地质雷达在铁路路基挡墙质量检测中的应用
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介质 具有 不 同 的物理 特性 ， 如： 介 电性 、 导 电性 、 电磁 性等 ， 因此 对 电磁 波具 有不 同 的波 阻 抗 。进 入 墙 体
雷达 所记 录 的 回波走 时 ｔ 是 从 雷达 剖 面上 读 取 的。 图 ２为一 地质 模 型 及 其 对 应 的 雷 达记 录 （ 即雷 达剖 面 ） 示意 图 。设 发 射天 线 Ｔ与 接 收天 线 Ｒ 的 中 点 为记录 点 ， 则 测 线 上 各测 点 的接 收天 线 所 接 收 的 反射 波均 记 录在各 自记 录点 的下 方 ， 从 而 形 成 雷 达 剖 面 。在 雷达 剖 面上 ， 横坐 标 为测点 点 位 ， 纵 坐标 为 双程 走 时 ， 各 点 的 反 射 均 以 波 的形 式 被 记 录 下 来 。 波形 的正 、 负 峰分 别 以黑 、 白色 表 示 ， 或 以灰 色 或 彩 色表 示 。这样 ， 同相轴 、 等灰 度 或等 色线 即可 直 观地 表示 地下 反射 界 面 的形 态及 深度 变化 。 在雷 达剖 面上 ， 对 于倾 斜 的反射 界 面 ， 其 反射 同 相轴 与地 震反 射剖 面一 样 ， 也 存 在着 偏 移 与 偏 移 归 位 问题 。根 据 雷 达 图像 上 波 的传 播 时 间 和 波 速 资
铁 路路 基 挡 土 墙 结 构基 本 可 分 为 三层 ： 浆砌 片
其中： ｚ为 两天 线 的间 距 ； 为 反射 点 Ａ 的 法线 深度 ； 为 电磁 波在 地下 介质 的波 速 。 地下 介质 的波 速 已知 时 ， 可 根据 天线 间距 （ 已 知值 ） ｚ和雷 达 记录 的 回波走 时 ｔ ， 由式 （ ３ ） 求 出反 射 体 的埋深 。反 射体 或 目标 体 的埋 深 及 其 变 化 ， 是 描 述其 空 间分 布最重 要 的参 数 之 一 ， 因此 也 是 地 质 雷
部吸收， 如图 １ 所示 。
Ｔ — — Ｒ
要 任务 是必 须 可靠 地 识 别 目标 体 的 反 射 回波 ， 这 要 求 雷达 记 录 应 有 较 高 的信 噪 比。在 特 定 噪 声 背 景 下， 期望 脉 冲反 射 信 号 有 足 够 的强 度 。而 反 射 信 号 强 度 与入射 波 强度 、 入 射角 、 界 面反 射系 数 和介质 对 波 的 吸收程 度 等多种 因素有 关 。
的 电磁波 在 穿过墙 体 时 ， 其 传 播路 径 、 电磁 场强度 以 及波 形特 征将 随所 通 过介 质 的 电性 和几 何形 态 而变
化， 因此从 接 收到 的 雷达反 射 波走 时 、 幅度及 波形 资
料可 以推 断墙 体 的几 何形 态及 背后 的结 构 ｌ ＿ ４ ］ 。由 于 墙体 与反 滤层 及 背后 填 料 的物 性 差 异 较 大 ， 介 电 常 数不 同 ， 电磁 波在 介 电常数 不 同 的界 面发生 反射 ， 反 射波 被返 回表 面 ， 由被 接 受 天线 Ｒ所 接 收 ， 此时 ， 地 质雷 达记 录 主机 记录 下来 电磁 波从 发射 到接 收 的双 旅行 时 间 △ ｆ ， 并用式 （ ４ ） 记 录墙 体厚 度 Ｄ：
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朱
鲁 等
Ｊ ｏ ｕ ｒ ｎ ａｌ ｏ ｆ Ｓｈ ａ ｎ ｄ ｏ ｎ ｇ Ｕｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ｏ ｆ Ｓｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅａ ｎ ｄ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ
△
△ ０ １ ２ ３ ４ ５ ６ ７ 点 位／ 测 原 理 示 意 图
Ｆ ｉ ｇ ． １ Ｓ ｋ ｅ ｔ ｃ ｈ ｍａ ｐ ｏ ｆ ｅ ｘ ｐ ｌ ｏ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｐ ｒ ｉ ｎ ｃ ｉ ｐ ｌ ｅ
Ｄ 一 × ａ － ａ ￣ ２ 一 Ｃ×
Ａ 十 ＾ ｆ
（ ４ ）
２ ｅｒ
根据 图 １ ， 回波 走 时 （ 电 磁 波 行 程 所 需 时 间 ）ｔ
为
１
、
图 ２ 雷 达 记 录 示 意 图
Ｆ ｉ ｇ ． ２ Ｓ ｋ ｅ ｔ ｃ ｈ ｍａ ｐ ｏ ｆ ｒ ａ ｄ ａ ｒ ｒ ｅ ｃ ｏ ｒ ｄ
孺
（ ３ ）
２ 地 质 雷 达 检 测 墙 厚 的方 法
ｉ ．
地 质 雷达 在 铁路 路 基 挡 墙 质 量 检 测 中的 应 用
囊
ｌ 甄 熬
Ｉ
罐
查 明介质 结 构 、 属性 、 几 何 形 态及空 间 分布 特征 。 地质 雷达 由地 面 上 的 发 射 天 线 Ｔ将 高 频 电磁 波（ 主频 为 １ Ｏ ～１ ０ Ｈｚ ） 以宽 频 带 短 脉 冲形 式 送 人 地下 ， 经 地 下 目标 体 或 不 同 电磁 性 质 的 介 质分 界 面 反 射后 返 回地 面 ， 为 另 一 接 收 天 线 Ｒ所 接 收 ， 而其 余 电磁 能量 则穿 过 界 面 继续 向下 传 播 ， 在更 深 的界 面上继续 反 射和 折 射 ， 直 至 电磁 能 量被 地 下介 质全
达方 法必 须获 得 的基本 数据 。
石、 片石 混凝 土 的 墙 体 本 身 （ 厚 ０ ． ６ ～３ ． ０ ｍ） ， 砂 卵
石反 滤层 （ 厚 ０ ． ３ ｍ） 和 回填 粘 性土 。它 们之 间 的物
性差 异很 大 ， 片石 混凝 土 的介 电 常数 在 ４ ～５之 间 ， 而粘 土 的介 电常数 在 ９ ～１ ６之 间 ， 因此 具 备 了地 质 雷达 探测 挡墙 尺 寸 的地球 物理 前 提 。当地 质雷 达通 过 发射 天线 Ｔ 向挡墙 表 面 发射 电磁 波 时 ， 由于不 同
雷达 所记 录 的 回波走 时 ｔ 是 从 雷达 剖 面上 读 取 的。 图 ２为一 地质 模 型 及 其 对 应 的 雷 达记 录 （ 即雷 达剖 面 ） 示意 图 。设 发 射天 线 Ｔ与 接 收天 线 Ｒ 的 中 点 为记录 点 ， 则 测 线 上 各测 点 的接 收天 线 所 接 收 的 反射 波均 记 录在各 自记 录点 的下 方 ， 从 而 形 成 雷 达 剖 面 。在 雷达 剖 面上 ， 横坐 标 为测点 点 位 ， 纵 坐标 为 双程 走 时 ， 各 点 的 反 射 均 以 波 的形 式 被 记 录 下 来 。 波形 的正 、 负 峰分 别 以黑 、 白色 表 示 ， 或 以灰 色 或 彩 色表 示 。这样 ， 同相轴 、 等灰 度 或等 色线 即可 直 观地 表示 地下 反射 界 面 的形 态及 深度 变化 。 在雷 达剖 面上 ， 对 于倾 斜 的反射 界 面 ， 其 反射 同 相轴 与地 震反 射剖 面一 样 ， 也 存 在着 偏 移 与 偏 移 归 位 问题 。根 据 雷 达 图像 上 波 的传 播 时 间 和 波 速 资
铁 路路 基 挡 土 墙 结 构基 本 可 分 为 三层 ： 浆砌 片
