路 維，楊建功，邵 麗，王金安

(1.北京科技大學(xué)天津?qū)W院，天津 301830；2.北京科技大學(xué) 土木與資源工程學(xué)院，北京 100083)

0 引言

近年沿海區(qū)域的圍墾工程規(guī)模不斷加大，堤防作為圍墾工程的重要組成部分，由于其施工環(huán)境及作業(yè)條件較差，存在的安全生產(chǎn)問(wèn)題較多，能否解決好工程建設(shè)中的安全生產(chǎn)問(wèn)題，對(duì)工程建設(shè)極為重要。為保證其安全運(yùn)行，以“安全第一、預(yù)防為主、綜合治理”作為生產(chǎn)原則，不僅要對(duì)圍墾堤防施工質(zhì)量進(jìn)行高標(biāo)準(zhǔn)、嚴(yán)要求，還需要對(duì)其進(jìn)行定期的監(jiān)測(cè)與檢測(cè)。較其他常規(guī)檢測(cè)方法，探地雷達(dá)技術(shù)具有顯著的特點(diǎn)與優(yōu)勢(shì)：高分辨率、高效性、無(wú)損性等優(yōu)點(diǎn)。

目前對(duì)于探地雷達(dá)在圍墾堤防安全檢測(cè)中應(yīng)用的研究較少，所得雷達(dá)圖像的解釋嚴(yán)重依賴于個(gè)人經(jīng)驗(yàn),評(píng)價(jià)結(jié)果往往帶有主觀性?；诖?，本文通過(guò)分析典型圍墾堤防架空隱患結(jié)構(gòu)模型的正演結(jié)果,總結(jié)其雷達(dá)圖像特征，并通過(guò)開(kāi)展相應(yīng)的室內(nèi)模擬試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)工作研究，驗(yàn)證正演模擬的正確性，為堤防的安全生產(chǎn)與運(yùn)行提供有效的理論依據(jù)。

1 探地雷達(dá)正演模擬理論基礎(chǔ)

1.1 二維空間中的時(shí)域有限差分方程

探地雷達(dá)檢測(cè)時(shí)一般只記錄與測(cè)線方向垂直的水平E分量，因此，在本文中僅考慮一個(gè)E分量的Maxwell方程。對(duì)于空間二維模型，設(shè)測(cè)線是沿x軸方向的，介質(zhì)是二維的，介質(zhì)所有物理量均與z坐標(biāo)軸無(wú)關(guān)，即?/?z=0，則二維均勻介質(zhì)中的Maxwell方程[1]如式(1)～(3):

(1)

(2)

(3)

式中：E為電場(chǎng)強(qiáng)度，V/m；H為磁場(chǎng)強(qiáng)度，A/m；ε為媒質(zhì)的介電常數(shù)，F(xiàn)/m；μ為媒質(zhì)的磁導(dǎo)率，H/m。

空間Yee網(wǎng)格及電磁場(chǎng)空間配置如圖1所示，由該圖可得到差分格式進(jìn)而可以編寫適用于垂直極化波(TM波)的二維FDTD計(jì)算程序。

圖1 Yee網(wǎng)格及電磁場(chǎng)的空間分布

1.2 數(shù)值穩(wěn)定性分析

FDTD是以差分方程組的解代替電磁場(chǎng)微分方程組的解[2]，最終實(shí)現(xiàn)通過(guò)按時(shí)間步推進(jìn)，計(jì)算電磁場(chǎng)在計(jì)算空間內(nèi)的變化規(guī)律。在計(jì)算過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)所計(jì)算的電磁場(chǎng)值隨計(jì)算時(shí)間步長(zhǎng)的增加而不斷增大，最終導(dǎo)致數(shù)據(jù)的不穩(wěn)定和不收斂。研究表明，可通過(guò)限制計(jì)算的空間和時(shí)間步長(zhǎng)來(lái)解決解的不穩(wěn)定和不收斂。為了使差分方程的計(jì)算結(jié)果能更近似于原方程的解，需要對(duì)時(shí)間步長(zhǎng)和空間步長(zhǎng)進(jìn)行一定的限制，在二維問(wèn)題中應(yīng)該滿足式(4)[2]：

