水利工程隐患探测中雷达的应用

张峰

摘 要：本文以探地雷达相关原理作为基础，并与实例图像进行结合，对探地雷达在探测有关水坝滑坡方面、渗漏方面、防渗墙方面、裂缝方面等相关应用进行了探索、讨论，对通过探地雷达探测各种隐患获得的图像特征以及相应的诊断方法进行了分析，以期对水利工程目前存在的病险状况在检测方面有所突破，使检测更加全面、更加快速。

关键词：探地雷达 隐患探测 防渗墙探测

探地雷达即由探测进行发射一种高频电磁脉冲波，这种波会在被探测的地面下面的物质界面形成反射波，进而反映出地面以下的情况。伴随微电子相关技术的不断发展，探地雷达这种新型的技术也取得了质的飞跃，探地雷达技术将现代材料方面、利用微处理机进行数据处理方面及许多模拟实验、现场实验方面的技术融为一体，实现无损探测，被大量运用于地矿领域、铁道领域、煤炭领域、水电领域、考古领域等，所以本文深入探讨了利用探地雷达技术对水利工程中存在的安全隐患进行探测应用。

1.探地雷达进行探测的工作原理及方法

探地雷达的工作原理在于把高频电磁波透过发射天线以脉冲、定向的形式对地下进行发射。由于地下介质并不具备均一性，因此其介质的电性也各不相同，电磁波在这些地下介质中进行传播的过程中，不同电性会形成分界面，电磁波遇到此分界面，其中一部分会反射回地面被接收天线进行接收；而其余一部分则会穿过此界面继续进行传播，如遇深处界面继续进行反射，直至能量耗尽。电磁波进行传播级发生反射的途径如图1所示，此图中T表示发射天线，R表示接收天线。利用探地雷达进行测量一般采用剖面法，对发射天线及接收天线而言，当其沿着探测线通过等间距的形式进行移动时，则其轨迹图为“时距”波形图，其中纵坐标为电磁波的双程走时t（ns），横坐标为其距离x（m）。而且，每道波形都有数字记录，这些数据可由软件进行解译，进而获取其剖面图像。对雷达图像而言，如果其反射波在同相轴上保持连续，无异常变化，则表示此区域安全；如果其反射波的连续性被破坏，且有明显的异常变化，则此区域存在安全隐患，并可以根据波形变化及其强度特征，结合各种资料及方法判定其地质含义。

2.水坝防渗墙探测的应用

水库堤坝里面的防渗墙十分隐蔽且十分重要，对堤坝的整体安全性有着重要的作用。一旦发生地震，其防渗墙便可能被破坏，造成安全隐患。所以地震结束后应检测渗流异常的那些防渗墙，及时定位隐患、排查隐患。若防渗墙中的填充物质比较均匀且各个方向同性，则电磁波透过墙体时会呈现均匀衰减的态势，在波形记录上面也会呈现出直达波，而没有反射波。若墙体中的质体不均匀，那么在缺陷部位便会形成反射波，其剖面图便会呈现出异常，从中便可获悉其隐患分布特点及其范围。对于小缺陷而言，其电磁波便会呈现点反射弧形。而且物质电性也各不相同，介质对于频段不一样的电磁波产生的吸收效应也不一样，相较介质比较均匀的墙体，在缺陷位置其反射波在波形方面、波幅方面级频率方面也有所区别，进而体现出破坏结构界面在分布方面具有的特征。所以，依据雷达信号是否连续、其波幅方面和频率方面是否发生变化便可得知其防渗墙是否存在安全隱患。

