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时间：2019年2月18日 09:20
【摘要】探地雷选图像的分析处理过程（鳊辑标记、地形高程随正、距离修正、去除干扰信号和进行数字信号处理等），重点研究了道路路基存在较大彭同和不规则孔洞、地层软弱区、地层松散区、雨水或者地下水入侵路基层、路基产生沉陷、断层或裂缝等主要病害的探地雷达图像特征。本文论证了路基病害探测中应用的可行性和优越性。
【关键词】探地雷达；路基质量；病害图像探测
探地雷达（GPR），又名地质雷达。它是通过向探测目标体下方发射高频电磁波束（106~109HZ），并接收来自地下介质界面的反射波，依据地下不同介质的电磁差异，探测地下介质物性分布的一种地球物理勘探技术。
一、探地雷达法原理
地质雷达由发射天线、接收天线、信号接收系统和处理系统等组成。发射天线向地下介质内发射高频电磁波，当电磁波到达两种不同介质分界面时，因介电常数的差异而使电磁波发生发射和透射，且入射波、反射波和透射波的传播规律遵循反射定律和透射定律。电磁波因介电常数差异产生反射，差异越大反射信号越强烈，反之反射信号越弱。
二、道路路基病害探测中的应用
1. 道路路基结构与主要病害表现，道路的结构从上到下一般分为面层（厚度约15cm）、基层（厚度约30cm）、垫层（厚度约25cm）和路基。公路路基往往由于人类地下作业活动（采矿、开挖地铁等）、路基下面存在不良地质构造、地质病害、地基土软弱、回填土压实度不够、承载力不足、地下管线渗漏、地下水入侵等原因导致路基土质松散、地层产生过量下沉，并逐步形成脱空、空洞和裂缝等路基病害。公路路面在车辆荷载的反复作用下会逐渐损坏，导致路面开裂、翻浆甚至失稳而发生坍塌、沉陷。
2．探地雷达图像的分析处理过程，野外采集获得的雷达图像在室内一般进行下列处理，编辑标记、调整水平比例、进行地形高程修正和距离修正。有时需消除水平系统噪声、多次波、衍射或高频噪声干扰，必要时采用一些数字处理技术：如增益调整、颜色变换、组合数字滤波、反褶积、希尔伯特变换、偏移、静校正和多种数学计算功能（如：加、减、开方、对数等）。数字滤波又分有限脉冲响应滤波（FIR）和无限脉冲响应滤波（Ⅱ R）。常用的是有限脉冲响应滤波（FIR）技术，以获得明显直观的探地雷达检测图像，然后结合道路路基的工程地质结构和施工特点进行雷达探测结果解释。
3. 道路路基结构和病害的雷达图像特征分析，我们知道，对于非磁性物质，电磁波的反射特性仅仅与介质的介电常数有关，反射系数的大小取决于界面上下各层的介电常数的差异。由于公路及路基大多数为层状结构，所以探地雷达反射波图像的特征表现为明显的层状介质的反射波特性，但当结构层或路基损坏时，图像中连续的层状反射波出现扭曲、变形。路基中的地层松散区、空洞、脱空等病害在雷达图像中也有明显的反射信号，主要路基病害的图像特征分述如下：①地层松散区的图像特征为没有明显的路基层状结构反射，反射波形杂乱、反射信号强弱不均等；②较大的空洞表现为较明显的洞穴型双曲线反射波组，有的空洞会产生绕射波，而不规则空洞的形态则各异；③当雨水或者地下水沿着裂缝侵入到路基的某层时，使得其含水量明显增多，由于水的相对介电常数为8l，故该层与其上下地层的介电常数的差异会增大，此时的雷达图像可见明显的高含水性反射波的特点；④当路基岩土产生沉陷时，沉陷带与周围地层产生错动，形成断层或裂缝，在雷达图像中表现为明显的反射同相轴不连续，出现错位或断开。
三、探地雷达在公路路基检测中的应用情况分析
