Теория и методы георадиолокации, Изюмов С.В., Дручинин С.В., Вознесенский А.С., 2008

Теория и методы георадиолокации, Изюмов С.В., Дручинин С.В., Вознесенский А.С., 2008.
 
   Посвящено актуальному направлению, интенсивно развивающемуся в последние годы. Рассмотрены физические принципы и теоретические основы георадиолокации, принципы построения георадаров, а также методы, используемые при зондировании геотехнических объектов и интерпретации георадиолокацион-ных измерений. Теоретические исследования проиллюстрированы многочисленными примерами использования георадаров для решения задач горного производства и подземного строительства.
С.В. Изюмов — канд. техн. наук, генеральный директор ООО «Геологоразведка», С.В. Дручинин — канд. физ.-мат. наук, заместитель генерального директора по науке ООО «Геологоразведка», А.С. Вознесенский — д-р техн. наук, проф. кафедры «Физико-технический контроль процессов горного производства» Московского государственного горного университета.
Для студентов вузов, обучающихся по специальности «Физические процессы горного или нефтегазового производства» направления подготовки «Горное дело». Будет полезно студентам и аспирантам других специальностей, а также инженерно-техническому персоналу и научным работникам, деятельность которых связана с геофизикой и неразрушающим контролем.




Щелевые и экранированные дипольные антенны.
Антенны, показанные на рис. 4, применяются в георадарах серии ТР-ГЕО, разрабатываемых ООО «Геологоразведка». Излучение антенн имеет линейную поляризацию. Антенны в антенном блоке радара ориентированы в Н-плоскости (плоскости вектора магнитного поля) по отношению друг к другу. Результаты расчётов характеристик щелевых и экранированных вибраторных антенн приведены в работах [6—15].

Щелевые антенны (рис. 4, а) характеризуются хорошей степенью экранирования при малых электрических размерах и удовлетворительными импульсными характеристиками (рис. 3). Поэтому в последнее время они получили широкое распространение.

Развязка «верх—низ» щелевых антенн, расположенных вплотную на грунте, значительно превышает развязку «верх-низ» для неэкранированных дипольных антенн (см. выше), однако при подъёме антенн она существенно уменьшается.

Диаграммы направленности щелевой антенны приведены на рис. 5. Диаграммы направленности показаны в двух плоскостях (в Е- и Н-плоскостях), проходящих через ось антенны и где соответственно расположены векторы электрического и магнитного поля излучения антенны. При увеличении частоты свыше определённого значения (определяемого размерами антенны, высотой подъёма антенны h и диэлектрической проницаемостью грунта) диаграмма распадается на отдельные лепестки, а вдоль оси антенны наблюдается уменьшение уровня излучения.

