CN106908846B - 一种利用探地雷达检测堆石体密实度的检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用探地雷达检测堆石体密实度的检测方法，首先选择堆石体完全密实区进行试验探测，对密实堆石体的雷达波振幅进行标定；其次以步骤(1)中同样的数据采集参数对被检测堆石体进行全面探测，数据采集时需要按照设计测线进行；(3)提取接收天线的数据，对数据进行处理，得到探地雷达检测图像剖面图；(4)根据探地雷达检测图像剖面图，得出探地雷达的雷达反射波的振幅，以完全密实堆石体的雷达波的平均振幅值为基准，其余检测线雷达反射波振幅与基准振幅值作对比，分析出被测地段的整体堆石体密实度的分布情况。本发明具有无损，快速，检测深度大的特点，可高效，快速，且无损的对被测地段的堆石体密实度进行精度较高的检测。

Description

一种利用探地雷达检测堆石体密实度的检测方法

技术领域

本发明涉及利用探地雷达检测堆石体密实度的检测方法，属于检测领域。

背景技术

当前，中国已建的和在建的水库总量约为10万座，大部分的水库库底采用的是回填石渣或其他岩体，并在上层采用土工膜等材料进行防渗，此种施工工艺对底部堆石体的堆积密实度要求较高，一旦密实度不足，就容易发生不均匀沉降，导致上层防渗材料破坏失效，从而使库区丧失蓄水能力。

传统的检测方法为物探检测，该方法采用对被测地段开孔，放置超声波发射和接收换能器，对被测地段进行检测。采用该方法对堆石体密实度检测具有准确性高的特点。但该方法由于需对被测地段进行钻孔，若钻孔数量少，无法系统评估一个地区的堆石密实度质量，若钻孔数过多，又容易对原始地形造成破坏。同时该方法还受限于钻孔设备的质量，一旦工作任务过多，容易造成时间成本过大。

上述情况表明，采用传统的物探检测，虽然精度好，但在效率，易操作性上还有所欠缺，因此，一种简单高效，且满足精度要求的快速测试堆石体密实度的检测方法亟待产生。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种利用探地雷达检测堆石体密实度的检测方法，由于探地雷达检测具有无损，快速，检测深度大的特点，可高效，快速，且基本无损的对被测地段的堆石体密实度进行精度较高的检测。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明的一种利用探地雷达检测堆石体密实度的检测方法，包括以下步骤：

(1)首先选择堆石体完全密实区进行试验探测，完全密实区为筑料颗粒级配合理、接触充分、堆石体内无缝隙或空腔、止水性良好的已知区域，以固定振幅的雷达电磁波进行多次扫描探测，求取平均振幅值作为雷达数据采集时的固定标准参数，对密实堆石体的雷达波振幅进行标定；同时根据被检测堆石体的厚度选择合理的采样时间和检测天线；

(2)其次以步骤(1)中同样的数据采集参数(振幅、时窗和频率等)对被检测堆石体进行全面探测，数据采集时需要按照设计测线进行，控制检测剖面的平面绝对位置；

(3)提取接收天线的数据，对数据进行处理，得到探地雷达检测图像剖面图；

数据处理的一般流程：原始数据→原始数据编缉→水平均衡→零漂校正→反褶积或带通滤波→消除背景干扰信号→频率、振幅分析、偏移绕射处理→增益处理→标定剖面坐标桩号→编辑、打印输出探地雷达检测图像剖面图，在数据处理过程中，通过处理效果的比对，选择合适的数据处理步骤，以统一的处理参数和步骤对采集的原始数据进行处理，数据处理后的雷达显示剖面参数统一；

(4)根据探地雷达检测图像剖面图，得出探地雷达的雷达反射波的振幅，对堆石体内各同一介质层进行雷达波振幅标定，以完全密实堆石体的雷达波的平均振幅值为基准，其余检测线雷达反射波振幅与基准振幅值作对比,比值为α，

