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探地雷达在某公路岩溶勘探中的应用【摘要】本文介绍了探地雷达的基本原理并对影响探地雷达应用效果的因素进行分析；通过探地雷达探测在实际公路溶洞勘察中的应用；表明探地雷达是一种高效、无损的探测方法能较为准确的探测溶洞的大小和位置为基础施工提供可靠的工程依据。【关键词】探地雷达；溶洞探测1概述在计算机技术高速发展的今天探地雷达技术已经被广泛应用到多个领域。探地雷达高度集中了近代电子技术的成果使其不仅在设备上得到了完善在成像、成图分析中也更加直观。探地雷达是一种非破坏性的检测技术现已广泛应用于公路路基溶洞探查、工程质量检测、地下埋藏物探测、坝体隐患探测、考古勘探、污染区规划等方面。而溶洞则是在我国有着广泛分布的天然地质情况在溶洞区建设公路、桥梁等工程建设工作也在日益增多；如何有效的避免或减少这种天然地质情况在工程建设中的危害成为工程建设必不可少的一个环节。2方法原理及特征参数2.1基本原理探地雷达探测地下目标主要是通过在地面通过向地下发射高频电磁波经地层或目的体反射后形成反射回波返回地面。探地雷达的脉冲波双程旅行时为：式中x值即收发距在剖面测量中是固定的；v为电磁波在介质中之传播速度可用宽角法直接测量也可以根据公式：近似计算。C为光速εr为地下介质的相对介电常数。2.2影响因素探地雷达是根据雷达波的特征识别地下介质的形状和性质的因此能否获得可分辨的反射波是影响探地雷达应用效果的关键因素它取决于雷达波的强度、探地雷达仪器的分辨能力、波在地质界面上的反射特性以及波在地下介质中行进时的衰减情况。而雷达波的强度以及探地雷达仪器的分辨能力由探地雷达仪器本身决定我们主要分析后两个因素。2.2.1反射系数的影响因素地质雷达波是高频电磁波其传播可近似为平面波在地质界面的反射系数r为：式中z1为界面上层介质的波阻抗z2为界面下层介质的波阻抗。波阻抗的计算式为：其中j=-1ω=2πf为角频率μ为介质的磁导率ε为介质的介电系数σ为介质的电导率（以下同）。由于地质雷达频率高一般有σεr为介质的相对介电常数角标r表示波所在的介质。反射系数反映了反射能量占入射能量的比率取决于界面上下介质的介电系数差异。而探测目标体与周围介质的介电系数差异是探地雷达应用的物性前提其差异的大小影响其探测的效果。一般的商用探地雷达可容许反射波的损耗达60dB因此当目标体与围岩介质的介电系数差异达到1时可测到反射波。2.2.2吸收系数的影响因素电磁波在有耗介质中的衰减主要是由于传导电流的热损耗和介质极化过程中的附加损耗。除了这些本质原因还有波的空间发散损耗和散射损耗。若仅考虑前一原因以吸收系数β表征的波衰减特性与介质性质的理论关系：为了说明β与σ、ε、ω的关系我们讨论两个极限情况：a.时吸收系数与频率f无关而与σ成正比与ε成反比。b.时吸收系数与频率f、σ有关而与ε无关。可见在高导电率介质中或使用高频时β将增大。介质的电导率主要受介质中的含水率及粘土含量的影响常见介质按电导率的分类如下：A类：低电导率（小于10-7S/m）如空气、干的花岗岩、灰岩、混凝土、沥青等应用效果好的介质。B类：中电导率（10-7～10-2S/m）如纯净水、纯净水结成的冰、雪、砂、干粘土、干的玄武岩、海冰等应用效果一般的介质。C类：高电导率（大于10C2S/m）如湿粘土、湿页岩、海水等应用效果较差的介质。当σ>0101Sm时不宜使用探地雷达。2.2.3分辨率的影响因素探地雷达的应用前提是获得可分辨的反射波而其探测效果主要由其分辨率决定（包括垂直分辨率和水平分辨率）。探地雷达的垂直分辨率主要由探地雷达的波长决定从波的传播规律可知可识别目标体的尺度一般需大于1/2波长若垂直最小可分辨的层的厚度为Dm则它与f的关系为：其中C为电磁波在真空中的传播速度。可见频率越高则Dm越小即垂直可分辨层的厚度越薄垂直分辨率越高。探地雷达的水平分辨率是指探地雷达在水平方向上所能分辨的最小异常体的尺寸。根据波的干涉原理法线反射波与第一Fresenel带外缘的反射波的旅行差为λ/2。当反射波之间发生相长性干涉时振幅增强；而第二Fresenel带内的反射波发生相消性干涉时振幅减弱因此雷达波向下传播的区域是一个圆锥体其反射能量主要来自第一Fresenel带。设目标体埋深为H雷达波的波长为λ时则第一Fresenel带的半径RF为：由于每一雷达记录是第一Fresenel带内反射波的综合反映因此