地质雷达检测技术在工程地质裂缝探测调查中的应用

1、 地质雷达检测技术在工程地质 裂缝探测调查中的应用王鹏禹 李 磊(中国水利水电第三工程局有限公司,西安 710016【摘 要】 地质雷达属于工程物探方面一种新型检测设备和技术,正在工程领域得到广泛的应用。本文结合工程实例,应用MALA雷达配合RTA50MHz天线,在工程地质裂缝调查方面做了一些有益的探索,取得了满意的检测效果。【关键词】 地质雷达;检测技术;地质裂缝;探测调查【DOI编码】 10.3969/j.issn.1008-1305.2011.06.017【中图分类号】 P631 【文献标识码】 B 【文章编号】 1008-1305(201106-0054-04近年来,地质雷达在工程勘察

2、、质量检测和地质与工程病害的预报和诊断等环节发挥着重要作用。在解决工程疑难问题的能力方面有明显提高。一些无法解决的工程检测问题,现在有了较为成熟的技术和技术设备。地质雷达技术用于土建隐患的探测,通过掌握不同隐患类型在雷达图像上的反映特征,提高异常的判断能力和精度,较确切地推断工程隐患的性质和位置,以便指导工程施工和管理。本文以某抽水蓄能电站下水库进/出水口边坡在1409平台边坡爆破施工中,边坡出现两处明显的开裂为例,进行了地质裂缝探测调查。为工程提供了比较准确的地质裂缝分布,提出了地质预报的结论和建议,为地质灾害处理和建筑物设计修改提供了依据。1 地质雷达设备系统及工作原理1.1地质雷达系统地

3、质雷达是一种宽带高频电磁波信号探测方法,它是利用电磁波信号在物体内部传播时电磁波的运动特点进行探测的。地质雷达系统的基本部分如图1所示。图1 地质雷达系统基本部分组成(1控制单元:控制单元是整个雷达系统的管理器,计算机(32位处理器对如何测量给出详细的指令。系统由控制单元控制着发射机和接收机,同时跟踪当前的位置和时间。(2发射机:发射机根据控制单元的指令,产生相应频率的电信号并由发射天线将一定频率的电信号转换为电磁波信号向地下发射。其中电磁信号主要能量集中于被研究的介质方向传播。作者简介:王鹏禹(1962年-,男,总工程师,教授级高级工程师。 (3接收机:接收机把接收天线接收到的电磁波信号转换

4、成电信号并以数字信息方式进行存贮。(4电源、光缆、通讯电缆、触发盒、测量轮等辅助元件。(5专用设备:目前在工程检测中常用的地质雷达主要为国外一些公司生产的地质雷达及配置不同频率范围的雷达天线。1.2 地质雷达工作原理地质雷达依据电磁波脉冲在地下传播的原理进行工作。发射天线将高频(106109Hz或更高的电磁波以宽带短脉冲形式送入地下,被地下介质(或埋藏物反射,然后由接收天线接收见图2。注:探地雷达主要利用宽带高频时域电磁脉冲波的反射探测目的体。注:由公式雷达z图3 地表裂缝分布示意图3 地质雷达探测调查成果及分析3.1探测调查内容(1探测下水库出水口边坡裂缝的深度。(2探测下水库出水口f905

5、-14断层分布情况。3.2 探测调查成果及分析(1采用地质雷达在该区域共布置了5条测线,分别在1429高程布置1条,1449高程布置1条,1469高程布置3条。(2在边坡高程1429处布设1#测线,对高程1429马道以下是否存在软弱夹层进行探测,雷达探测图见图4。由图4黑色方框区域可以明显看出:在1429高程以下存在一条层位分界面,最浅处埋深4m,最深处埋深8m(在深度1060m未发现异常值,初步判断为一软弱夹层,厚约5060cm。结合地勘资料,判断可能是F905-14断层。白色方框1、2区域为雷达过裂缝2及旁边裂缝时产生的反射,由于裂缝之间有块石等填充物,产生一定宽度的空腔,导致雷达信号反复

