9267

УДК 37.01

Зотов Д.И./ Георадары и их применение для решения инженерногеологических, геоэкологических и геотехнических задач (на примере георадара «Зонд – 12С») [Электронный ресурс]: учеб.-метод. пос. / Д.И. Зотов, Е.Н. Зотова; Нижегор. гос. архитектур. – строит. ун – т – Н. Новгород: ННГАСУ, 2016. – 28 с. – 1 электрон. опт. диск (CD-RW)

Методические указания к лабораторным работам по дисциплине Б.1.31 Инженерные изыскания в строительстве инженерных сооружений. Направление: 08.03.01 – «Строительство» - Н. Новгород: Нижегород. гос. архит.-строит. ун-т, 2016,-28 с.

В методических указаниях приведены сведения об устройстве,

принципе действия и методике выполнения георадиолокационных исследований георадаром «Зонд-12С» для решения инженерно-

геологических, геоэкологических и геотехнических задач, при комплексном обследовании гражданских, промышленных зданий и сооружений,

археологических объектов в соответствии с требованиями действующих нормативных документов.

© Д.И. Зотов, Е.Н. ЗотоваННГАСУ, 2016

2

Содержание

3

Введение

Георадар – это современный геофизический прибор подповерхностного зондирования, предназначенный для выявления различных объектов и особенностей их строения в разных средах на основе использования классических принципов радиолокации.

Применение георадара позволяет эффективнее решать геологические задачи: изучение инженерно-геологических условий застраиваемых площадок, изучение опасных инженерно-геологических процессов и явлений

(карст, оползни, плывуны, трещиноватые зоны, подтопление), картирование торфяных залежей, определение в плане и разрезе контуров границ мерзлых пород, картирование профиля дна водоемов; геоэкологические задачи:

картирование нефтяных загрязнений грунтов, погребных участков полигонов бытовых и промышленных отходов, определение мощности современных донных отложений; геотехнические задачи: обследование конструктивных элементов зданий и сооружений, картирование погребенных фундаментов и стен древних поселений, обследование искусственных покрытий

(автомобильные дороги, взлетно-посадочные полосы, железнодорожные насыпи), поиск и диагностика состояния коммуникаций и линейных объектов.

Использование георадара как прибора, неразрушающего изучаемую среду, в комплексе с другими методами позволяет более эффективно и в экологически безопасном режиме решать вышеназванные задачи.

4

1. Краткие сведения о георадаре

ГЕОРАДАР – сложное техническое устройство, включающее в себя само устройство, аккумулятор, переносной компьютер “Notebook”, набор антенн различной частотности и программа “Prism” для получения и интерпретации данных.

Рис. 1. Георадар “Зонд-12с” с комплектом антенн различной частотности.

АНТЕННЫ. Для решения различных задач, в зависимости от среды зондирования и исследуемой глубины, следует выбирать соответствующую антенну, руководствуясь ее параметрами и техническими характеристиками:

- 38-75-150 МГц – сборная, дипольная низкочастотная неэкранированная антенна. Радиус воздействия: 1,0 - 0,75 - 0,5 м (соответственно). Применяется для решения инженерно-геологических задач на открытой территории на наибольшей глубине исследований при изучении гидрогеологических

5

условий, свойств грунта, карстовых провалов, определения уровня залегания грунтовых вод, исследования археологических объектов и т.п.

- 300 МГц – среднечастотная экранированная антенна. Радиус воздействия - 0,3 м. Применяется для решения инженерно-геологических задач на открытой территории при комплексном обследовании промышленных, гражданских зданий и инженерных объектов для исследования глубин заложения фундаментов и грунтовых оснований на глубине исследований до 15м.

- 500 МГц – среднечастотная экранированная антенна. Радиус воздействия - 0,15 м. Применяется для решения инженерно-геологических задач на открытой территории в комплексном обследовании промышленных,

гражданских зданий и инженерных объектов при исследовании глубин заложения фундаментов, поиске трубопроводов, высоковольтных кабелей,

провалов на глубине исследований до 10 м.

