不同材质地下管线的地质雷达响应特征分析

news2025/1/8 4:33:58

不同材质地下管线的地质雷达响应特征分析

前言

建立了不同材质地下管线（铸铁管线（PEC）、混凝土管线、PVC/PE管线）的二维模型，进行二维地质雷达正演模拟，分析不同材质管线的地质雷达响应特征。

文章目录

不同材质地下管线的地质雷达响应特征分析
- 前言
- 1、铸铁管线
- 2、混凝土管线
- 3、PVC/PE管线
- 4、地质雷达响应特征分析

1、铸铁管线

管线为PEC材质，相对介电常数为14.2，电导率为9.93×10^6S/m，土壤相对介电常数为13，电导率为0.0002S/m。
铸铁管线

图1. PEC管线模型图
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图2. PEC管线地质雷达彩色图
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图3. PEC管线地质雷达波形图

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图4. PEC管线地质雷达零时校正增益结果

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图5. PEC管线地质雷达FK偏移结果

2、混凝土管线

管线为混凝土材质，相对介电常数为6，电导率为0.001S/m，土壤相对介电常数为13，电导率为0.0002S/m
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图6. 混凝土管线模型图

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图7. 混凝土管线地质雷达彩色图

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图8. 混凝土管线地质雷达波形图

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图9. 混凝土管线地质雷达零时校正增益结果

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图10. 混凝土管线地质雷达FK偏移结果

3、PVC/PE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
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图11. PVC管线模型图

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图12. PVC管线地质雷达彩色图

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图13. PVC管线地质雷达波形图

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图14. PVC管线地质雷达零时校正增益结果

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图15. PVC管线地质雷达FK偏移结果

4、地质雷达响应特征分析

由于各管线与周围介质的相对介电常数和电导率差异，管线模型的地质雷达探测数值模拟图像上绕射信号组成的同相轴均呈双曲线型，且具有不同的异常特征。

铸铁管的绕射同相轴双曲线只在管顶界面出现，管底界面无反射双曲线，混凝土材料的水泥管和PVC管的电磁波绕射能量较弱，电磁波可以透过管顶，在管底发生绕射，在管线的顶部和底部均有双曲线异常，而金属管线对电磁波的绕射能力较强，电磁波无法穿透金属材质，只在管线顶部存在双曲线异常。

铸铁管的地质雷达模拟剖面中绕射信号在12ns附近，根据电磁波在土壤介质中的传播速度算出管线的顶部埋深为50cm，模型中铸铁管上顶埋深为40cm。

混凝土管的地质雷达模拟剖面中上顶界面绕射信号在12ns附近，根据电磁波在土壤介质中的传播速度算出管线的顶部埋深为50cm，模型中混凝土管上顶埋深为40cm，混凝土管下底界面对应的绕射信号同相轴双曲线能量较弱，出现在16ns左右，忽略管壁厚度，根据电磁波在空气中的传播速度计算出两个反射界面深度相差60cm，模型的管径大小为60cm。

PVC管的地质雷达模拟剖面中上顶界面绕射信号在12ns附近，根据电磁波在土壤介质中的传播速度算出管线的顶部埋深为50cm，模型中PVC管上顶埋深为40cm，PVC管下底界面对应的绕射信号同相轴双曲线能量较弱，出现在15ns左右，忽略管壁厚度，根据电磁波在PVC介质中传播速度计算出两个绕射界面深度相差45cm，模型的管径大小为60cm，相差15cm。

在实际探测中，地质雷达也可以由此定量计算出管线的上顶埋深，并半定量地解释管径大小。通过对不同材质管线进行地质雷达探测正演数值模拟研究，结果显示在当前的几何参数下，对于不同材质的管线，地质雷达对其均有较好的探测效果。

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