工程地質學第8章

1、第第8章章 工程地質勘察工程地質勘察 1 1、目的：獲取建筑場地及其有關地區(qū)的工程地、目的：獲取建筑場地及其有關地區(qū)的工程地質原始資料和工程地質論證。質原始資料和工程地質論證。 2 2、原則：堅持為建筑物服務的原則。、原則：堅持為建筑物服務的原則。 3 3、要求：按勘察階段的要求，正確反映工程地、要求：按勘察階段的要求，正確反映工程地質條件，提出工程地質評價，為設計施工提供依質條件，提出工程地質評價，為設計施工提供依據(jù)。據(jù)。 4 4、基本方法：工程地質測繪、工程地質勘探與、基本方法：工程地質測繪、工程地質勘探與取樣、工程地質現(xiàn)場測試與長期觀測、工程地質取樣、工程地質現(xiàn)場測試與長期觀測、工程地質

2、資料室內整理等。資料室內整理等。8.1 建筑工程地質勘察的內容和方法建筑工程地質勘察的內容和方法 1、工程地質勘察階段、工程地質勘察階段 2、工程地質測繪、工程地質測繪 3、遙感技術在工程地質測繪中的應用、遙感技術在工程地質測繪中的應用 4、工程地質勘探、工程地質勘探 5、土式樣的采取、土式樣的采取 6、地球物理勘探、地球物理勘探8.1.1 工程地質勘察階段工程地質勘察階段 工程地質勘察階段的劃分是與設計階段的劃分相一工程地質勘察階段的劃分是與設計階段的劃分相一致的，一定的設計階段需要相應的工程地質勘察工致的，一定的設計階段需要相應的工程地質勘察工作。作。 可行性研究勘察可行性研究勘察選址或確

3、定場地要求選址或確定場地要求 初步勘察初步勘察初步設計或擴大初步設計初步設計或擴大初步設計 詳細勘察詳細勘察施工圖設計施工圖設計 施工勘察施工勘察針對場地條件復雜或有特殊要求的重針對場地條件復雜或有特殊要求的重要工程要工程1、可行性研究勘察階段（選址階段）、可行性研究勘察階段（選址階段）P252 該階段對擬建場地的穩(wěn)定性和適宜性做出評價。該階段對擬建場地的穩(wěn)定性和適宜性做出評價。 （1）確定建筑場地時，在工程地質方面要避開的地）確定建筑場地時，在工程地質方面要避開的地區(qū)或地段？區(qū)或地段？ （2）本階段對工程地質工作的要求？）本階段對工程地質工作的要求？2、初步勘察階段：、初步勘察階段：對場地內

4、建筑地段的穩(wěn)定性做出巖對場地內建筑地段的穩(wěn)定性做出巖土工程評價。土工程評價。 本階段的勘察工作有那些？本階段的勘察工作有那些？3、詳細勘察與施工勘察階段、詳細勘察與施工勘察階段 詳細勘察的主要內容：結合技術設計或施工圖設計詳細勘察的主要內容：結合技術設計或施工圖設計 施工勘察的主要內容：主要與設計、施工單位相結合施工勘察的主要內容：主要與設計、施工單位相結合8.1.2 工程地質測繪工程地質測繪 1.工程地質測繪的內容和比例尺 實質：綜合性測繪實質：綜合性測繪 任務：在地形地質圖填繪出測區(qū)的工程地質條件任務：在地形地質圖填繪出測區(qū)的工程地質條件 內容：工程地質條件的全部要素（擬建場地的地層、巖性

5、、內容：工程地質條件的全部要素（擬建場地的地層、巖性、地質構造、地貌、水文地質條件、物理地質作用和現(xiàn)象、已地質構造、地貌、水文地質條件、物理地質作用和現(xiàn)象、已有建筑物的變形和破壞狀況和建筑經(jīng)驗、可利用的天然建筑有建筑物的變形和破壞狀況和建筑經(jīng)驗、可利用的天然建筑材料的質量及其分布等）材料的質量及其分布等） 比例尺：小比例尺測繪（可研勘察）比例尺：小比例尺測繪（可研勘察） 中比例尺測繪（初勘）中比例尺測繪（初勘） 大比例尺測繪（詳勘）大比例尺測繪（詳勘） 2.工程地質測繪方法 相片成圖法：相片成圖法： 實地測繪法：實地測繪法： 路線法：路線法：路線形式可以是直線或折線路線形式可以是直線或折線,觀