(4)

式中：Δt為時(shí)間步長(zhǎng)；c為真空中電磁波的傳播速度，0.3 m/ns；Δx與Δy分別為x與y方向上的空間步長(zhǎng)，要求空間步長(zhǎng)不應(yīng)大于最小波長(zhǎng)的1/10。

1.3 吸收邊界條件

由于FDTD算法是在計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間內(nèi)進(jìn)行連續(xù)電磁波的數(shù)值模擬，在電磁場(chǎng)輻射、散射等問(wèn)題中，邊界是開(kāi)放的電磁場(chǎng)將占據(jù)無(wú)限大的空間[3]。由于計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)空間是有限的，因此，為實(shí)現(xiàn)在有限的計(jì)算機(jī)區(qū)域內(nèi)模擬無(wú)邊界空間的電磁問(wèn)題，必須在計(jì)算區(qū)域的邊界設(shè)置吸收邊界條件(ABC)，使傳輸?shù)浇財(cái)嗵幍碾姶挪ū贿吔缥斩划a(chǎn)生反射。吸收邊界條件發(fā)展過(guò)程為：插值邊界-Mur吸收邊界-完全匹配層(PML)吸收邊界，到目前被廣泛應(yīng)用的廣義完全匹配層(GPML)，不僅適用于無(wú)損耗介質(zhì)也適用于有耗介質(zhì)的模擬[4-10]。

2 探地雷達(dá)正演模擬

用FDTD算法模擬圍墾堤防典型結(jié)構(gòu)二維雷達(dá)圖像時(shí)采用以下假設(shè)：所有定義介質(zhì)均為各向同性、非磁性；在無(wú)特定情況下，各參數(shù)不隨天線頻率變化；GPR在2D中為線性源。對(duì)圍墾堤防結(jié)構(gòu)進(jìn)行正演模擬時(shí)，對(duì)設(shè)定的介質(zhì)主要電參數(shù)選取原則如下：根據(jù)工程實(shí)踐選取介質(zhì)的相對(duì)介電常數(shù)，由于探地雷達(dá)發(fā)射的電磁波沿垂直測(cè)線方向傳播，因此，此處的介電常數(shù)為介質(zhì)垂直方向的相對(duì)介電常數(shù)；對(duì)于常見(jiàn)的結(jié)構(gòu)材料，大多數(shù)為非磁性的，因此，在模擬試驗(yàn)中為簡(jiǎn)化計(jì)算常把磁導(dǎo)率設(shè)為1 H/m。

2.1 層狀模型正演模擬

根據(jù)圍墾堤防結(jié)構(gòu)形式選擇具有代表性的層狀結(jié)構(gòu)進(jìn)行正演模擬，在圍墾堤防檢測(cè)中可根據(jù)雷達(dá)圖像判斷其各層介質(zhì)是否相對(duì)均勻，對(duì)堤身填筑質(zhì)量進(jìn)行評(píng)價(jià)。模擬堤防3 m淺層結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)參數(shù)見(jiàn)表1，模擬結(jié)構(gòu)如圖2所示。根據(jù)探測(cè)深度與精度要求設(shè)置計(jì)算參數(shù)：計(jì)算域2.5 m×3 m；x，y方向的離散尺度均為0.01 m；吸收邊界條件為廣義完全匹配層(GPML)；x，y軸的偏移量均為0.02 m；激勵(lì)源參數(shù)：頻率取為500 MHz，波形為一階導(dǎo)數(shù)高斯波(ricker)。

表1 層狀結(jié)構(gòu)相關(guān)參數(shù)

圖2 層狀結(jié)構(gòu)

在進(jìn)行模擬計(jì)算時(shí)，將碎石層簡(jiǎn)化為各向均一的介質(zhì)，其介電常數(shù)及靜電傳導(dǎo)率介于花崗巖與空氣之間。層狀結(jié)構(gòu)雷達(dá)剖面圖及波形圖如圖3所示。