1)当α≤5000时，堆石体密实度良好；

2)当5000≤α≤10690时，堆石体密实度适中；

3)当α≥10690时，堆石体密实度差。

作为优选，所述步骤(1)中探地雷达为32MHz低频组合天线。仪器参数设置如下：32MHz：采样点数1024samp/scan，采样数为16位，扫描速度4scan/s，水平扫描速度16scans/m，时窗800ns，垂向高通滤波器：10MHz，垂向低通滤波器：60MHz，发射率：12kHz，手动增益。

本发明所针对的是大深度堆石体的密实性检测，其颗粒成分组成主要是不同粒径的石块和砂，颗粒间隙主要是充填水，堆石体厚度大(≥30m)，影响堆石体的介电性指标的是堆石体颗粒间隙填充水，填充水量较大，则堆石体密实性比较差，雷达反射波振幅较大；反之，填充水量较小，则堆石体密实性比较好，雷达反射波振幅较小。根据电磁波传播原理，随着探测深度的增加，探地雷达检测频率则越低，其探测分辨率相应的降低，雷达波在堆石体内传播的振幅大小，间接的反映了堆石体的密实性。

本发明探测技术针对的对象主要是大型堆石体的密实性探测，与《应用探底雷达探测介质的密实度》有以下几点不同：⑴探测目标体不同，本发明只要是针对由不同粒径碎石组成的堆石体，与上述论文中提到的砂介质有很大的区别；⑵探测深度大，频率低，没有明显分层界面；⑶密实性的判别法不同，本发明是通过振幅比来判别密实性，判别准确率高。

本发明优点是：雷达波标准振幅值的选取，是建立在现场对堆石体完全密实区检测的基础上，求取平均振幅值，代表性高，可靠性强，可直观的、定量的反映出大深度的堆石体的密实性。

有益效果：本发明的利用探地雷达检测堆石体密实度的检测方法，利用探地雷达发射雷达波，通过接收装置接收，通过雷达波振幅的变化，得到待检测体的密实度，具有无损，快速，检测深度大的特点，采用该方法可高效，快速，且基本无损的对被测地段的堆石体密实度进行精度较高的检测。

附图说明

图1为本发明的原理示意图。

图2为现有的测量示意图。

具体实施方式

以一工程检测事例介绍本发明检测方法的实施方式。江苏溧阳抽水蓄能电站位于江苏省溧阳市境内，电站装机容量1500MW(6×250MW)，为一等大(1)型工程，主要水工建筑物有主坝、2座副坝、进出水口、库岸及库底防渗体系等。大坝和库周均采用钢筋混凝土面板防渗，库底回填石渣后采用土工膜防渗。溧阳抽水蓄能电站上水库渗漏检查和填筑特性，需对进出水口塔基周边一定范围内的回填堆石体进行充填灌浆处理，通过本方法检测，快速选定出堆石体的欠密实和不密实区域，并对同一位置灌前和灌后的检测数据对比分析，为确保灌浆工程的施工质量提供技术支撑。本次采用了本发明方法，采用大深度低频雷达进行检测，圈定出堆石体的不密实区，再利用现有的超声波技术验证探地雷达技术是探测结果。如图1所示，在实地测试时，方法实施步骤如下：

(1)首先选择堆石体完全密实区进试验探测，对密实堆石体的雷达波振幅进行标定，以固定振幅的雷达电磁波进行多次扫描探测，求取平均振幅值作为雷达数据采集时的固定标准参数(采集多组数据，得出一个固定标准参数)，同时根据被检测堆石体的厚度选择合理的采样时间和检测天线；