6、測路線應選擇在觀測路線應選擇在露頭及覆蓋層較薄的地方。露頭及覆蓋層較薄的地方。 布點法：布點法：預先在地形圖上布置一定數(shù)量的觀測路線和觀測預先在地形圖上布置一定數(shù)量的觀測路線和觀測點，但觀測點要根據(jù)觀察目的和要求進行布點。點，但觀測點要根據(jù)觀察目的和要求進行布點。 追索法：沿地層走向或某一地質構造線或某些不良地質現(xiàn)追索法：沿地層走向或某一地質構造線或某些不良地質現(xiàn)象界線進行布點追索。他是在布點法和路線法的基礎上進行，象界線進行布點追索。他是在布點法和路線法的基礎上進行，是一種輔助方法。是一種輔助方法。 8.1.3 遙感技術在工程地質測繪中的應用遙感技術在工程地質測繪中的應用 遙感：遙感：根據(jù)電

7、磁輻射理論，應用現(xiàn)代技術中的各種探測器，對遠根據(jù)電磁輻射理論，應用現(xiàn)代技術中的各種探測器，對遠距離目標輻射來的電磁波信息進行接收、傳送到地表接收站加工距離目標輻射來的電磁波信息進行接收、傳送到地表接收站加工處理成遙感資料（圖像或數(shù)據(jù)），用來探測識別目標物的整個過處理成遙感資料（圖像或數(shù)據(jù)），用來探測識別目標物的整個過程。程。 1 應用方法應用方法 初步解譯階段初步解譯階段 野外踏勘和驗證野外踏勘和驗證 成圖階段成圖階段 2.遙感影像資料比例尺遙感影像資料比例尺P255 8.1.4 工程地質勘探工程地質勘探 勘探是在工程測繪的基礎上，為了進一步查明地表以下工程地質問題，取得深部地質資料而進行的。

8、方法主要有：坑、槽探、鉆探、地球物理勘探等方法。 1.坑、槽探 用人工或機械方式進行挖掘坑、槽，直接觀察巖土層的天然狀用人工或機械方式進行挖掘坑、槽，直接觀察巖土層的天然狀態(tài)及地層之間的接觸關系等地質結構；可以取出接近實際的原狀態(tài)及地層之間的接觸關系等地質結構；可以取出接近實際的原狀結構土樣。結構土樣。 缺點：深度淺，受自然地質條件限制。 形式：坑、槽、井、洞。 2.鉆探 概念：指在地表下用鉆頭鉆進地層的勘探方法指在地表下用鉆頭鉆進地層的勘探方法 幾個術語：幾個術語：孔口、孔底、孔壁、孔徑、換徑、孔深?？卓凇⒖椎?、孔壁、孔徑、換徑、孔深。 鉆探過程和鉆進方法鉆探過程和鉆進方法 過程：過程：破碎

9、巖土破碎巖土采取巖土采取巖土保全孔壁保全孔壁 鉆進方法：鉆進方法：沖擊鉆進、回轉鉆進、綜合式鉆進、振動鉆進沖擊鉆進、回轉鉆進、綜合式鉆進、振動鉆進 鉆孔地質柱狀圖：鉆孔地質柱狀圖： 是表示該鉆孔所穿過的地層而綜合成圖表表示（是表示該鉆孔所穿過的地層而綜合成圖表表示（圖中表示有地圖中表示有地質年代、土層埋藏深度、土層厚度、土層底部的絕對標高、巖土質年代、土層埋藏深度、土層厚度、土層底部的絕對標高、巖土的描述、柱狀圖、地面絕對標高、地下水水位和測量日期、巖土的描述、柱狀圖、地面絕對標高、地下水水位和測量日期、巖土樣選取位置等樣選取位置等） 比例尺一般為：比例尺一般為：1：1001：5008.1.5