6、震荡,不能判断裂缝的深度。白色方框3为过夹层时产生的反射。(3在下水库进/出水口边坡高程1469,布设3#测线、4#测线和5#测线对裂缝2进行探测,雷达检测图分别见图56。由图5可以看出,裂缝2在5#测线位置上口充填少,裂缝较宽,深度在43m左右。由图6可以看出:裂缝2在4#测线位置有4处裂缝,且上口充填不密实,裂缝较宽,裂缝深度在1123m。 图4 测线1雷达检测图 图5 测线3雷达检测图 图6 测线4雷达检测图3.3 探测调查结论据地质雷达检测成果,下水库进/出水口边坡裂缝探测结论如下。(1在1429高程以下存在一条层位分界面,其分布为中部深、两端浅的弧形,最浅处埋深4m,最深处埋深8m。

7、初步判断为一软弱夹层,厚约5060cm。结合地勘资料,判断可能是F905-14断层。(2裂缝1地表宽度约3040cm,1449高程深部未发现裂缝。(3裂缝2上部地表最大宽度为130cm,充填不密实,充填物主要为碎石,探测到裂缝2在测线3位置最大深度为43m;裂缝2在测线4位置深度为1123m;测线5位置深部未发现裂缝。(4根据边坡裂缝出现的位置,推断可能滑坡体轮廓线见图7。3.4 建议(1建议对软弱夹层(可能是地质勘探时的F905-14断层取原状样做抗剪强度试验。如不取软弱夹层原状样进行抗剪强度试验,参考地质资料。软弱夹层稳定演算参数建议指标:=20, C=0.05MPa;根据裂缝探测调查结论

8、,建议软弱夹层倾角按45°合理选取计算参数后,对边坡的稳定性进行演算。(2因滑动体体积不大,建议部分挖除,并采用抗滑桩和锚索对边坡进行抗滑加固处理,保证边坡稳定,确保下水库库区安全和电站的安全运行。(3为保证下水库进/出水口构筑物的安全,建议根据工程构筑物的布置情况,适当调整下水库进/出水口建筑物的位置,避免裂缝可能对其造成的危害。 图7 边坡裂缝深度及滑坡体示意图4 实际处理措施根据对该开裂体的调查结果,设计单位基本采纳了我们的建议,对开裂体提出了专项处理方案。主要是将边坡开挖面整体向山体方向推移近20m,将整个开裂体挖除,坡脚最低开挖高程基本保持原设计高程1408.3m。边坡支护

9、除保持原设计方案外,另增加了30m 深的预应力锚索加强边坡支护。并对水库进/出水口建筑物的位置和走向进行了适当调整。5 结 语地质雷达最早用于工程场地的勘查,包括重要工程场地、铁路与公路路基,用于解决松散层分层和厚度分层、基岩风化层分布、以及节理断带层等问题。应用该技术选用RTA50MHZ屏蔽天线,对浅地表裂缝进行探测调查,取得了比较理想的效果。地质雷达以其非破坏性实时检测、抗干扰性强、分辨率高,操作简单等特点,在超前地质预报、工程检测、工程勘察中被迅速推广应用。参考文献1 李大心.地质雷达方法及应用.北京:地质出版社,1994.4 2 李大心.地球物理方法综合应用与解释M.武汉:中国地质大学

10、,19993 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 黄河流域水环境监测中心通过国家计量认证复查评审国家计量认证水利评审组会同河南省质量技术监督局共5位国家级计量认证评审员,于2011年11月2123日对黄河流域水环境监测中心进行了国家计量认证复查评审。通过现场评审,评审组认为黄河流域水环境监测中心组织机构健全,法律地位明确,能确保影响检测成果质量的因素均处于受控状态,能独立承担第三方公证性检测;质量管理体系运行基本符合实验室资质认定评审准则和水利质量检测机构计量认证评审准则(SL309-2007要求。实验室环境基本满足检测工作要求;4名授权签字人具备相应的工作经历,具备相关领域的检测报告审批能力。经评