(2)其次以同样的数据采集参数(振幅、时窗和频率等)对被检测堆石体进行全面探测，数据采集时需要按照设计测线进行，控制检测剖面的平面绝对位置；

(3)数据处理的一般流程：原始数据→原始数据编缉→水平均衡→零漂校正→反褶积或带通滤波→消除背景干扰信号→频率、振幅分析、偏移绕射处理→增益处理→标定剖面坐标桩号→编辑、打印输出探地雷达检测图像剖面图。在数据处理过程中，通过处理效果的比对，选择合适的数据处理步骤，以统一的处理参数和步骤对采集的原始数据进行处理，数据处理后的雷达显示剖面参数统一；

(4)根据探地雷达的检测结果，并结合推石体的设计资料，对堆石体内各同一介质层进行雷达波振幅标定，以完全密实堆石体的雷达波的平均振幅值为基准，其余检测线雷达反射波振幅与基准振幅值作对比，比值为α，

1)当α≤5000时，堆石体密实度良好；

2)当5000≤α≤10690时，堆石体密实度适中；

3)当α≥10690时，堆石体密实度差。

根据雷达电磁波在被检测堆石体的传播特征，分析雷达波高振幅比值的分布特征区，此分布区即为堆石体内密实不均匀范围，结合堆石体的材料特点和雷达波同相轴的变化特征，定量分析堆石体密实度的变化特征，并划定出推石体内不密实区的分布范围，得出待测坝体的密实度，下面利用超声波检测进行坝体的密实度的验证。

如图2所示，采用现有超声波的方法检验待测坝体的密实度，对感兴趣的测点进行钻孔，即为待测点1、2、3，将声测管埋入孔中，并在孔内注满清水，检查声测管畅通情况，使超声波检测仪的换能器能在声测管内升降畅通，测试时将声波换能器(发射、接收)放置于声测管底部，从下而上同步上升，并进行超声波检测；对超声波声速进行统计学处理，分析出感兴趣测点深度方向上的密实度分布，结合探地雷达的检测结果，全面，深入的了解被测地段的密实度分布情况(如表1所示)；

表1

依据声速平均值β划分堆石体密实度：

1)当β≤2.34km/s时，堆石体密实度差；

2)当2.34km/s≤β≤2.54km/s时，堆石体密实度适中；

3)当β≥2.54km/s时，堆石体密实度良好。

说明：堆石体越完整、越坚硬，波速越高；反之，孔隙、节理裂隙发育，密实性差，波速越低。三个测点1、2、3灌浆后的密实度均良好。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种利用探地雷达检测堆石体密实度的检测方法，其特征在于：针对的是大深度堆石体的密实性检测，其颗粒成分组成是不同粒径的石块和砂，颗粒间隙是充填水，堆石体厚度≥30m；该检测方法包括以下步骤：

（1）首先选择堆石体完全密实区进行试验探测，以固定振幅的雷达电磁波进行多次扫描探测，求取平均振幅值作为雷达数据采集时的固定标准参数，对密实堆石体的雷达波振幅进行标定；

（2）其次以步骤（1）中同样的数据采集参数对被检测堆石体进行全面探测，数据采集时需要按照设计测线进行；

（3）提取接收天线的数据，对数据进行处理，得到探地雷达检测图像剖面图；

所述数据处理的步骤为: 原始数据→原始数据编缉→水平均衡→零漂校正→反褶积或带通滤波→消除背景干扰信号→频率、振幅分析、偏移绕射处理→增益处理→标定剖面坐标桩号→编辑、打印输出探地雷达检测图像剖面图；

（4）根据探地雷达检测图像剖面图，得出探地雷达的雷达反射波的振幅，对堆石体内各同一介质层进行雷达波振幅标定，以完全密实堆石体的雷达波的平均振幅值为基准，其余检测雷达反射波振幅与基准振幅值作对比,比值为α，

1）当α≤5000时，堆石体密实度良好；

2）当5000≤α≤10690时，堆石体密实度适中；

3）当α≥10690时，堆石体密实度差。

2.根据权利要求1所述的利用探地雷达检测堆石体密实度的检测方法，其特征在于：所述步骤（1）中探地雷达的天线为32MHz低频组合天线。

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