10、 土式樣的采取土式樣的采取 1.1.原狀土樣的概念原狀土樣的概念 工程地質的主要任務之一就是在巖土層中采取巖芯工程地質的主要任務之一就是在巖土層中采取巖芯或原狀土式樣?；蛟瓲钔潦綐?。 原狀式樣有巖芯式樣和土式樣，后者更容易擾動。原狀式樣有巖芯式樣和土式樣，后者更容易擾動。 造成土樣擾動有三個原因：造成土樣擾動有三個原因： 巖土工程勘察規(guī)范對土式樣的擾動程度分為如下質巖土工程勘察規(guī)范對土式樣的擾動程度分為如下質量等級：量等級：級、級、級、級、級、級、級。級。 2 減少土式樣擾動的注意事項.在結構性敏感土層和較在結構性敏感土層和較以泥漿護孔，可減少擾動以泥漿護孔，可減少擾動取土鉆孔的孔徑要適當取土

11、鉆孔的孔徑要適當 一次鉆進不宜過深一次鉆進不宜過深取土深度與進土深度等尺寸，在取土前都應丈量準確。取土深度與進土深度等尺寸，在取土前都應丈量準確。8.1.6 8.1.6 地球物理勘探地球物理勘探1 1物探及其分類物探及其分類 地球物理場，是指存在于地球內部及其地球物理場，是指存在于地球內部及其周圍的、具有物理作用的物質空間周圍的、具有物理作用的物質空間。例如，。例如，地球內部及其周圍具有重力作用的物質空間，地球內部及其周圍具有重力作用的物質空間，稱為稱為重力場重力場；天然或人工建立的具有電；天然或人工建立的具有電( (磁磁) )力作用的物質空間稱為力作用的物質空間稱為電電( (磁磁) )場場；

12、質點振動；質點振動傳播的物質空間，稱為傳播的物質空間，稱為彈性波場彈性波場等等。等等。 組成地殼的不同巖土介質往往在密度、組成地殼的不同巖土介質往往在密度、彈性、電性、磁性、放射性及導熱性等方面彈性、電性、磁性、放射性及導熱性等方面存在存在差異差異，這些差異將會引起相應的地球物，這些差異將會引起相應的地球物理場在空間理場在空間( (或時間或時間) )上的上的局部變化局部變化，這種變，這種變化稱為化稱為地球物理異常。地球物理異常。 地球物理勘探就是通過專門的儀器，觀測這地球物理勘探就是通過專門的儀器，觀測這些些地球物理異常地球物理異常，取得它們，取得它們( (在時間和空間上在時間和空間上) )的

13、分布及形態(tài)等有關地球物理資料，然后結的分布及形態(tài)等有關地球物理資料，然后結合已知地質資料進行分析研究，推斷地下地合已知地質資料進行分析研究，推斷地下地質構造，或確定巖土介質的性質，從而達到質構造，或確定巖土介質的性質，從而達到解決地質問題的目的。解決地質問題的目的。 (1)(1)以介質以介質彈性差異彈性差異為基礎，研究波場變化為基礎，研究波場變化規(guī)律的地震勘探和聲波探測；規(guī)律的地震勘探和聲波探測；(2)(2)以介質以介質電性電性差異差異為基礎，研究天然或人工電場為基礎，研究天然或人工電場( (或電磁場或電磁場) )的變化規(guī)律的電法勘探；的變化規(guī)律的電法勘探；(3)(3)以介質以介質密度差異密度

14、差異為基礎，研究重力場變化規(guī)律的重力勘探；為基礎，研究重力場變化規(guī)律的重力勘探；（4 4）以介質磁性）以介質磁性差異差異為基礎，研究地磁場變?yōu)榛A，研究地磁場變化規(guī)律的磁法勘探；化規(guī)律的磁法勘探； (5)(5)以介質中以介質中放射性元素放射性元素種類及含量差異種類及含量差異為基礎，研究幅射場變化特征為基礎，研究幅射場變化特征的核地球物理勘探；的核地球物理勘探；(6)(6)以以地下熱能分布和介地下熱能分布和介質導熱性質導熱性為基礎，研究地溫場變化的地熱勘探為基礎，研究地溫場變化的地熱勘探等。等。物探方法通?？煞譃橐韵聨状箢悾何锾椒椒ㄍǔ？煞譃橐韵聨状箢悾?工程與環(huán)境物探的應用范圍工程與環(huán)境物探的