圖3 層狀結(jié)構(gòu)雷達(dá)圖

由圖3可知，層狀模型二維雷達(dá)正演剖面圖特征呈平行線狀，2個(gè)反射層對(duì)應(yīng)位置的旅行時(shí)間是雷達(dá)波在層狀介質(zhì)2個(gè)分界面處反射波的雙程時(shí)間。平行線是層狀模型雷達(dá)剖面圖的基本特征，在平行線下方存在的平行同相軸是2個(gè)分界面間多次反射造成的。雷達(dá)剖面圖是由單道波形堆積排列而成，圖3中不同分界面位置處已進(jìn)行標(biāo)識(shí)。

理論上層狀結(jié)構(gòu)的雷達(dá)圖像中所有波形均一致，所以任取其中的1道波形如圖3所示。根據(jù)電磁波理論，當(dāng)電磁波由介電常數(shù)較小的介質(zhì)入射到介電常數(shù)較大的介質(zhì)，在分界面產(chǎn)生反射波，其相位發(fā)生改變，即分界面處反射波的相位與天線激發(fā)的電磁波反相，由此得知電磁波穿透介質(zhì)處介電常數(shù)變化依次為大-小，大-小，小-大；可知圖3中的反射波分別為：混凝土-碎石界面、碎石-干砂界面、干砂-濕砂界面的反射波。其中干砂與濕砂分界面的反射波幅值最大，這是由于2個(gè)界面介電常數(shù)差距越大，電磁波產(chǎn)生的反射越強(qiáng)，電磁波的幅值越大。

2.2 面板架空模型正演模擬

圍墾堤防在潮汐反復(fù)作用下，堤身填砂被海水帶走致堤身下沉，堤身面板下方形成架空。根據(jù)檢測(cè)深度以及精度的要求設(shè)置計(jì)算參數(shù)為：計(jì)算域2.5 m×0.6 m；x,y方向的離散尺度均為0.002 5 m；吸收邊界條件為GPML；x,y方向的離散尺度均為0.02 m；激勵(lì)源參數(shù)：頻率取為900 MHz，波形為一階導(dǎo)數(shù)高斯波(ricker)。通過(guò)模擬架空范圍數(shù)據(jù)，研究架空隱患的雷達(dá)圖像特征，為工程實(shí)踐提供理論依據(jù)。

為研究圍墾堤防不同架空范圍對(duì)應(yīng)的雷達(dá)圖像特征，在模擬過(guò)程中將架空區(qū)域簡(jiǎn)化為矩形。對(duì)架空尺寸分別為0.3 m×0.2 m，0.3 m×0.4 m的2種情況進(jìn)行模擬，各層結(jié)構(gòu)參數(shù)見(jiàn)表2，模擬結(jié)構(gòu)如圖4所示，圖4中陰影填充部分為架空區(qū)域。

碎石層簡(jiǎn)化為各向均一的介質(zhì)，其介電常數(shù)及靜電傳導(dǎo)率介于花崗巖與空氣之間。架空范圍模擬雷達(dá)剖面如圖5所示，典型波形如圖6所示。

圖5 架空范圍剖面

圖6 架空范圍典型波形

由圖5可知，矩形架空的二維雷達(dá)剖面圖特征與矩形形狀基本相似，弧頂位置對(duì)應(yīng)的旅行時(shí)間是雷達(dá)波在矩形架空區(qū)域頂部至碎石層的雙程時(shí)間；在矩形架空區(qū)域兩側(cè)，存在曲線狀的同相軸，這是由于電磁波在端角點(diǎn)處繞射現(xiàn)象引起的；矩形架空區(qū)域下方，存在多次波形，這是由于多次反射造成的。由圖5可以看出，同樣電參數(shù)、頻率、埋深條件下，隨架空區(qū)域變寬，峰尖繞射曲線也變寬。

