水利工程隱患探測中雷達(dá)的應(yīng)用

張峰

摘 要：本文以探地雷達(dá)相關(guān)原理作為基礎(chǔ)，并與實例圖像進(jìn)行結(jié)合，對探地雷達(dá)在探測有關(guān)水壩滑坡方面、滲漏方面、防滲墻方面、裂縫方面等相關(guān)應(yīng)用進(jìn)行了探索、討論，對通過探地雷達(dá)探測各種隱患獲得的圖像特征以及相應(yīng)的診斷方法進(jìn)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(guān)鍵詞：探地雷達(dá) 隱患探測 防滲墻探測

探地雷達(dá)即由探測進(jìn)行發(fā)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(zhì)界面形成反射波，進(jìn)而反映出地面以下的情況。伴隨微電子相關(guān)技術(shù)的不斷發(fā)展，探地雷達(dá)這種新型的技術(shù)也取得了質(zhì)的飛躍，探地雷達(dá)技術(shù)將現(xiàn)代材料方面、利用微處理機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理方面及許多模擬實驗、現(xiàn)場實驗方面的技術(shù)融為一體，實現(xiàn)無損探測，被大量運用于地礦領(lǐng)域、鐵道領(lǐng)域、煤炭領(lǐng)域、水電領(lǐng)域、考古領(lǐng)域等，所以本文深入探討了利用探地雷達(dá)技術(shù)對水利工程中存在的安全隱患進(jìn)行探測應(yīng)用。

1.探地雷達(dá)進(jìn)行探測的工作原理及方法

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

2.水壩防滲墻探測的應(yīng)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(fā)生地震，其防滲墻便可能被破壞，造成安全隱患。所以地震結(jié)束后應(yīng)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(zhì)比較均勻且各個方向同性，則電磁波透過墻體時會呈現(xiàn)均勻衰減的態(tài)勢，在波形記錄上面也會呈現(xiàn)出直達(dá)波，而沒有反射波。若墻體中的質(zhì)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(xiàn)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(xiàn)點反射弧形。而且物質(zhì)電性也各不相同，介質(zhì)對于頻段不一樣的電磁波產(chǎn)生的吸收效應(yīng)也不一樣，相較介質(zhì)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(qū)別，進(jìn)而體現(xiàn)出破壞結(jié)構(gòu)界面在分布方面具有的特征。所以，依據(jù)雷達(dá)信號是否連續(xù)、其波幅方面和頻率方面是否發(fā)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(yīng)用

巖石一旦發(fā)生崩塌或者巖（土）體發(fā)生滑動便會形成滑坡，因為地質(zhì)環(huán)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(xiàn)降雨以及持續(xù)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(xù)加固工作有數(shù)據(jù)依據(jù)。對滑坡體而言，由于其滑動面遭受到很強的剪切力，導(dǎo)致其巖土結(jié)構(gòu)產(chǎn)生巨大變化，內(nèi)部聯(lián)系被破壞，呈現(xiàn)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(shù)以及具有的導(dǎo)電率都有所增高，產(chǎn)生出一個反射界面，其雷達(dá)圖像的主要特征在于同相軸出現(xiàn)嚴(yán)重錯位。對于由于滑坡而引起的較寬裂縫，雷達(dá)波會在此處形成次數(shù)較多的強反射并且和其下層部位介質(zhì)產(chǎn)生的反射信號進(jìn)行疊加，導(dǎo)致雷達(dá)圖像不僅同相軸沒有連續(xù)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(dǎo)致波形圖出現(xiàn)局部高頻。

4.壩體部位裂縫探測的應(yīng)用

地震會導(dǎo)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(jié)構(gòu)造成影響，然而其裂縫情況卻往往無法準(zhǔn)確掌握，因此定量對其各要素進(jìn)行檢測十分必要。一般情況下，窄縫中會形成大量空氣介質(zhì)，而空氣介質(zhì)和壩體介質(zhì)在電性方面存在較大差異，因此其波形形態(tài)會產(chǎn)生變異、相軸也不再連續(xù)、振幅顯著減小、呈現(xiàn)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(jù)其延伸強度進(jìn)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(jìn)行裂縫檢測的相關(guān)方法。對水庫大壩壩頂部位進(jìn)行裂縫探測所得雷達(dá)圖像如圖 2所示，從圖2中可以推斷其裂隙區(qū)。

5.庫區(qū)部分、壩區(qū)部分滲漏現(xiàn)象探測的應(yīng)用

假如水壩具有的整體性被破壞，那么其結(jié)構(gòu)具有的強度便會降低，則會導(dǎo)致其固有的滲漏現(xiàn)象更加嚴(yán)重或出現(xiàn)新滲漏。對水壩而言，通常在其壩基部位、壩體部位和相關(guān)附屬工程部位特別容易出現(xiàn)滲漏。如果滲流量并不是很大且較穩(wěn)定，那么水壩則處于安全狀態(tài)；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(dǎo)致孔隙逐漸加大，進(jìn)而出現(xiàn)滲漏通道，此時壩體便會出現(xiàn)安全隱患。水壩通常各種材料進(jìn)行堆砌而形成的。對于防滲物質(zhì)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(dá)探測時候的反射波非常弱，且其同相軸比較連續(xù)、波形呈現(xiàn)平緩衰減態(tài)勢。一旦壩體出現(xiàn)局部滲漏現(xiàn)象，滲漏通道部位和其四周的各種材料便會呈現(xiàn)相對飽和，使得介電常數(shù)增加、導(dǎo)電率加大，通過水的作用，其雷達(dá)反射波會迅速衰退、減弱，使得信號出現(xiàn)“變胖”的態(tài)勢，進(jìn)而使其明顯區(qū)別于其他未發(fā)生滲漏的部分，并在雷達(dá)剖面部位出現(xiàn)一個強反射區(qū)。與此同時，雷達(dá)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(xù)性也將被破壞，其圖像十分清晰，極易辨識。

6.結(jié)束語

綜上所述，利用探地雷達(dá)進(jìn)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(yīng)能力，因此，探地雷達(dá)技術(shù)被普遍運用于不同深度層方面存在的小型或者微小型構(gòu)造的相關(guān)探測中。對震后有關(guān)滑坡體方面、滲漏方面、防滲墻方面出現(xiàn)的破壞以及形成各種裂縫的相關(guān)機(jī)理進(jìn)行分析，并以此為基礎(chǔ)與實際例子相結(jié)合，對隱患部位通過探地雷達(dá)得出的圖像特征以及相關(guān)識別方法進(jìn)行了探討。由于探底雷達(dá)技術(shù)也有其薄弱之處，所以在對其探測數(shù)據(jù)進(jìn)行處理以及對探測圖像進(jìn)行隱患識別的時候，需要相關(guān)技術(shù)人員具備較高的理論知識與實踐經(jīng)驗。

參考文獻(xiàn)：

[1]魏光輝，季小兵，胡平.探地雷達(dá)技術(shù)在希尼爾水庫工程中的應(yīng)用[J].水電站設(shè)計，2010，（01）：24-27.

[2]王德詠，羅先啟，車愛蘭.引灤入津輸水隧洞混凝土襯砌質(zhì)量的探地雷達(dá)檢測[J].三峽大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2009，（02）：39-42.

[3]儲冬冬，鄭東健，張磊.探地雷達(dá)在震后水利工程病險探測中的應(yīng)用[J].人民黃河，2009，（03）：56-58.