15、應用范圍 （1 1）區(qū)域性地質調查。）區(qū)域性地質調查。 （2 2）工程地質環(huán)境調查。）工程地質環(huán)境調查。 （3 3）工程施工或巷道掘進過程中的超前預測。）工程施工或巷道掘進過程中的超前預測。 （4 4）工程施工質量及工程現(xiàn)狀的檢測。）工程施工質量及工程現(xiàn)狀的檢測。 （5 5）環(huán)境地質方面。）環(huán)境地質方面。 （6 6）水資源的調查。）水資源的調查。 （7 7）考古及文物保護方面的調查。）考古及文物保護方面的調查。 （8 8）水資源的調查。）水資源的調查。 3工程與環(huán)境物探的特點工程與環(huán)境物探的特點 表表1 1為常用物探方法解決工程及環(huán)境地為常用物探方法解決工程及環(huán)境地質問題能力一覽表，由表可見。

16、工程及環(huán)質問題能力一覽表，由表可見。工程及環(huán)境物探工作通常有以下特點：境物探工作通常有以下特點：（1 1) )要求探查的分辨率高、定量解釋精度高；要求探查的分辨率高、定量解釋精度高；（2 2）還往往要求查明單個對象（如溶洞）的空間位置；）還往往要求查明單個對象（如溶洞）的空間位置；（3 3）對工作結論要求高；）對工作結論要求高； （4 4）探查對象復雜。探查對象復雜。 表達表一表一:工程與環(huán)境物探常用方法及解釋地質問題能力一覽表 注：表示直接方法及有效。表示間接方法及可以適用。4工程與環(huán)境物探的主要方法及其發(fā)展工程與環(huán)境物探的主要方法及其發(fā)展 幾乎各種物探方法在工程及環(huán)境物探領幾乎各種物探方法

17、在工程及環(huán)境物探領域均能找到其用武之地，但大多數(shù)方法都要域均能找到其用武之地，但大多數(shù)方法都要作某些改造和發(fā)展作某些改造和發(fā)展, ,使其適應工程使其適應工程與環(huán)境物與環(huán)境物探探。 1、彈性波法彈性波法 2 2、電法電法 3 3、核物探核物探 4 4、其它方法、其它方法一一.電法勘探電法勘探 電法勘探是以巖、礦石之間電法勘探是以巖、礦石之間電學性質的差電學性質的差異異為基礎，通過觀測和研究與這些差異有關的為基礎，通過觀測和研究與這些差異有關的電場或電磁場在空間或時間上的分布特點和變電場或電磁場在空間或時間上的分布特點和變化規(guī)律，來化規(guī)律，來查明查明地下地質構造和尋找地下電性地下地質構造和尋找地下

18、電性不均勻體（巖溶、風化層、滑坡體等）的一類不均勻體（巖溶、風化層、滑坡體等）的一類勘查地球物理方法勘查地球物理方法。1.4 高密度電阻率法高密度電阻率法1.4.1 基本原理基本原理 高密度電阻率法是根據(jù)水文、工程及環(huán)境高密度電阻率法是根據(jù)水文、工程及環(huán)境地質調查的實際需要而研制的一種電阻率法觀地質調查的實際需要而研制的一種電阻率法觀測系統(tǒng)。與常規(guī)電阻率法相比，高密度電阻率測系統(tǒng)。與常規(guī)電阻率法相比，高密度電阻率法在野外信息采集過程中可組合使用多種裝置法在野外信息采集過程中可組合使用多種裝置形式，因而采集的信息量大，數(shù)據(jù)觀測精度高，形式，因而采集的信息量大，數(shù)據(jù)觀測精度高，在電性不均勻體的探測

19、中取得了良好的地質效在電性不均勻體的探測中取得了良好的地質效果。果。高密度電阻率法實際上是一種陣列勘探方法。高密度電阻率法實際上是一種陣列勘探方法。 由于高密度電阻率法可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的快速由于高密度電阻率法可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的快速采集和微機處理，從而改變了電阻率法勘探傳采集和微機處理，從而改變了電阻率法勘探傳統(tǒng)的工作模式，大大地提高了工作效率，減輕統(tǒng)的工作模式，大大地提高了工作效率，減輕了勞動強度，使電法勘探的智能化程度大大地了勞動強度，使電法勘探的智能化程度大大地向前邁進了一步。圖向前邁進了一步。圖8.1.1為高密度電阻率法勘為高密度電阻率法勘探系統(tǒng)結構示意圖。探系統(tǒng)結構示意圖。圖8.1.1 高密度

