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物探与化探  2022, Vol. 46 Issue (3): 685-692    DOI: 10.11720/wtyht.2022.1313
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地下方形空洞地质雷达成像机理研究
韩佳明(), 牛宇凯, 刘明明, 郭亚南, 金超
西安科技大学 建筑与土木工程学院,陕西 西安 710054
Ground penetrating radar imaging mechanisms of underground square cavities
HAN Jia-Ming(), NIU Yu-Kai, LIU Ming-Ming, GUO Ya-Nan, JIN Chao
School of Architecture and Civil Engineering,Xi'an University of Science and Technology,Xi'an 710054,China
全文: PDF(2462 KB)   HTML
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摘要 

由于地理因素和历史等原因,城市地下方形空洞“多”、“密”、“乱”的状况越来越严重,地质雷达方形空洞扫描图像解析并不明确。基于地质雷达扫描探测全过程,将雷达紧贴地面扫描地下方形空洞的图像对称轴左侧细分为3个阶段,建立各阶段水平距离与回波延时之间的关系,系统分析不同埋深、不同大小条件下方形空洞地质雷达扫描图像的变化情况,结合探测实例实现地下方形空洞地质雷达成像机理的科学解释。总结出均匀介质中地下方形空洞雷达扫描图像对称轴左侧3个阶段分别为斜率不变的连续直线,单调递减的连续凹曲线和与水平距离无关的连续水平直线;随着埋深与空洞大小的增大,曲线图像趋于缓和,曲线的特征体现出张开弧度增大的趋势。

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韩佳明
牛宇凯
刘明明
郭亚南
金超
关键词 方形空洞地质雷达探测成像机理图像解释    
Abstract

Owing to geographical factors and historical reasons,the urban underground square cavities show increasing number,density,and chaotic state,leading to unclear interpretation results of the ground penetrating radar(GPR) images of these underground square cavities.This study divided the left side of an image(with the symmetry axis as a boundary) of square cavities obtained from the GPR scanning close to the ground into three stages based on the whole process of ground penetrating radar scanning detection.Then,this study established the relationships between horizontal distance and echo delay of each stage.Furthermore,it systematically analyzed the changes in the GPR images of square cavities with different burial depths and sizes.Finally,this study obtained the scientific explanation of geological radar imaging mechanisms of underground square cavities based on GPR detection examples.It is concluded that the three stages of the left side of a GPR scanning image of the underground square cavities in uniform media include a continuous straight line with a constant slope,a monotonically decreasing continuous concave curve,and a continuous horizontal straight line unrelated to the horizontal distance.With an increase in the burial depth and cavity size,the curve tends to be gentle and its open radian tends to increase.

Key wordssquare cavity    ground penetrating radar(GPR)    detection    imaging mechanism    image interpretation
收稿日期: 2021-08-12      修回日期: 2022-03-24      出版日期: 2022-06-20
ZTFLH:  TN951  
基金资助:国家自然科学基金青年科学基金项目(51808444)
作者简介: 韩佳明(1977-),男,副教授,博士,硕士生导师,主要从事岩土工程监测与监控研究工作。Email: 375224692@qq.com
引用本文:   
韩佳明, 牛宇凯, 刘明明, 郭亚南, 金超. 地下方形空洞地质雷达成像机理研究[J]. 物探与化探, 2022, 46(3): 685-692.
HAN Jia-Ming, NIU Yu-Kai, LIU Ming-Ming, GUO Ya-Nan, JIN Chao. Ground penetrating radar imaging mechanisms of underground square cavities. Geophysical and Geochemical Exploration, 2022, 46(3): 685-692.
链接本文:  
https://www.wutanyuhuatan.com/CN/10.11720/wtyht.2022.1313      或      https://www.wutanyuhuatan.com/CN/Y2022/V46/I3/685
Fig.1  地质雷达方形空洞成像原理
Fig.2  地质雷达方形空洞扫描曲线阶段划分
Fig.3  地质雷达方形空洞第一阶段曲线形成原理
Fig.4  地质雷达方形空洞第二阶段曲线形成原理
Fig.5  地质雷达方形空洞第三阶段曲线形成原理
Fig.6  扫描曲线最大水平距离示意
Fig.7  扫描曲线第二阶段水平距离示意
Fig.8  1号方形空洞地质雷达实测与理论扫描
Fig.9  2号方形空洞地质雷达实测与理论扫描
Fig.10  3号方形空洞地质雷达实测与理论扫描
Fig.11  4号方形空洞地质雷达实测与理论扫描
Fig.12  5号方形空洞地质雷达实测与理论扫描
Fig.13  6号方形空洞地质雷达实测与理论扫描
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