水利工程隱患探測中雷達的應用

張峰

摘 要：本文以探地雷達相關原理作為基礎，并與實例圖像進行結合，對探地雷達在探測有關水壩滑坡方面、滲漏方面、防滲墻方面、裂縫方面等相關應用進行了探索、討論，對通過探地雷達探測各種隱患獲得的圖像特征以及相應的診斷方法進行了分析，以期對水利工程目前存在的病險狀況在檢測方面有所突破，使檢測更加全面、更加快速。

關鍵詞：探地雷達 隱患探測 防滲墻探測

探地雷達即由探測進行發射一種高頻電磁脈沖波，這種波會在被探測的地面下面的物質界面形成反射波，進而反映出地面以下的情況。伴隨微電子相關技術的不斷發展，探地雷達這種新型的技術也取得了質的飛躍，探地雷達技術將現代材料方面、利用微處理機進行數據處理方面及許多模擬實驗、現場實驗方面的技術融為一體，實現無損探測，被大量運用于地礦領域、鐵道領域、煤炭領域、水電領域、考古領域等，所以本文深入探討了利用探地雷達技術對水利工程中存在的安全隱患進行探測應用。

1.探地雷達進行探測的工作原理及方法

探地雷達的工作原理在于把高頻電磁波透過發射天線以脈沖、定向的形式對地下進行發射。由于地下介質并不具備均一性，因此其介質的電性也各不相同，電磁波在這些地下介質中進行傳播的過程中，不同電性會形成分界面，電磁波遇到此分界面，其中一部分會反射回地面被接收天線進行接收；而其余一部分則會穿過此界面繼續進行傳播，如遇深處界面繼續進行反射，直至能量耗盡。電磁波進行傳播級發生反射的途徑如圖1所示，此圖中T表示發射天線，R表示接收天線。利用探地雷達進行測量一般采用剖面法，對發射天線及接收天線而言，當其沿著探測線通過等間距的形式進行移動時，則其軌跡圖為“時距”波形圖，其中縱坐標為電磁波的雙程走時t（ns），橫坐標為其距離x（m）。而且，每道波形都有數字記錄，這些數據可由軟件進行解譯，進而獲取其剖面圖像。對雷達圖像而言，如果其反射波在同相軸上保持連續，無異常變化，則表示此區域安全；如果其反射波的連續性被破壞，且有明顯的異常變化，則此區域存在安全隱患，并可以根據波形變化及其強度特征，結合各種資料及方法判定其地質含義。

2.水壩防滲墻探測的應用

水庫堤壩里面的防滲墻十分隱蔽且十分重要，對堤壩的整體安全性有著重要的作用。一旦發生地震，其防滲墻便可能被破壞，造成安全隱患。所以地震結束后應檢測滲流異常的那些防滲墻，及時定位隱患、排查隱患。若防滲墻中的填充物質比較均勻且各個方向同性，則電磁波透過墻體時會呈現均勻衰減的態勢，在波形記錄上面也會呈現出直達波，而沒有反射波。若墻體中的質體不均勻，那么在缺陷部位便會形成反射波，其剖面圖便會呈現出異常，從中便可獲悉其隱患分布特點及其范圍。對于小缺陷而言，其電磁波便會呈現點反射弧形。而且物質電性也各不相同，介質對于頻段不一樣的電磁波產生的吸收效應也不一樣，相較介質比較均勻的墻體，在缺陷位置其反射波在波形方面、波幅方面級頻率方面也有所區別，進而體現出破壞結構界面在分布方面具有的特征。所以，依據雷達信號是否連續、其波幅方面和頻率方面是否發生變化便可得知其防滲墻是否存在安全隱患。