20、電阻率法勘探系統(tǒng)結構示意圖 圖8.1.3 西安市區(qū)高密度電阻率法等值線擬斷面圖 2三電位電極系測量裝置三電位電極系測量裝置 為獲得地電斷面結構特征的信息，可選擇為獲得地電斷面結構特征的信息，可選擇三電位電極系測量裝置。三電位電極系是將等三電位電極系測量裝置。三電位電極系是將等間距的對稱四極，偶極及微分裝置按一定方式間距的對稱四極，偶極及微分裝置按一定方式組合后所構成的一種測量系統(tǒng)。組合后所構成的一種測量系統(tǒng)。三電位電極系的電極排列方式如圖三電位電極系的電極排列方式如圖8.1.4所示。所示。當點距設為當點距設為x時，其極距時，其極距 。 三電位電極系的電極排列方式如圖三電位電極系的電極排列方式如

21、圖2.1.53所所示。當點距設為示。當點距設為x時，其極距時，其極距 a=nx(n=1,2,3)圖圖8.1.4 三電位電極系三電位電極系由于由于 aIUaBMANaNBMNAMs2,2,: aIUaANaBNAMaMNBMs6,3,2,: aIUaMNaANaBNBMAMs3,2,3,: 當三電位電極系的極距為當三電位電極系的極距為a時， 上述三種電極裝置時， 上述三種電極裝置系數(shù)依次為：系數(shù)依次為：KaK,2aKa3,6, 于是（于是（2.1-52）式寫成）式寫成 sss3231 （2.1-53） 3視視參參數(shù)數(shù)及及其其計計算算 高高密密度度電電阻阻率率法法采采用用上上述述三三電電位位電電極

22、極系系， 其其視視電電阻阻率率參參數(shù)數(shù)將將包包括括 IUaIUaIUasss3;6;2 由由于于一一條條剖剖面面上上段段測測點點總總數(shù)數(shù)是是固固定定的的，因因此此，當當極極距距逐逐漸漸擴擴大大時時，反反映映不不同同深深度度的的測測點點數(shù)數(shù)將將依依次次減減 少。少。當然，也可根據(jù)需要增設無窮遠極，從而當然，也可根據(jù)需要增設無窮遠極，從而增加聯(lián)合三極測深的測量方式，這時這時相應的視參數(shù)為IUaIUaBBsAAs4,4。 考慮到三電位電極系中三種視電阻率參數(shù)的考慮到三電位電極系中三種視電阻率參數(shù)的異常的分布規(guī)律，設計了下述比值參數(shù)異常的分布規(guī)律，設計了下述比值參數(shù) )()()(iiiTsss （2.

23、1-54） sT比比值值參參數(shù)數(shù)綜綜合合了了同同一一地地電電斷斷面面和和兩兩種種視視參參數(shù)數(shù)所所反反映映異異常常分分布布的的相相對對關關系系，因因而而用用該該參參數(shù)數(shù)所所繪繪制制的的比比值值斷斷面面圖圖在在反反映映地地電電結結構構的的分分布布形形態(tài)態(tài)方方面面，遠遠較較相相應應排排列列的的視視電電阻阻率率斷斷面面圖圖要要清清晰晰得得多多。 另另一一類類比比值值參參數(shù)數(shù)是是以以聯(lián)聯(lián)合合三三極極測測深深的的測測量量結結果果為為基基礎礎，其其表表達達式式為為 )1()1()()()1,(iiiiiiBsAsBsAs （2.1-55） 式中式中)(is與與) 1( is分別表示相鄰兩點同一極分別表示相鄰

24、兩點同一極距的視電阻率值，通常將計算結果示于第距的視電阻率值，通常將計算結果示于第i點與第點與第1i點之間。點之間。 4資料處理及結果圖示資料處理及結果圖示 圖圖8.1.5為高密度電阻率法數(shù)值模擬等值線為高密度電阻率法數(shù)值模擬等值線斷面圖。其中（斷面圖。其中（a）圖下部為水文物探中一種模）圖下部為水文物探中一種模擬古河道中含水透鏡體的常見的地電模型，上擬古河道中含水透鏡體的常見的地電模型，上部為經(jīng)過濾波處理后的部為經(jīng)過濾波處理后的比值參數(shù)面圖，它比較比值參數(shù)面圖，它比較簡捷地反映了局部透鏡體簡捷地反映了局部透鏡體(高阻體高阻體)的存在。的存在。 （b）圖為隆起基巖中的低阻破碎帶，圖為隆起基巖中