- 900 МГц – высокочастотная экранированная антенна. Радиус воздействия - 0,1 м. Применяется для решения инженерных задач в обследовании промышленных и гражданских зданий при исследовании фундаментов, поиске трубопроводов, высоковольтных кабелей, арматуры,

полостей на глубине исследований до 1,5 м.

- 2,0 ГГц – высокочастотная экранированная антенна. Радиус воздействия - 0,05 м. Применяется для решения инженерных задач при обследовании промышленных и гражданских зданий на небольшой глубине исследований до 0,5 м.

ПРОГРАММА “Prism” – предназначена для работы в полевых условиях в составе георадара, а также в лабораторных условиях при обработке и интерпретации данных радиолокационного зондирования.

Впрограммы пакета “Prism” задачи входит:

1.Управление всеми режимами георадара и настройка его параметров под конкретные условия работы.

6

2.Прием цифровых данных от георадара при проведении радиолокационного зондирования и запись их на жесткий магнитный диск компьютера в виде файлов.

3.Отображение принимаемых (или ранее принятых) данных на дисплее компьютера в заданном пользователем виде.

4.Цифровая обработка принятых данных с целью выделения полезных сигналов и подавления шумов, помех и неинформативных сигналов.

5.Определение различных параметров сигналов, вычисление спектров и т.п.

6.Распечатка результатов на принтере.

2. Принцип действия георадара

Компьютер с программой

“Prism”

Цель

Рис. 2.1. Структурная схема принципа работы георадара

7

Передатчик возбуждает антенну очень короткими электрическими импульсами, при этом передающая антенна излучает сверхширокополосные полуторапериодные электромагнитные волны (рис.2.2).

Эти электромагнитные волны распространяются в зондируемой среде,

отражаясь при обратно от различных неоднородностей (металлов, пустот,

различных предметов, границ слоев с различными свойствами грунтов).

Рис. 2.2. Форма излучаемой электромагнитной волны.

Отраженные волны принимаются приемником с помощью приемной антенны и именно они и несут в себе информацию о зондируемой среде. Но кроме отраженной волны обязательно присутствует и прямая волна, которая идет непосредственно от приемной антенны к передающей по кратчайшему расстоянию. Поэтому на выходе приемника сигнал представляет собой импульс передатчика (рис.2.3) и следующие за ним отраженные импульсы.

От импульса передатчика и следует оценивать время задержки отраженных сигналов с целью определения глубины залегания цели в среде.

Рис. 2.3. Пример сигнала на выходе приемника. Слева хорошо виден импульс передатчика.

8

Процесс, показанный на рис.2.3, весьма скоротечен и занимает десятки – сотни наносекунд и его технически сложно обрабатывать. Для “растяжки” процесса во времени и служит стробоскопический преобразователь.

Управлением работой всех узлов георадара занимается синхронизатор,

который, в свою очередь, подчиняется компьютеру с программой “Prism”.

В компьютер данные радиолокационного зондирования поступают в цифровом виде.

При анализе получаемой информации следует иметь в виду, что скорость распространения электромагнитных волн в зондируемой среде

(если это не воздух) не равна скорости света, а меньше ее в коэффициент замедления раз, который равен квадратному корню от диэлектрической проницаемости среды (учет этого фактора в программе делается автоматически).

3. Применяемые термины.

Выборка - единичное значение, содержащее амплитуду отраженного сигнала в определенный момент времени.

Трасса - совокупность выборок, содержащая одномерную информацию об отраженных сигналах, может содержать 128, 256 и 512 выборок (рис. 4.1).

Профиль - совокупность трасс, содержащая двухмерную информацию об отраженных сигналах, полученных в результате прохождения маршрута

(рис.4.2 и 4.3). Профиль может содержать любое количество трасс.

Нулевая точка - выборка трассы, соответствующая моменту максимума излучения передатчика, на которую приходиться ноль оцифровки шкалы вдоль трасс, т.к. от нее идет отсчет времени задержки отраженного сигнала (рис.4.1 и 4.3).

Волновой профиль - вид отображения профиля, при котором трассы расположены вертикально на некотором расстоянии друг от друга.

Прорисовка каждой трассы производится кривой линией, отклоняющейся от

9