3.滑坡體探測的應用

巖石一旦發生崩塌或者巖（土）體發生滑動便會形成滑坡，因為地質環境不一樣，所以滑坡形成的原因也不一樣。然而，地震會使其原有裂縫更加松動，極易造成滑坡。此外，大地震過后通常會出現降雨以及持續時間較長的余震，因此地震之后必須及時重估滑坡體，以確保水利工程后續加固工作有數據依據。對滑坡體而言，由于其滑動面遭受到很強的剪切力，導致其巖土結構產生巨大變化，內部聯系被破壞，呈現出糜棱狀，巖土在其含水率方面及礦化度方面都大幅增加，所以相較其上下層，滑動面具有的介電常數以及具有的導電率都有所增高，產生出一個反射界面，其雷達圖像的主要特征在于同相軸出現嚴重錯位。對于由于滑坡而引起的較寬裂縫，雷達波會在此處形成次數較多的強反射并且和其下層部位介質產生的反射信號進行疊加，導致雷達圖像不僅同相軸沒有連續波形，而且十分紊亂。此外，若寬縫中存有比較多的灰塵或積水，則會導致波形圖出現局部高頻。

4.壩體部位裂縫探測的應用

地震會導致水壩遭到破壞而形成大量裂縫，不僅會形成新裂縫，也會使原有裂縫更大。其中裂縫具有的長度因素、深度因素等都會對大壩整體結構造成影響，然而其裂縫情況卻往往無法準確掌握，因此定量對其各要素進行檢測十分必要。一般情況下，窄縫中會形成大量空氣介質，而空氣介質和壩體介質在電性方面存在較大差異，因此其波形形態會產生變異、相軸也不再連續、振幅顯著減小、呈現高頻等，這些異常極易識別。然而，由于隱含裂縫會形成多次散射波，所以裂縫深度難以精確評定，故而只能依據其延伸強度進行定性判定：若隱患下面部位具有的能量較強，則裂縫延伸較長；反之較短。在判定原有裂縫是否有開裂趨勢及開裂方向的時候，可以參考公路對路基部分、路面部分進行裂縫檢測的相關方法。對水庫大壩壩頂部位進行裂縫探測所得雷達圖像如圖 2所示，從圖2中可以推斷其裂隙區。

5.庫區部分、壩區部分滲漏現象探測的應用

假如水壩具有的整體性被破壞，那么其結構具有的強度便會降低，則會導致其固有的滲漏現象更加嚴重或出現新滲漏。對水壩而言，通常在其壩基部位、壩體部位和相關附屬工程部位特別容易出現滲漏。如果滲流量并不是很大且較穩定，那么水壩則處于安全狀態；如果滲流量越來越大，且會將一些顆粒比較小的土體帶走的時候，則會導致孔隙逐漸加大，進而出現滲漏通道，此時壩體便會出現安全隱患。水壩通常各種材料進行堆砌而形成的。對于防滲物質具有的物性比較均一而且壩身部位碾壓比較密實的那些壩體而言，雷達探測時候的反射波非常弱，且其同相軸比較連續、波形呈現平緩衰減態勢。一旦壩體出現局部滲漏現象，滲漏通道部位和其四周的各種材料便會呈現相對飽和，使得介電常數增加、導電率加大，通過水的作用，其雷達反射波會迅速衰退、減弱，使得信號出現“變胖”的態勢，進而使其明顯區別于其他未發生滲漏的部分，并在雷達剖面部位出現一個強反射區。與此同時，雷達剖面部位的反射波具有的強度會越來越大，其同相軸的連續性也將被破壞，其圖像十分清晰，極易辨識。

6.結束語

綜上所述，利用探地雷達進行探測不僅分辨率比較高、不具有破壞性，而且十分方便、快捷，此外其天線的種類也非常多并且有很強的適應能力，因此，探地雷達技術被普遍運用于不同深度層方面存在的小型或者微小型構造的相關探測中。對震后有關滑坡體方面、滲漏方面、防滲墻方面出現的破壞以及形成各種裂縫的相關機理進行分析，并以此為基礎與實際例子相結合，對隱患部位通過探地雷達得出的圖像特征以及相關識別方法進行了探討。由于探底雷達技術也有其薄弱之處，所以在對其探測數據進行處理以及對探測圖像進行隱患識別的時候，需要相關技術人員具備較高的理論知識與實踐經驗。

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