25、的低阻破碎帶，比值參數(shù)不僅比值參數(shù)不僅反映出基底的起伏，還清楚地反映出低阻破碎反映出基底的起伏，還清楚地反映出低阻破碎帶的存在。帶的存在。 圖8.1.5 高密度電阻率法數(shù)值模擬斷面圖應用實例應用實例1 1、高密度電阻率方法在地下空洞墓穴、高密度電阻率方法在地下空洞墓穴探測探測實例實例圖圖4 d是總剖面的照片，是總剖面的照片，e是電阻率反演結果，與剖面對應的是電阻率反演結果，與剖面對應的b和和c（放大圖）（放大圖）是先前發(fā)現(xiàn)的墓穴，位置是先前發(fā)現(xiàn)的墓穴，位置a（放大圖）是先前沒有注意到的另一個墓穴。采用（放大圖）是先前沒有注意到的另一個墓穴。采用溫納裝置，電極距為溫納裝置，電極距為1米。米。 2

26、 2、 高密度電法在高密度電法在地區(qū)規(guī)劃水泥廠地基勘察中地區(qū)規(guī)劃水泥廠地基勘察中的應用。圖的應用。圖6 6為測線為測線2 2的電阻率剖面及鉆井驗證結果。的電阻率剖面及鉆井驗證結果。 3 3、高密度電法在、高密度電法在地區(qū)銅鎳礦勘察中的應用地區(qū)銅鎳礦勘察中的應用二二. 探地雷達探地雷達 探地雷達探地雷達（Ground Penetrating Radar簡簡稱稱GPR）是用頻率介于）是用頻率介于106109Hz的的無線電無線電波波來確定地下介質分布的一種方法。來確定地下介質分布的一種方法。 對稱振子型調幅脈沖時域探地雷達對稱振子型調幅脈沖時域探地雷達輸出輸出功率大，能實時監(jiān)測測量結果，設備可做成功

27、率大，能實時監(jiān)測測量結果，設備可做成便攜式等優(yōu)點，在商用地面探地雷達中，已便攜式等優(yōu)點，在商用地面探地雷達中，已得到廣泛應用。下面主要介紹這種探地雷達。得到廣泛應用。下面主要介紹這種探地雷達。 2.5.1 脈沖時間域探地雷達的基本原理脈沖時間域探地雷達的基本原理 脈沖時間域探地雷達利用超高頻短脈沖電脈沖時間域探地雷達利用超高頻短脈沖電磁波在地下介質中的傳播規(guī)律來探測地下介質磁波在地下介質中的傳播規(guī)律來探測地下介質的分布。因為的分布。因為任何脈沖波都可以分解成不同任何脈沖波都可以分解成不同頻率的單諧波；頻率的單諧波；對稱振子型、發(fā)射和接受天對稱振子型、發(fā)射和接受天線間距離很小。因此線間距離很小。

28、因此電偶極源產(chǎn)生的單諧電磁電偶極源產(chǎn)生的單諧電磁波場及傳播特征是探地雷達的理論基礎。波場及傳播特征是探地雷達的理論基礎。2.5.1.1 電偶極源的電磁場電偶極源的電磁場1、 均勻介質中的電磁場均勻介質中的電磁場水平電偶極子源在主剖面中的輻射場為水平電偶極子源在主剖面中的輻射場為 rxrepHrzrepHrepEikryikrxikry4k4k42 （2.4-25） 特點特點：在主剖面中，電場和發(fā)射天線在主剖面中，電場和發(fā)射天線（偶極子軸偶極子軸）方向平行， 而磁場與圓心位于原點的同心圓的切線方向平行， 而磁場與圓心位于原點的同心圓的切線方向一致。方向一致。 1電磁波在介質中的傳播速度電磁波在介