从地球物理学的角度来看，路基结构类型可以被视为典型的水平层状介质模型。在路基施工材料和施工方法的差异来看，路基土的各种物理性质的存在，比如电气、密度、电磁波的传播速度的差异，也由于人工建造比自然水平层状地层的统一，路面的具体物理场所为地球物理方法应用无损检测提供了有利的条件。
其具体的应用情况主要有以下几种类型：
1. 面板下疏松导致局部脱空的情况，公路路基的混凝土面层出现地质疏松和空洞等问题，这是由于内力或外力使混凝土面层和低密度之间的结合，在一定厚度的层间导致出现空隙和气孔变大、松散的状况。从地球物理学的角度看，空隙实际上是表面层和基底层之间所形成薄薄的一层空气。断板表面层松散后发现现场局部空隙的存在，实际上是少量的空隙在原混凝土板和下熔覆层之间，由于空隙的存在，在其中充满了外来物质。针对这种情况，在雷达表面就可以用剖面性能强散来进行检测，并形成雷达波形。另外，针对空洞的情况，路面异常的性质一般是基于异常体的位置，也会受到时间，频率，振幅等因素的异常特征的影响，如果有路基脱空，表现为异常波弧雷达剖面，强振幅异常通常是纯净的空孔弧，强振幅异常土壤孔会和填充弧一般表现为相对弱振幅异常。从理论上讲，在基础层和密集区域的表面层，由于层间弱反射，波形平坦，规则，没有杂乱反射，这可能是因为地表水入渗和水面积不排出，使面板与底座逐渐松散，进而导致局部出现脱空的现象。所以不同的层间介质介电常数不同，基于雷达波反射界面的具体做法，结合反射界面的传播特性，其传播速度明显下降而形成不同的雷达图象，进而便于测量。
2. 路面基层剧烈起伏的情况，由于局部路段基本密实度不均匀，当负荷转移能力之间的面板出现受力不均匀的情况时，由于受到超重荷载的长期影响，就可能导致路面地基不均匀而加剧沉降或拱起的情况出现，甚至产生基层裂缝，进而就会在波动谱的雷达波形中显现出其具体的性能特点。无损检测应贯穿高速公路建设和运营管理的路基整个过程，才能便于对其进行维护，特别是在工程建设中，雷达天线的选择也是一项重要工作内容，使用车载测量方法对路基填筑质量进行跟踪检测，可以及时发现高速公路的施工质量问题，同时也会出现基层损坏的状况，由于地方基层部分压实度不均匀，在不密实的超重负荷反复冲击下，加之受到地表水和地下水的影响，会对路面造成严重的损害，表现为雷达杂波和雷达反射波剖面起伏不断，并对所存在的缺陷检测异常可以及时进行处理，通过动态的手段和方法方便对公路路面的路基工程质量进行适当的监控和管理，确保科学合理的检测。
3. 基层高含水的情况，当公路路面出现不均匀就会导致路面部分基本密实度和填充密度较低，在宽松的条件下，可能会导致地表水入渗，加快水面积聚，同时松散的基层含水率是比较大的。
因此，较大的介电常数会与周围的介电常数存在巨大差异。之前和之后的波比在一样的水平下也会出现低反射波形并在雷达剖面上的表现，同时部分反射波跳动的非常强，也会反映更大的能源强度的变化。路基压实、土壤密度分布和层间水渗流量光滑，除了面板和底座之间的介电常数存在差别外，其他地方的介电常数变化小，不存在明显的反射界面，这种情况在雷达剖面上的示波是没有规则并呈现杂乱反射的图象。
随着经济的快速发展，城市道路得以迅猛发展，道路品质得以提升。但伴随着道路的运营，道路病害也逐步凸显，路面出现不同程度的破损，造成破损的因素除了车辆超载、路面材料与当地环境的适应性外，路基中存在的病害也是一大因素，并在一些地区对路面病害的产生起着决定性的作用。
参考文献：
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[2] 马前金. 我国探地雷达的应用现状及展望.2016[3] 阳言. 地质雷达特征图像与典型地质现象.2016