根據(jù)架空位置選取5道典型的波形圖(圖6)進(jìn)行分析，具體取樣方式如圖5所示。5道波形在3.8 ns處均出現(xiàn)與天線激發(fā)的電磁波同相的反射波，根據(jù)電磁波理論，當(dāng)電磁波由介電常數(shù)較大的介質(zhì)入射到介電常數(shù)較小的介質(zhì)時(shí)，在分界面產(chǎn)生的反射波其相位保持不變，即分界面處反射波的相位與天線激發(fā)的電磁波同相。由表3可知，第28道與第74道波形在3.8 ns處的反射波較其余各道強(qiáng)，這是由于第28道波形與第74道波形在3.8 ns處是混凝土與空氣分界面的反射波，而其余各道此處為混凝土與碎石分界面的反射波；第28道波形在6 ns處出現(xiàn)明顯的反射波，并且與天線激發(fā)的電磁波反相，此處為空氣與碎石層的分界面。

表3 架空范圍典型波幅值變化

2.3 堤身空洞模型正演模擬

當(dāng)?shù)躺泶嬖诳斩磿r(shí)，在堤防兩側(cè)水壓作用下易形成管涌。因此，檢測(cè)堤身是否存在空洞極為重要，根據(jù)檢測(cè)深度及精度要求設(shè)置計(jì)算參數(shù)：計(jì)算域2.5 m×5 m；x，y方向的離散尺度均為0.01 m；吸收邊界條件為GPML；x，y方向的離散尺度均為0.02 m；激勵(lì)源參數(shù)：頻率取為100 MHz，波形為一階導(dǎo)數(shù)高斯波(ricker)。各層介電參數(shù)及靜電傳導(dǎo)率見(jiàn)表1。脫空形狀簡(jiǎn)化為圓形，模擬結(jié)構(gòu)如圖7所示，圖7中陰影填充部分為空洞區(qū)域；雷達(dá)剖面圖如圖8所示，典型雷達(dá)波形如圖9所示。

圖7 堤身空洞結(jié)構(gòu)

圖8 堤身空洞剖面

圖9 堤身空洞典型波形

由圖8可知，圓形空洞的二維雷達(dá)剖面圖特征呈雙曲線狀，弧頂位置對(duì)應(yīng)的時(shí)間是雷達(dá)波在圓形空洞頂部至堤面的雙程時(shí)間。雙曲線是圓形異常體雷達(dá)剖面圖的基本特征。從圖8中可看出，在弧形兩側(cè)邊緣存在反射波，這是由于繞射波引起的。

根據(jù)空洞位置選取5道典型的波形圖(圖9)進(jìn)行分析，具體取樣方式如圖8所示。根據(jù)電磁波理論，當(dāng)電磁波由介電常數(shù)較大的介質(zhì)入射到介電常數(shù)較小的介質(zhì)，在分界面產(chǎn)生反射時(shí)，反射波與天線激發(fā)的電磁波同相。由表4可知，第58道波形在23 ns處出現(xiàn)強(qiáng)烈的反射波，為干砂與空氣的分界面的反射波；30 ns處為空氣與干砂分界面的反射波。通過(guò)電磁波的波形相位的變化、反射信號(hào)的強(qiáng)弱等，便可以判斷出探測(cè)目標(biāo)介電常數(shù)性質(zhì)。實(shí)際工作中，就是利用該特征來(lái)判斷地下介質(zhì)是否存在充水、充泥或充氣溶洞等異常體。

表4 堤身空洞典型波幅值變化

3 試驗(yàn)?zāi)M及工程實(shí)例

3.1 探地雷達(dá)工作原理

探地雷達(dá)正演模擬是在假設(shè)電磁波所穿透的介質(zhì)為均勻各向同性、非磁性條件下進(jìn)行的，而在工程實(shí)踐中探地雷達(dá)檢測(cè)區(qū)域的介質(zhì)較復(fù)雜。通過(guò)開(kāi)展室內(nèi)模擬試驗(yàn)，并結(jié)合圍墾工程實(shí)例典型雷達(dá)圖像解釋分析，進(jìn)一步總結(jié)圍墾堤防典型結(jié)構(gòu)雷達(dá)圖像特征，為工程實(shí)踐提供理論依據(jù)。