29、質中的傳播速度 探地雷達測量的是地下界面的反射波的探地雷達測量的是地下界面的反射波的走時走時，為了，為了獲取地下獲取地下界面的深度界面的深度，必須要有介質的，必須要有介質的電磁波傳播速度電磁波傳播速度v，其值為，其值為 2/12)1)(1(2v （2.4-27） 絕絕大大多多數(shù)數(shù)巖巖石石介介質質屬屬非磁性、非導電介質，常常常常滿滿足足1，于于是是可可得得 rcv （2.4-28） 式式中中c為為真真空空中中電電磁磁波波傳傳播播速速度度，rm/ns;3 .0c為為相相對對介介電電常常數(shù)數(shù)。上上式式表表明明對對大大多多數(shù)數(shù)非非導導電電、非非磁磁性性介介質質來來說說，其其電電磁磁波波傳傳播播速速度度

30、主主要要取取決決于于介介質質的的介介電電常常數(shù)數(shù)。 2電電磁磁波波在在介介質質中中的的吸吸收收特特性性 吸吸收收系系數(shù)數(shù)決決定定了了場場強強在在傳傳播播過過程程中中的的衰衰減減速速率率，探探地地雷雷達達工工作作頻頻率率高高， 在在地地下下介介質質中中以以位位移移電電流流為為主主，即即1/，這這時時的的近近似似值值為為 2 （2.4-29） 即即與與導導電電率率成成正正比比，與與介介電電常常數(shù)數(shù)的的平平方方根根成成正正比比。 表表 2.4.2 列出了一些常見介質的相對介列出了一些常見介質的相對介電常數(shù)、導電常數(shù)、導電率、傳播速度與吸收系數(shù)電率、傳播速度與吸收系數(shù)。注意注意高阻與低阻介質高阻與低阻

31、介質的的r、的不同。的不同。 表 2.4.2 介質相對介電常數(shù)r、導電率、速度與吸收系數(shù) 媒 質 r mS/m)( )m/ns( dB/m)( 空 氣 1 0 0.3 0 淡 水 80 0.5 0.033 0.1 海 水 80 3104 0.01 103 干 砂 35 0.01 0.15 0.01 飽和砂 2030 0.11.0 0.06 0.030.3 石灰?guī)r 48 0.52 0.12 0.41 泥 巖 515 1100 0.09 1100 粉 砂 530 1100 0.07 1100 粘 土 540 21000 0.06 1300 花崗巖 46 0.011 0.13 0.011 巖 鹽 5

32、6 0.011 0.13 0.011 冰 34 0.01 0.16 0.01 垂直極化波垂直極化波（電場矢量垂直入射面電場矢量垂直入射面）在界面的在界面的反射與折射反射與折射： 電磁波在跨越介質交界面時電磁波在跨越介質交界面時， 緊靠界面兩側的電場， 緊靠界面兩側的電場強度和磁場強度的切向分量強度和磁場強度的切向分量分別相等分別相等，則得則得 ttrriitriHHHEEEcoscoscos （2.4-30） 令令itirEETEER/,/1212， 分別表示波從介質， 分別表示波從介質 1 入射入射到介質到介質 2 時界面的反射系數(shù)和折射系數(shù)。時界面的反射系數(shù)和折射系數(shù)。 )sin/(cos

33、cos2)sin/(cos)sin(cos2212222212iiiiiiinTnnR （2.4-31） 其中其中n表示折射率，表示折射率，*11*22/n。 下下面面討討論論不不同同入入射射角角時時， 反反射射系系數(shù)數(shù)12R與與折折射射系系數(shù)數(shù)12T的的變變化化規(guī)規(guī)律律。 10i，即即垂垂直直向向射射，此此時時)1/(2);1/()1(1212nTnnR。當當1n時時，012R，112T；rE與與iE反反向向，rH與與iH同同向向 。當當1n時時，則則與與上上述述情情況況相相反反。 l剖面法與多次覆蓋剖面法與多次覆蓋（1）剖面法剖面法 剖面法是發(fā)射天線（剖面法是發(fā)射天線（T）和接收天線（）和

34、接收天線（R）以固）以固定間距沿測線同步移動的一種測量方式定間距沿測線同步移動的一種測量方式。 （2）多次覆蓋多次覆蓋 應用不同天線距的發(fā)射應用不同天線距的發(fā)射接收天線在同一測線接收天線在同一測線上進行重復測量然后把測量記錄中相同位置的記錄上進行重復測量然后把測量記錄中相同位置的記錄進行疊加，這種記錄能增強對深部地下介質的分辨能進行疊加，這種記錄能增強對深部地下介質的分辨能力。力。2寬角法或共中心點法寬角法或共中心點法 222224vhvxt （2.4-36） 利用寬角法或共中心點法測量所得到的地下利用寬角法或共中心點法測量所得到的地下界面反射波雙程走時界面反射波雙程走時t，由公式，由公式（2