3.滑坡体探测的应用

岩石一旦发生崩塌或者岩（土）体发生滑动便会形成滑坡，因为地质环境不一样，所以滑坡形成的原因也不一样。然而，地震会使其原有裂缝更加松动，极易造成滑坡。此外，大地震过后通常会出现降雨以及持续时间较长的余震，因此地震之后必须及时重估滑坡体，以确保水利工程后续加固工作有数据依据。对滑坡体而言，由于其滑动面遭受到很强的剪切力，导致其岩土结构产生巨大变化，内部联系被破坏，呈现出糜棱状，岩土在其含水率方面及矿化度方面都大幅增加，所以相较其上下层，滑动面具有的介电常数以及具有的导电率都有所增高，产生出一个反射界面，其雷达图像的主要特征在于同相轴出现严重错位。对于由于滑坡而引起的较宽裂缝，雷达波会在此处形成次数较多的强反射并且和其下层部位介质产生的反射信号进行叠加，导致雷达图像不仅同相轴没有连续波形，而且十分紊乱。此外，若宽缝中存有比较多的灰尘或积水，则会导致波形图出现局部高频。

4.坝体部位裂缝探测的应用

地震会导致水坝遭到破坏而形成大量裂缝，不仅会形成新裂缝，也会使原有裂缝更大。其中裂缝具有的长度因素、深度因素等都会对大坝整体结构造成影响，然而其裂缝情况却往往无法准确掌握，因此定量对其各要素进行检测十分必要。一般情况下，窄缝中会形成大量空气介质，而空气介质和坝体介质在电性方面存在较大差异，因此其波形形态会产生变异、相轴也不再连续、振幅显著减小、呈现高频等，这些异常极易识别。然而，由于隐含裂缝会形成多次散射波，所以裂缝深度难以精确评定，故而只能依据其延伸强度进行定性判定：若隐患下面部位具有的能量较强，则裂缝延伸较长；反之较短。在判定原有裂缝是否有开裂趋势及开裂方向的时候，可以参考公路对路基部分、路面部分进行裂缝检测的相关方法。对水库大坝坝顶部位进行裂缝探测所得雷达图像如图 2所示，从图2中可以推断其裂隙区。

5.库区部分、坝区部分渗漏现象探测的应用

假如水坝具有的整体性被破坏，那么其结构具有的强度便会降低，则会导致其固有的渗漏现象更加严重或出现新渗漏。对水坝而言，通常在其坝基部位、坝体部位和相关附属工程部位特别容易出现渗漏。如果渗流量并不是很大且较稳定，那么水坝则处于安全状态；如果渗流量越来越大，且会将一些颗粒比较小的土体带走的时候，则会导致孔隙逐渐加大，进而出现渗漏通道，此时坝体便会出现安全隐患。水坝通常各种材料进行堆砌而形成的。对于防渗物质具有的物性比较均一而且坝身部位碾压比较密实的那些坝体而言，雷达探测时候的反射波非常弱，且其同相轴比较连续、波形呈现平缓衰减态势。一旦坝体出现局部渗漏现象，渗漏通道部位和其四周的各种材料便会呈现相对饱和，使得介电常数增加、导电率加大，通过水的作用，其雷达反射波会迅速衰退、减弱，使得信号出现“变胖”的态势，进而使其明显区别于其他未发生渗漏的部分，并在雷达剖面部位出现一个强反射区。与此同时，雷达剖面部位的反射波具有的强度会越来越大，其同相轴的连续性也将被破坏，其图像十分清晰，极易辨识。

6.结束语

综上所述，利用探地雷达进行探测不仅分辨率比较高、不具有破坏性，而且十分方便、快捷，此外其天线的种类也非常多并且有很强的适应能力，因此，探地雷达技术被普遍运用于不同深度层方面存在的小型或者微小型构造的相关探测中。对震后有关滑坡体方面、渗漏方面、防渗墙方面出现的破坏以及形成各种裂缝的相关机理进行分析，并以此为基础与实际例子相结合，对隐患部位通过探地雷达得出的图像特征以及相关识别方法进行了探讨。由于探底雷达技术也有其薄弱之处，所以在对其探测数据进行处理以及对探测图像进行隐患识别的时候，需要相关技术人员具备较高的理论知识与实践经验。

参考文献：

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