現(xiàn)有的探地雷達(dá)儀器中，雷達(dá)波通常采用電偶極子激發(fā)源。通常將偶極子的輻射場(chǎng)看成為一種球面波，但在遠(yuǎn)離輻射源區(qū)域，將球面波近似看作為平面波。因此，在分析雷達(dá)波在層狀介質(zhì)中的傳播時(shí)，可借助波場(chǎng)進(jìn)行。

利用波場(chǎng)分析得到式(5)：

(5)

式中：t為電磁波由地面至反射界面的雙程走時(shí)，ns；x為發(fā)射天線與接收天線的間距，m；h為反射界面的深度，m；v為電磁波在介質(zhì)中的傳播速度，m/ns。

因此，當(dāng)采用剖面法(x≈0)記錄下電磁波旅行時(shí)間t，如式(6)，從而求得地層的厚度或目標(biāo)體埋深。

(6)

式中：c為真空中電磁波的傳播速度，0.3 m/ns；εr為相對(duì)介電常數(shù)(εr=ε/ε0，ε0為真實(shí)中的介電常數(shù))。

3.2 試驗(yàn)?zāi)M

為進(jìn)一步研究探地雷達(dá)在圍墾堤防檢測(cè)時(shí)的探測(cè)深度及精度，結(jié)合試驗(yàn)條件，選用拉脫維亞Zond-12e探地雷達(dá)，雷達(dá)天線的中心頻率為1.0 GHz的屏蔽天線進(jìn)行室內(nèi)模擬試驗(yàn)。模擬試驗(yàn)1通過(guò)調(diào)整2塊混凝土面板間高度模擬圍墾堤防架空試驗(yàn)，并考慮圍墾堤防結(jié)構(gòu)中的碎石層，進(jìn)行碎石層模擬圍墾堤防架空試驗(yàn)；模擬試驗(yàn)2受試驗(yàn)條件限制，選用具有圓柱形空洞的混凝土面板模擬圍墾堤防堤身空洞試驗(yàn)。雷達(dá)天線主要參數(shù)：試驗(yàn)1時(shí)窗為10 ns，試驗(yàn)2時(shí)窗為12 ns；時(shí)變?cè)鲆鎜ff；濾波off；疊加1次；連續(xù)測(cè)量。

3.2.1 模擬試驗(yàn)1

考慮到圍墾堤防堤身護(hù)面下具有一定厚度的碎石墊層，對(duì)不同高度架空情況的雷達(dá)圖像進(jìn)行進(jìn)一步研究，試驗(yàn)?zāi)M結(jié)構(gòu)如圖10所示，其中混凝土面板厚度為0.2 m，標(biāo)定得其相對(duì)介電常數(shù)為ε=7，碎石層厚0.08 m，架空高度分別為0.1，0.2，0.3 m。

圖10 模擬試驗(yàn)1結(jié)構(gòu)

模擬的是層狀結(jié)構(gòu)，理論上雷達(dá)圖像中的各道波形圖應(yīng)該幾乎一致，考慮到邊界效應(yīng)，在每個(gè)雷達(dá)波形圖中，選擇中間部位的任意一道波形圖，如圖11所示。

圖11 不同架空高度波形

分析圖11各波形圖可知，反射界面2較清晰。界面2為混凝土面板與空氣交界面的反射波，界面3是空氣與碎石層的交界面的反射波。本文第二節(jié)正演模擬時(shí)將碎石層簡(jiǎn)化為各向均一的介質(zhì)，因此，可清晰地分辨碎石層的反射波，而模擬試驗(yàn)中碎石層很難分辨，主要是因?yàn)槔碚撃M時(shí)將碎石層作為連續(xù)介質(zhì)，只是改變介電常數(shù)等參數(shù)的數(shù)值大小，而實(shí)際為松散介質(zhì)，電磁波在其中的傳播過(guò)程較復(fù)雜。

