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前言
以PVC管线为例#xff0c;建立不同走向#xff08;水平倾斜、垂直倾斜、水平相邻#xff09;的三维管线地质模型#xff0c;进行三维地质雷达数据模拟#xff0c;分析不同走向地下管线的地质雷达响应特征。 文章目录 不同…不同走向地下管线的地质雷达响应特征分析
前言
以PVC管线为例建立不同走向水平倾斜、垂直倾斜、水平相邻的三维管线地质模型进行三维地质雷达数据模拟分析不同走向地下管线的地质雷达响应特征。 文章目录 不同走向地下管线的地质雷达响应特征分析前言1、水平管线2、水平倾斜管线3、垂直倾斜管线4、水平相邻管线5、不同走向管线的地质雷达特征分析 1、水平管线
管线为PVC材质相对介电常数为3电导率为0.0001S/m土壤相对介电常数为13电导率为0.0002S/m。管线上顶埋深为50cm管径为40cm管线长度设为150cm研究区域大小为4m×2m×2m管线走向为y方向在y方向上垂直管线走向布置5条测线测线间距为45cm道间距为20cm采集70道地质雷达数据。 图1. 水平PVC管线模型图 图2. 地质雷达波形图 图3. 三维切片图 图4. 三维可视化 2、水平倾斜管线
管线为PVC材质相对介电常数为3电导率为0.0001S/m土壤相对介电常数为13电导率为0.0002S/m。管线水平倾角为16.7°管线上顶埋深为50cm管径为40cm管线长度设为200cm研究区域大小为4m×2m×2m管线走向为y方向并在水平方向上产生16.7°的倾斜角在y方向上以45cm的间距布置5条测线测线沿着x方向道间距为20cm采集70道探地雷达数据。 图5. 水平倾斜PVC管线模型图 图6. 地质雷达波形图 图7. 三维切片图 图8. 三维可视化 3、垂直倾斜管线
管线两端上顶埋深分别为50cm和20cm管径为40cm管线长度设为150cm研究区域大小为4m×2m×2m管线走向为z方向垂直倾斜倾斜角度为16.7°在y方向上以45cm的间距布置5条测线测线沿着x方向道间距为20cm采集70道探地雷达数据。 图9. 垂直倾斜PVC管线模型图 图10. 地质雷达波形图 图11. 三维切片图 图12. 三维可视化 4、水平相邻管线
两个管线的上顶埋深均为50cm管线长度为150cm管径为40cm研究区域大小为4m×2m×2m在y方向上以45cm的间距布置5条测线测线沿着x方向道间距为20cm采集70道探地雷达数据。 图13. 水平相邻管线模型图 图14. 地质雷达波形图 图15. 三维切片图 图16. 三维可视化 5、不同走向管线的地质雷达特征分析
单个PVC管线地质雷达三维正演模拟结果图中可见一簇反射信号同相轴双曲线沿着y轴均匀分布间距与测线间距基本一致从y方向观察5个双曲线完全重合其顶点大致位于13ns根据电磁波在土壤中的传播速度算出埋深为55cm模型中管线的上顶埋深为50cm在强振幅同相轴双曲线下方平行等间距分布着一簇能量较弱的反射信号同相轴双曲线其连续性较好位于16ns的位置推测是管线下底界面的反映忽略管壁厚度根据电磁波在空气中的传播速度计算两反射界面深度相差45cm与真实管径大小相差5cm说明三维地质雷达对地下单个PVC管线具有较好的探测效果。通过对三维切片图和处理后的数据三维可视化图进行异常圈定可根据强反射异常的几何位置对管线的几何参数进行半定量解释管线上顶埋深55cm管线长度为190cm与模型相差为厘米级。
水平倾斜的管线的三维地质雷达数值模拟结果图中可见在13ns的位置有五条反射信号同相轴双曲线均匀分布根据电磁波在土壤中的传播速度推算出管上顶埋深为55cm模型中管线上顶埋深为50cm双曲线顶点连线随着管线的倾斜而倾斜较好地显示了管线的倾斜情况。连接5个反射信号同相轴双曲线顶点图示出来顶点连线的水平倾斜角度和管线的倾斜角度一致倾角大小为16.7°说明地质雷达法对于三维管线探测具有可行性。在三维切片图XY平面切片中可见一水平倾斜的强反射异常其在水平方向上倾斜16.7°与模型中管线的水平倾斜角度一致。
垂向倾斜管线的三维地质雷达数值模拟结果图中有一簇明显的反射信号同相轴双曲线双曲线沿y方向均匀分布间距与测线间距基本一致且双曲线顶点连线在垂向上产生了一个16.7°的倾角倾角大小与三维模型中管线倾角大小基本相同。对于埋深较浅的一端在7ns左右初次接收到双曲线反射信号根据电磁波在土壤中的传播速度算出深度为30cm模型中浅端上顶埋深为20cm相差10cm。对于埋深较深的一端在12ns左右初次接收到双曲线反射信号计算出埋深为52cm模型中管线上顶埋深为50cm相差2cm。通过三维切片图中强反射异常的走向可确定管线走向为16.7°与模型实际垂向倾斜情况一致说明地质雷达法对于垂向倾斜的地下管线模型具有较好的探测效果在实际工作中如果出现不同测线上反射信号同相轴双曲线顶点深度不一致的情况考虑反射界面可能是垂直倾斜的。
两个水平相邻管线的三维地质雷达数值模拟结果图中可见两簇明显的反射信号同相轴双曲线两簇双曲线之间相互干涉双曲线的顶点均位于12ns根据电磁波在土壤中的传播速度算出深度为52cm模型中管线上顶埋深为50cm仅相差2cm。分析可知对于两个水平相邻管线其三维地质雷达数值模拟结果图中两簇反射信号同相轴双曲线呈现出平行的形态较好地反映了模型中两相邻管线的位置信息说明使用地质雷达法探测两根水平相邻管线的可行性。在三维切片图XY方向切片中可见两个相邻分布的强反射异常长度约为190cm管线上顶埋深约为55cm与实际模型几何参数相差仅厘米级。
对于管线类目标其在地质雷达剖面图中的异常特征为双曲线型混凝土管和PVC管的地质雷达数值模拟结果图中在管的顶部与底部均有反射信号同相轴双曲线存在而铁管只有上顶界面有一簇双曲线。
进行地下管线的三维地质雷达数值模拟研究发现三维情况下可以通过三维地质雷达模拟结果中双曲线的顶点连线确定管线的倾向和走向并且在实际工作中应尽量将测线垂直管线布置。
