樁很難打下去；二是樁非常容易打下去,但澆灌的混凝土大大超出樁的體積。探地雷達測量所發(fā)現(xiàn)的異常有三種類型：一是雜填土中硬物異常；二是雜填土中的不密實區(qū)；三是淤泥液化形成的空穴。本場地為緊靠長江的灘地,為防洪在地表下填充了大量雜填土。當(dāng)雜填土中存在建筑垃圾等雜物時,便形成了與周圍介質(zhì)差異極大的強、寬反射波,這類異常沒能在周圍測線形成有規(guī)則的排列,故定為硬性雜物,如圖3-60（a）所示。當(dāng)雜填土堆積比較疏松,形成雜填土中的不密實區(qū),這類填土可能是生活垃圾等細軟物質(zhì),形成同相軸雜亂的反射波,如圖3-60（b）所示。按場地地質(zhì)勘測結(jié)果,粉砂層上有一層粉質(zhì)黏土。當(dāng)粉質(zhì)黏土中淤泥質(zhì)含量高且下伏的粉砂顆粒較粗時,淤泥質(zhì)土受到樁基礎(chǔ)施工擾動形成液狀土,當(dāng)其水分通過下伏透水性好的砂層滲漏時便會形成空穴。這種空穴形成有下列三個條件：一是下伏粉砂顆粒較粗,透水性好；二是粉土顆粒變細向淤泥質(zhì)土靠近,含水率高；三是在這種土中進行樁基礎(chǔ)施工造成擾動。當(dāng)這三個條件都具備時,會在這類土中形成空穴,如圖3-60（c）所示。

圖3-60 三種地下異常的探地雷達圖像

（a）雜填硬物的地質(zhì)雷達圖像；（b）不密實區(qū)的地質(zhì)雷達圖像；（c）淤泥液化成空穴的地質(zhì)雷達圖像

2.探地雷達在地下頂管問題調(diào)查中的應(yīng)用

在老城區(qū)改造進行地下水管道及煤氣管道鋪設(shè)時,為不影響地面交通,常采用地下頂管工藝鋪設(shè)管道。在地下地質(zhì)情況復(fù)雜區(qū),頂管常會遇到問題,極需查明情況采取對策。實踐表明,探地雷達在查明地下頂管問題過程中效果明顯。

（1）頂管引起地下塌陷原因剖析

上海曲阜路地下煤氣管道的地下頂管施工過程中,文安路口東頭路面發(fā)生陷落,為決定煤氣管是繼續(xù)采用地下頂管施工,還是采用大開挖施工,必須查明陷落范圍與成因,為此應(yīng)用探地雷達進行探查。圖3-61為該段探地雷達圖像。在地表32～54m范圍,深度1.5～4m處可見到反射波特征明顯不同于周圍介質(zhì)的區(qū)域。該處反射波強度明顯加大,反射波同相軸明顯不連續(xù),呈現(xiàn)雜散充填物的反射波特征。該處緊挨吳淞江,地表有流入?yún)卿两闹Я?因此在筑路時填充有雜填土。由圖還可見到,在更大范圍（地表2～54m）內(nèi)有反射波強度變?nèi)?、周期變短的區(qū)域,具有均質(zhì)淤泥反射波特征,故該處應(yīng)為雜填土的沉積物范圍。淤泥液化度高,在地下頂管過程中受到擾動,飽和孔隙水釋放,淤泥塌陷,造成路基承載力下降,路面陷落。淤泥變形區(qū)的周界處可見到反射波同相軸的明顯錯斷。

圖3-61 上海曲阜路探地雷達圖像

（2）地下頂管前方障礙物探查

根據(jù)市政建設(shè)需要,南京市下水管道需在水關(guān)橋公鐵立交橋下通過。水關(guān)橋公鐵立交橋采用沉箱工藝建筑,由于地下存在淤泥質(zhì)軟基地層,在沉箱下填有碎石加固基礎(chǔ)。下水管過立交橋采用地下頂管工藝,為了頂管安全,要求應(yīng)用探地雷達探測管線通過處有無地下障礙物存在。測量采用頂管前方超前預(yù)報的環(huán)形剖面與管線地表剖面探測相結(jié)合的 *** 。圖3-62為1＃管超前探測環(huán)形剖面雷達圖像,可見有兩道雷達波形在頂管前方10m以遠,尤其在11.6～14.8m范圍內(nèi)有孤立的人為障礙物存在。圖3-63為1＃管線地表剖面的雷達圖像,表明該處箱體下軟基發(fā)育,淤泥底界深約4m。在箱體下軟基發(fā)育段,淤泥底界面上有一不連續(xù)窄反射波。這與頂管前方探測的異常是一致的,該異常應(yīng)為箱體基礎(chǔ)施工過程中加固物沒入淤泥底所形成的。工作結(jié)果表明,在管線通過處前方無人為的大直徑障礙物存在,而孤立的小塊障礙物由于處在淤泥中,極易被頂管推動而移開,不會造成施工障礙,上述結(jié)論已為施工所證明。