3.2.2 模擬試驗(yàn)2

受試驗(yàn)條件限制，在建立堤防堤身空洞模型時(shí)，選用的是具有空洞缺陷的混凝土塊進(jìn)行試驗(yàn)?zāi)M，標(biāo)定得其相對(duì)介電常數(shù)為ε=7，模型結(jié)構(gòu)示意如圖12所示。

圖12 混凝土空洞模型示意

沿檢測(cè)線1方向檢測(cè)剖面如圖13所示，從圖13可看出，雷達(dá)波在混凝土空洞處發(fā)生明顯的反射。選擇不同位置的3道波形圖進(jìn)行對(duì)比，其中第16道為完整混凝土塊處雷達(dá)波形圖、第68道為空洞邊緣雷達(dá)波形圖，第82道為空洞中心處雷達(dá)波形圖，如圖14所示。

圖13 沿檢測(cè)線1方向檢測(cè)剖面

圖14 沿檢測(cè)線1方向檢測(cè)不同位置波形

由圖14可直觀清晰地推斷出各發(fā)射界面的位置，可推斷出混凝土塊模型的厚度及空洞缺陷的位置。其中第16道波反射界面2位置對(duì)應(yīng)的時(shí)間是混凝土塊底部到頂部的雙程走時(shí)，可推斷出混凝土塊模型的厚0.56 m；第68道波反射界面2位置對(duì)應(yīng)的時(shí)間是空洞邊緣頂部到混凝土塊頂部的雙程走時(shí)，可推斷出空洞邊緣距混凝土塊頂部0.28 m；第82道波反射界面2位置對(duì)應(yīng)的時(shí)間是空洞頂部到混凝土塊頂部的雙程走時(shí)，可推斷出空洞頂部距混凝土塊頂部0.15 m。

上述2組試驗(yàn)結(jié)果表明：電磁波在2種電性參數(shù)不同的均一介質(zhì)交界面處發(fā)生明顯的反射，2種介質(zhì)介電常數(shù)相差越大，反射波的幅值越大；由于碎石層為松散介質(zhì)，因此，在用探地雷達(dá)探測(cè)時(shí)，在對(duì)應(yīng)層位處的具有反射相位特征的幅值變化較小，因而相對(duì)較難區(qū)分碎石層與空氣層的交界面。

3.3 工程實(shí)例

在采用探地雷達(dá)法對(duì)實(shí)際工程進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，首先，根據(jù)要檢測(cè)的區(qū)域分布進(jìn)行布線，設(shè)置合理的檢測(cè)路線可有效地提高工作效率；其次，根據(jù)所檢測(cè)區(qū)域的地質(zhì)情況及檢測(cè)深度與精度要求選擇合適的天線頻率，在滿足探測(cè)深度要求的前提下，為提高檢測(cè)精度，盡量選取高頻天線；最后，對(duì)所采集的雷達(dá)圖像進(jìn)行適當(dāng)?shù)奶幚硖岣咝旁氡取?/p>

江蘇沿?！暗谝粐奔s2.67×108m2的條子泥墾區(qū)，低灘比例高、堤防長(zhǎng)度大。圍墾區(qū)土壤多為高鈉鹽粉砂土，不僅地基條件差，而且灘面水沙交換活躍、地形沖淤多變、潮溝擺動(dòng)復(fù)雜，水動(dòng)力條件惡劣。圍墾區(qū)雖泥沙豐富，但缺乏圍墾堤防所需的石料、黏土等材料，建設(shè)條件較差，施工難度大。

根據(jù)檢測(cè)結(jié)果，選擇具有代表性的雷達(dá)圖像進(jìn)行分析：圖15為圍墾堤防上坡面雷達(dá)圖像，圖16為圍墾堤防平臺(tái)架空雷達(dá)圖像。