35、.4-36）就可求得就可求得到地層的電磁波速度。到地層的電磁波速度。 4.5.2.2 探地雷達的技術參數(shù)探地雷達的技術參數(shù) 1分辨率分辨率 分辨率是方法分辨最小異常體的能力。分辨分辨率是方法分辨最小異常體的能力。分辨率可分為垂向分辨率與橫向分辨率。率可分為垂向分辨率與橫向分辨率。 （1） 垂向分辨率垂向分辨率一般把地層厚度一般把地層厚度b=4作為垂直分辨率的作為垂直分辨率的下限。下限。 （2）橫向分辨率橫向分辨率2/hrf （2.4-37） 2探測距離與探距方程探測距離與探距方程 lg10minTsWWQ （2.4-38） 雷達系統(tǒng)從發(fā)射到接收過程中的功率損耗雷達系統(tǒng)從發(fā)射到接收過程中的功率損

36、耗 Q 可由可由雷達探距方程來描述。來描述。 )64lg(104342regGGQrrtrt （2.4-39） 滿足滿足 Qs+Q0 的距離的距離r，稱為探地雷達的探測距，稱為探地雷達的探測距離， 亦即處在距離離， 亦即處在距離 r 范圍內的目的體的反射信號可范圍內的目的體的反射信號可以為以為雷達系統(tǒng)所探測雷達系統(tǒng)所探測。 4.5.2.4 探地雷達測量的設計探地雷達測量的設計1目的體特性與所處環(huán)境分析目的體特性與所處環(huán)境分析（1）天線中心頻率選擇）天線中心頻率選擇 （2）時窗選擇）時窗選擇（3）采樣率選擇）采樣率選擇（4）測點點距選擇）測點點距選擇（5）天線間距選擇）天線間距選擇 4.5.3

37、探地雷達的數(shù)據(jù)處理與資料解釋探地雷達的數(shù)據(jù)處理與資料解釋 4.5.3.1 探地雷達的數(shù)據(jù)處理探地雷達的數(shù)據(jù)處理 數(shù)字記錄的探地雷達數(shù)據(jù)類似于數(shù)字記錄的探地雷達數(shù)據(jù)類似于反射地反射地震震數(shù)據(jù)，反射地震數(shù)字處理許多有效技術通數(shù)據(jù)，反射地震數(shù)字處理許多有效技術通過某種形式改變均可以應用于探地雷達資料過某種形式改變均可以應用于探地雷達資料的處理。的處理。 4.5.3.3 探地雷達的資料解釋方法探地雷達的資料解釋方法（補充速度的求?。ㄑa充速度的求?。?1時間剖面的解釋方法時間剖面的解釋方法（1）反射層的拾?。┓瓷鋵拥氖叭。?）時間剖面的解釋）時間剖面的解釋2資料解釋的資料解釋的專家系統(tǒng)專家系統(tǒng)介紹介紹

38、 (1）對雷達圖像信息進行反褶積處理。）對雷達圖像信息進行反褶積處理。 （2）利用自動識別系統(tǒng)）利用自動識別系統(tǒng) （3）根據(jù)專家領域知識進行地層性質判別）根據(jù)專家領域知識進行地層性質判別 4.5.4探地雷達的應用探地雷達的應用4.5.4.1在工程地質勘察中的應用在工程地質勘察中的應用1基巖面的探地雷達探測基巖面的探地雷達探測 廣州廣州花園。第四系地層覆蓋在基巖花園。第四系地層覆蓋在基巖（灰?guī)r）上。第四系地層為淤泥、粉質粘土（灰?guī)r）上。第四系地層為淤泥、粉質粘土與砂，比較松軟；其下為灰?guī)r，有較高的承與砂，比較松軟；其下為灰?guī)r，有較高的承載力。建筑物擬采用預制樁樁基礎。圖載力。建筑物擬采用預制樁樁基礎。圖2.4.34為該場地地層的探地雷達圖