圖3-62 1＃管超前預(yù)報環(huán)形剖面雷達圖像

1＃頂管面前方10～14.5m有孤立的接近0.3m的塊石

圖3-63 1＃管線地表剖面雷達圖像

本項目重點

本項目重點介紹了電磁感應(yīng)法理論基礎(chǔ),并將頻率測深,尤其可控源音頻大地電磁測深法,以及瞬變電磁法作為重點 *** 給予介紹。

思考題

1. *** 名詞理解：

電磁法；電磁測深法；電磁剖面法；瞬變電磁法；可控源音頻大地電磁法；探地雷達法。

2.闡述電磁法的基本原理。

3.闡述電磁測深法的基本原理和應(yīng)用范圍。

4.闡述電磁剖面法的基本原理和應(yīng)用范圍。

5.闡述瞬變電磁法的基本原理和應(yīng)用范圍。

6.闡述可控源音頻大地電磁法的基本原理。

7.闡述探地雷達的基本原理和應(yīng)用范圍。

8.試對比時間域和頻率域電磁法的優(yōu)缺點。

9.試述對稱四極裝置直流電測深、大地電磁測深、頻率測深和瞬變測深曲線的共同點和不同點。

10.試論用電磁法評價異常源性質(zhì)的可能性和局限性。

11.在電阻率為100Ω·m的均勻介質(zhì)中傳播1000 Hz的平面電磁波,試計算電磁系數(shù)m及趨膚深度δ（已知εr＝36）。

12.比較f＝1000 Hz的電磁波在空氣中和電阻率為10Ω·m的導(dǎo)電介質(zhì)中的波長。

13.在我國的某一工區(qū)開展大地電磁測深工作,所使用儀器的頻率范圍為320～0.001Hz,已知地下的平均電阻率為100Ω·m,求大地電測深在該區(qū)工作的更大穿透深度是多少?

2022年地質(zhì)災(zāi)害防治單位資質(zhì)申報條件

地質(zhì)災(zāi)害防治單位資質(zhì)分為 甲、乙 兩個等級。地質(zhì)災(zāi)害防治單位資質(zhì)的類別包括 地質(zhì)災(zāi)害評估、勘查、設(shè)計資質(zhì)、地質(zhì)災(zāi)害治理工程施工資質(zhì)、地質(zhì)災(zāi)害治理工程監(jiān)理資質(zhì)。

自然資源部負責(zé)地質(zhì)災(zāi)害防治單位甲級資質(zhì)的審批和監(jiān)督管理。省級人民 *** 自然資源主管部門負責(zé)地質(zhì)災(zāi)害防治單位乙級資質(zhì)的審批和監(jiān)督管理。

同一地質(zhì)災(zāi)害治理工程的監(jiān)理單位與施工單位不得有隸屬關(guān)系或者其他利害關(guān)系。

【資質(zhì)條件】 申請地質(zhì)災(zāi)害防治單位資質(zhì)應(yīng)當(dāng)符合下列條件：

（一）具有法人資格，其中申請地質(zhì)災(zāi)害治理工程施工資質(zhì)的單位應(yīng)當(dāng)具有企業(yè)法人資格；

（二）具有資源與環(huán)境類、土木水利類相關(guān)專業(yè)技術(shù)人員，其中單位技術(shù)負責(zé)人應(yīng)當(dāng)具有高級技術(shù)職稱；專業(yè)

技術(shù)人員中退休人員數(shù)量不超過本辦法規(guī)定的專業(yè)技術(shù)人員更低數(shù)量要求的10%；

（三）申請地質(zhì)災(zāi)害評估勘查設(shè)計資質(zhì)，應(yīng)當(dāng)具備全站儀、水準(zhǔn)儀、探地雷達等設(shè)備；申請地質(zhì)災(zāi)害治理工程

施工資質(zhì)，應(yīng)當(dāng)具備全站儀、水準(zhǔn)儀、錨桿錨索鉆機、鑿巖機等設(shè)備。

（四）具有健全的安全管理體系和質(zhì)量管理體系。

【人員和業(yè)績條件】 申請地質(zhì)災(zāi)害防治單位資質(zhì)，除本辦法第七條規(guī)定的條件外，還應(yīng)當(dāng)具備以下人員

和業(yè)績條件：

（一）甲級資質(zhì)

1.人員條件： 申請地質(zhì)災(zāi)害評估勘查設(shè)計資質(zhì)、地質(zhì)災(zāi)害治理工程施工資質(zhì)的單位，專業(yè)技術(shù)人員總數(shù)不少于 50人，其中高級、中級技術(shù)職稱人員總數(shù)不少于 25 人，高級技術(shù)職稱人員不少于10 人；申請地質(zhì)災(zāi)害治理工程監(jiān)理資質(zhì)的單位，專業(yè)技術(shù)人員總數(shù)不少于 30 人，其中高級、中級技術(shù)職稱人員總數(shù)不少于 20 人，高級技術(shù)職稱人員不少于 10 人。