圖15 圍墾堤防上坡面雷達(dá)圖像

圖16 圍墾堤防平臺(tái)架空雷達(dá)圖像

圖15中雷達(dá)剖面圖5 ns處出現(xiàn)圓點(diǎn)狀強(qiáng)反射，根據(jù)圍墾堤防設(shè)計(jì)資料分析，其為上坡面面板中鋼筋產(chǎn)生的反射波，由雷達(dá)圖像可看出，鋼筋分布均勻。雷達(dá)圖像形狀整體呈現(xiàn)層狀均勻分布，與層狀模擬結(jié)果符合。針對(duì)本次檢測(cè)的圍墾堤防臨海側(cè)斷面構(gòu)造特點(diǎn)，灌砌塊石的電導(dǎo)率和介電常數(shù)均最低，使得雷達(dá)波速最高，而對(duì)電磁波的吸收衰減也最小，在雷達(dá)圖像上表現(xiàn)為強(qiáng)反射，多以較低頻、較寬粗的同相軸出現(xiàn)。由剖面圖可看出電磁波信號(hào)在海堤中衰減較快，這是由于海水對(duì)電磁波吸收較強(qiáng)引起的。

圖16中的剖面圖在5 ns以上區(qū)域?yàn)閺?qiáng)反射，針對(duì)本次檢測(cè)的圍墾堤防臨海側(cè)斷面構(gòu)造特點(diǎn)，灌砌塊石的電導(dǎo)率和介電常數(shù)均較低，使電磁波波速比較高，而對(duì)電磁波的吸收衰減也最小，在雷達(dá)圖像上表現(xiàn)為強(qiáng)反射，多以較低頻、較寬粗的同相軸出現(xiàn)。雷達(dá)剖面圖中可看到帶狀強(qiáng)反射區(qū)域，在10 ns出現(xiàn)明顯的反射波，與正演模擬中混凝土與空氣分界面特征信號(hào)相似，可判斷此反射波為混凝土護(hù)板與堤身架空區(qū)的界面反射波，進(jìn)一步證明面板架空數(shù)值模擬與屬性分析的正確性和有效性。在架空區(qū)域下方同相軸變化復(fù)雜，呈現(xiàn)錯(cuò)斷、缺失、不連續(xù)的現(xiàn)象。雷達(dá)圖像中架空區(qū)域兩側(cè)同相軸不連續(xù)，這是因?yàn)楫?dāng)遇到松散介質(zhì)或低阻不均質(zhì)體時(shí)，雷達(dá)波形雜亂無(wú)章，有時(shí)以窄細(xì)形同相軸出現(xiàn)，有時(shí)無(wú)明顯規(guī)律。圖16中的波形圖為架空區(qū)域典型單道波，圖中混凝土與空氣的反射波較難識(shí)別，這可能是因?yàn)榧芸諈^(qū)域的空氣含有一定的水分，使其介電常數(shù)與混凝土面板較接近，因此，反射波不明顯。

4 結(jié)論

1)根據(jù)正演模擬結(jié)果波形圖可準(zhǔn)確判斷出隱患區(qū)域的大小及范圍，從而總結(jié)出圍墾堤防典型結(jié)構(gòu)雷達(dá)圖像特征，這對(duì)工程實(shí)踐具有重要的指導(dǎo)意義，可為探地雷達(dá)在圍墾堤防檢測(cè)中的應(yīng)用提供理論基礎(chǔ)。

2)室內(nèi)模擬試驗(yàn)因環(huán)境比較純粹，因此，所得的試驗(yàn)結(jié)果與正演結(jié)果符合，有望通過(guò)計(jì)算機(jī)模擬試驗(yàn)代替室內(nèi)試驗(yàn)，從而達(dá)到即經(jīng)濟(jì)又高效的目標(biāo)。

3)現(xiàn)場(chǎng)探測(cè)試驗(yàn)受所探測(cè)介質(zhì)的有關(guān)電性參數(shù)及含水率、介質(zhì)不均勻性等因素的影響，得到的雷達(dá)圖像基本符合正演模擬的結(jié)果。因此，探地雷達(dá)檢測(cè)技術(shù)可作為堤防建設(shè)期間較好的安全檢測(cè)手段，為制定合理可行的安全施工方案及堤防工程的安全生產(chǎn)與運(yùn)行提供理論依據(jù)。