其中： ｚ为 两天 线 的间 距 ； 为 反射 点 Ａ 的 法线 深度 ； 为 电磁 波在 地下 介质 的波 速 。 地下 介质 的波 速 已知 时 ， 可 根据 天线 间距 （ 已 知值 ） ｚ和雷 达 记录 的 回波走 时 ｔ ， 由式 （ ３ ） 求 出反 射 体 的埋深 。反 射体 或 目标 体 的埋 深 及 其 变 化 ， 是 描 述其 空 间分 布最重 要 的参 数 之 一 ， 因此 也 是 地 质 雷
部吸收， 如图 １ 所示 。
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要 任务 是必 须 可靠 地 识 别 目标 体 的 反 射 回波 ， 这 要 求 雷达 记 录 应 有 较 高 的信 噪 比。在 特 定 噪 声 背 景 下， 期望 脉 冲反 射 信 号 有 足 够 的强 度 。而 反 射 信 号 强 度 与入射 波 强度 、 入 射角 、 界 面反 射系 数 和介质 对 波 的 吸收程 度 等多种 因素有 关 。
的 电磁波 在 穿过墙 体 时 ， 其 传 播路 径 、 电磁 场强度 以 及波 形特 征将 随所 通 过介 质 的 电性 和几 何形 态 而变
化， 因此从 接 收到 的 雷达反 射 波走 时 、 幅度及 波形 资
料可 以推 断墙 体 的几 何形 态及 背后 的结 构 ｌ ＿ ４ ］ 。由 于 墙体 与反 滤层 及 背后 填 料 的物 性 差 异 较 大 ， 介 电 常 数不 同 ， 电磁 波在 介 电常数 不 同 的界 面发生 反射 ， 反 射波 被返 回表 面 ， 由被 接 受 天线 Ｒ所 接 收 ， 此时 ， 地 质雷 达记 录 主机 记录 下来 电磁 波从 发射 到接 收 的双 旅行 时 间 △ ｆ ， 并用式 （ ４ ） 记 录墙 体厚 度 Ｄ：
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根据 图 １ ， 回波 走 时 （ 电 磁 波 行 程 所 需 时 间 ）ｔ
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图 ２ 雷 达 记 录 示 意 图
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２ 地 质 雷 达 检 测 墙 厚 的方 法
ｉ ．
地 质 雷达 在 铁路 路 基 挡 墙 质 量 检 测 中的 应 用
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查 明介质 结 构 、 属性 、 几 何 形 态及空 间 分布 特征 。 地质 雷达 由地 面 上 的 发 射 天 线 Ｔ将 高 频 电磁 波（ 主频 为 １ Ｏ ～１ ０ Ｈｚ ） 以宽 频 带 短 脉 冲形 式 送 人 地下 ， 经 地 下 目标 体 或 不 同 电磁 性 质 的 介 质分 界 面 反 射后 返 回地 面 ， 为 另 一 接 收 天 线 Ｒ所 接 收 ， 而其 余 电磁 能量 则穿 过 界 面 继续 向下 传 播 ， 在更 深 的界 面上继续 反 射和 折 射 ， 直 至 电磁 能 量被 地 下介 质全
达方 法必 须获 得 的基本 数据 。
石、 片石 混凝 土 的 墙 体 本 身 （ 厚 ０ ． ６ ～３ ． ０ ｍ） ， 砂 卵
石反 滤层 （ 厚 ０ ． ３ ｍ） 和 回填 粘 性土 。它 们之 间 的物
性差 异很 大 ， 片石 混凝 土 的介 电 常数 在 ４ ～５之 间 ， 而粘 土 的介 电常数 在 ９ ～１ ６之 间 ， 因此 具 备 了地 质 雷达 探测 挡墙 尺 寸 的地球 物理 前 提 。当地 质雷 达通 过 发射 天线 Ｔ 向挡墙 表 面 发射 电磁 波 时 ， 由于不 同