2.業(yè)績條件： 申請地質(zhì)災(zāi)害評估勘查設(shè)計資質(zhì)的單位，申請之日前 5 年內(nèi)應(yīng)當(dāng)獨立承擔(dān)并完成地質(zhì)災(zāi)害危險性評估、地質(zhì)災(zāi)害治理工程勘查項目、地質(zhì)災(zāi)害治理工程設(shè)計項目總數(shù)不少于5 項，完成項目總經(jīng)費不少于60 萬元；申請地質(zhì)災(zāi)害治理工程施工資質(zhì)的單位，申請之日前 5年內(nèi)應(yīng)當(dāng)獨立承擔(dān)并完成地質(zhì)災(zāi)害治理工程施工項目不少于 5 項，完成項目總經(jīng)費不少于1000 萬元；申請地質(zhì)災(zāi)害治理工程監(jiān)理資質(zhì)的單位，申請之日前 5年內(nèi)應(yīng)當(dāng)獨立承擔(dān)并完成地質(zhì)災(zāi)害治理工程監(jiān)理項目不少于 5 項，完成項目總經(jīng)費不少于30 萬元。

（二）乙級資質(zhì)

人員條件： 申請地質(zhì)災(zāi)害評估勘查設(shè)計資質(zhì)、地質(zhì)災(zāi)害治理工程監(jiān)理資質(zhì)的單位，專業(yè)技術(shù)人員總數(shù)不少于 10人，其中高級技術(shù)職稱人員不少于3 人；申請地質(zhì)災(zāi)害治理工程施工資質(zhì)的單位，專業(yè)技術(shù)人員總數(shù)不少于20 人，其中高級技術(shù)職稱人員不少于 5 人。

【申請材料】 申請地質(zhì)災(zāi)害防治單位資質(zhì)的單位，應(yīng)當(dāng)向?qū)徟鷻C關(guān)提出申請，并提交以下材料：

（一）地質(zhì)災(zāi)害防治單位資質(zhì)申請書；

（二）營業(yè)執(zhí)照或者事業(yè)單位法人證書；

（三）專業(yè)技術(shù)人員名單、身份證、職稱證書、學(xué)歷證書、申報前連續(xù)3個月由本單位繳納社會保險記錄文件，技術(shù)負責(zé)人的任命或者聘任文件；

（四）本單位設(shè)備的所有權(quán)材料或者租賃合同；

（五）職業(yè)健康安全管理體系認(rèn)證證書或者安全管理制度文件；

（六）質(zhì)量管理體系認(rèn)證證書或者質(zhì)量管理制度文件；

（七）申請地質(zhì)災(zāi)害評估勘查設(shè)計甲級資質(zhì)的單位，還應(yīng)當(dāng)提供申報業(yè)績的項目合同、驗收報告或者專家評審意見；申請地質(zhì)災(zāi)害治理工程施工甲級資質(zhì)、地質(zhì)災(zāi)害治理工程監(jiān)理甲級資質(zhì)的單位，還應(yīng)當(dāng)提供申報業(yè)績的項目合同、驗收報告。申報業(yè)績的信息應(yīng)當(dāng)與全國地質(zhì)勘查行業(yè)監(jiān)管服務(wù)平臺公示的有關(guān)業(yè)績信息相一致。

雷達探測有高度限制嗎？

其實你已經(jīng)自己回答了這個問題，就是這句話地災(zāi)資質(zhì)探地雷達要求高嗎：“防空雷達探測高度范圍已經(jīng)遠遠覆蓋空氣動力飛機的極限升高”。

目前的軍用遠程警戒雷達的探測距離已經(jīng)達到了500公里左右（超視距雷達可達幾千公里）左右，而對高頻電磁波的傳播影響更大的電離層F2層距地面不過才230公里。完全處于雷達的探測范圍之內(nèi)。目前還沒有什么飛機能飛這么高吧地災(zāi)資質(zhì)探地雷達要求高嗎？所以高空突防是沒戲的。

至于雷達是否能用來進行探測太空物體，這要看是什么雷達，普通的軍用對海對空警戒雷達當(dāng)然沒這個能耐，這需要特種雷達，現(xiàn)在各大國（也包括中國）都有能探測和跟蹤衛(wèi)星的雷達，像X波段雷達可以發(fā)現(xiàn)數(shù)千公里以外棒球那么大的物體，雖說懸了點，但能發(fā)現(xiàn)籃球大小的東西絕對是可信的。

實際上地災(zāi)資質(zhì)探地雷達要求高嗎我國從六十年代開始即開展相控陣技術(shù)的研究，并于七十年代研制成功7010大型遠程相控陣?yán)走_，曾出色的完成了觀測美國天空試驗室和蘇聯(lián)核動力衛(wèi)星殞落任務(wù)，引起世界重視，不過就是因為這類雷達造價昂貴，不適合軍隊做戰(zhàn)備值班用罷了。

看看地災(zāi)資質(zhì)探地雷達要求高嗎我國的7101天線，70年代就有了，現(xiàn)在的呢？就不必細說了吧？這就是能探測到衛(wèi)星的東西。當(dāng)然也能做彈道導(dǎo)彈預(yù)警。