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物探与化探  2024, Vol. 48 Issue (6): 1741-1746    DOI: 10.11720/wtyht.2024.0091
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探地雷达在临海市古长城内部结构检测中的应用分析
杨浩1(), 邹杰2, 程丹丹1, 于景兰1
1.中国电波传播研究所,山东 青岛 266000
2.新疆公路桥梁试验检测中心有限责任公司,新疆 乌鲁木齐 830000
Application of ground-penetrating radar in detecting the internal structures of the ancient Great Wall in Linhai City
YANG Hao1(), ZOU Jie2, CHENG Dan-Dan1, YU Jing-Lan1
1. China Research Institute of Radiowave Propagation,Qingdao 266000,China
2. Xinjiang Highway and Bridge Test and Testing Center Co.,Ltd.,Urumqi 830000,China
全文: PDF(3789 KB)   HTML
输出: BibTeX | EndNote (RIS)      
摘要 

无损监测古建筑内部结构特征是进行文物保护的关键。为确定临海市古长城结构和墙体内部缺陷,本研究利用100 MHz和270 MHz天线组合的探地雷达对长城不同方位上墙体结构进行了无损检测。检测结果表明临海市古长城墙体结构分层情况明显,通过探地雷达信号反射图像发现,墙体内部缺陷反应清晰,存在内部疏松、缝隙、脱空等内部病害隐患。研究表明探地雷达方法在此类古城墙结构和缺陷检测中结果可靠,研究结果可为古长城结构保护提供技术支持。

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杨浩
邹杰
程丹丹
于景兰
关键词 临海市古长城探地雷达结构检测缺陷检测图谱分析    
Abstract

Non-destructive testing of the internal structural characteristics of ancient buildings is the key to preserving cultural relics.To determine the structures and internal defects of the ancient Great Wall in Linhai City,this study performed non-destructive testing of the wall structures in different orientations using a ground-penetrating radar (GPR) combining 100 MHz and 270 MHz antennas.The testing results show significant structural stratification in the ancient Great Wall.The GPR signal-reflected images reveal clear internal wall defects like pores,cracks,voids,and other hidden dangers.This study demonstrates the reliability of the GPR in detecting structures and defects of ancient walls,there by providing technical support for the structural protection of the ancient Great Wall.

Key wordsancient Great Wall in Linhai City    ground-penetrating radar    structural testing    defect detection    atlas analysis
收稿日期: 2024-03-19      修回日期: 2024-09-26      出版日期: 2024-12-20
ZTFLH:  P631.4  
基金资助:中国电波传播研究院所稳定支持科研经费资助项目(A132303219)
引用本文:   
杨浩, 邹杰, 程丹丹, 于景兰. 探地雷达在临海市古长城内部结构检测中的应用分析[J]. 物探与化探, 2024, 48(6): 1741-1746.
YANG Hao, ZOU Jie, CHENG Dan-Dan, YU Jing-Lan. Application of ground-penetrating radar in detecting the internal structures of the ancient Great Wall in Linhai City. Geophysical and Geochemical Exploration, 2024, 48(6): 1741-1746.
链接本文:  
https://www.wutanyuhuatan.com/CN/10.11720/wtyht.2024.0091      或      https://www.wutanyuhuatan.com/CN/Y2024/V48/I6/1741
Fig.1  临海古长城主体结构示意
Fig.2  探地雷达检测示意
因素名称 因素符号 相关公式 符号含义
埋深 h h= 1 2vt v—电磁波波速,m/ns
t—双程走时,ns
衰减系数 β β = 2 π f ε μ 1 2 1 + σ 2 π f ε 2 - 1 1 2 f—电磁频率,Hz
μ—介质磁导率,H/m
σ—介质电导率,mS/m
介电常数 εr v = c ε r c—光速,3×108m/ns
反射系数 r r ε i - ε i + 1 ε i + ε i + 1 /
水平分辨率 Δx Δ x = 1 4 1 2 λ H 0 + 1 16 λ 2 H0—垂直测距,m
λ—电磁波波长,m
垂直分辨率 Δh Δ h = 1 4 λ /
Table 1  探地雷达探测原理的关键因素
介质 电导率/
(ms·m-1)
相对介
电常数
波速/
(m·ns-1)
衰减系数/
(dB·m-1)
空气 0 1 0.3 0
10-4 81 0.033 0.1
砂(干) 10-7~10-3 4~6 0.15 0.01
砂(湿) 10-4~10-2 30 0.06 0.03~0.3
黏土(湿) 10-1~1 5~40 0.06 1~300
青砖 10-4 7~9 0.1~0.12 0.03
墙体土 10-5 9~14 0.08~0.1 0.03~0.06
Table 2  不同介质相对介电常数
测线 天线频率/MHz 时窗/ns 采样频率/(samples·s-1) 采样间隔/cm 叠加次数 触发方式 探测深度/m
1 270 80 128 1 16 距离触发 2~3
2 100 200 128 1 16 距离触发 5
3 270 80 128 1 16 距离触发 2~3
Table 3  不同测线天线频率和探地雷达参数设定
Fig.3  探地雷达数据处理前(a)后(b)对比示意
Fig.4  外侧墙体结构层探测结果
Fig.5  测线1探地雷达检测结果
Fig.6  测线2探地雷达检测结果
Fig.7  测线3探地雷达检测结果
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