СОДЕРЖАНИЕ.
ВВЕДЕНИЕ.
1. ФИЗИЧЕСКИЕ ПРИНЦИПЫ И ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ГЕОРАДИОЛОКАЦИИ.
1.1. Особенности георадиолокации в сравнении с радиолокацией в воздушной среде.
1.2. Принципы работы георадаров.
1.3. Антенны, зондирующий видеоимпульс и импульс прямого прохождения.
1.3.1. Неэкранированные дипольные антенны.
1.3.2. Щелевые и экранированные дипольные антенны.
1.3.3. Увеличение развязки «верх—низ» щелевых антенн путём использования блоков резистивного материала.
1.3.4. Антенны бегущей волны.
1.4. Дальность зондирования и энергетический потенциал георадара.
1.5. Отражения от объектов.
1.6. Разрешающая способность георадара по расстоянию.
1.7. Разрешающая способность георадара в плане.
1.8. Диэлектрическая проницаемость и проводимость грунтов, горных пород и других сред.
1.8.1. Диэлектрическая проницаемость и проводимость различных сред.
1.8.2. Влияние содержания воды.
1.8.3. Связанная вода в глине.
1.8.4. Эффект Максвелла—Вагнера в глине.
1.8.5. Количество глинистых частиц и удельная ёмкость поглощения грунта.
1.8.6. Моделирование комплексной диэлектрической проницаемости грунтов.
1.8.7. Факторы, определяющие действительную часть диэлектрической проницаемости грунтов.
1.8.8. Механизмы затухания радиоволн в песчано-глинистых грунтах!.
1.8.9. Частотная зависимость затухания в средах с диэлектрической проницаемостью и проводимостью, не зависящими от частоты.
1.8.10. Частотная зависимость затухания в песчано-глинистых грунтах.
1.8.11. Частотная зависимость затухания в песчаном грунте.
1.8.12. Частотная зависимость затухания в суглинистых и глинистых грунтах.
1.8.13. Температурная зависимость затухания радиоволн в грунтах.
1.8.14. Насыщение водой глинистой части грунта.
1.8.15. Зависимость затухания в песчано-глинистых грунтах от влажности.
1.9. Основные закономерности распространения видеоимпульса в средах с постоянной диэлектрической проницаемостью и проводимостью.
1.10. Оценка дальности зондирования в зависимости от средней частоты рабочего диапазона георадара и определение оптимальной средней частоты рабочего диапазона георадара.
1.11. Сравнение методов зондирования звуковыми волнами и радиоволнами.
Вопросы и задания для самопроверки к разделу 1.
2. МЕТОДЫ И МЕТОДИКИ ЗОНДИРОВАНИЯ.
2.1. Выбор средней частоты георадара, исходя из требуемой глубины зондирования.
2.2. Выбор расстояния между антеннами в антенном блоке.
2.3. Порядок работы.
2.4. Выбор шага между соседними положениями антенного блока и между дорожками.
2.5. Зондирование на двух ортогональных поляризациях.
2.6. Высота подъёма щелевых антенн.
2.7. Учёт свойств поверхности грунта.
2.8. Зондирование в присутствии посторонних металлических объектов вблизи георадара, в частности на поверхности и вблизи поверхности грунта.
2.9. Выбор числа накопления сигналов при измерениях.
2.10. Работа в условиях сильных техногенных помех.
2.11. Выбор размера площадки.
2.12. Методы обработки результатов зондирования.
2.12.1. Предварительная обработка сигналов.
2.12.2. Дополнительная обработка сигналов.
2.12.3. Используемые методы дополнительной обработки сигналов.
2.12.4. Фокусировка и построение объёмного изображения.
2.12.5. Используемые методы построения объёмного изображения. Вопросы и задания для самопроверки к разделу 2.
3. МЕТОДЫ И МЕТОДИКИ ИНТЕРПРЕТАЦИИ РЕЗУЛЬТАТОВ ЗОНДИРОВАНИЯ.
3.1. Содержание полученных изображений после предварительной обработки без фокусировки.
3.2. Годограф сигналов, отражённых от локального объекта.
3.3. Амплитуда нормировки и цвета изображения.
3.4. Содержание полученных изображений после дополнительной обработки сигналов и фокусировки.
3.4.1. Влияние плавного перехода на границе раздела.
3.4.2. Ошибки из-за неточного знания электрических параметров грунта.
3.5. Различение типа и свойств объектов по форме отражённого сигнала.
3.5.1. Различение типа объекта — металлический (влажный) или пустота.
3.5.2. Определение свойств объекта по форме отражённого сигнала.
3.6. Факторы, влияющие на форму зондирующего импульса.
3.6.1. Зависимость формы излучаемого и принимаемого импульсов от направления зондирования.
3.6.2. Уширение импульса вследствие затухания высокочастотных компонент в грунте с высокой проводимостью.
3.7. Влияние типа и размеров объекта, его расположения относительно антенного блока.
3.8. Ложные отражения.
3.8.1. Причины аномально большого числа колебаний отражённого сигнала.
3.8.2. Переотражения волн в пространстве между металлическим объектом, находящимся очень близко у поверхности, и антеннами.
3.9. Помехи вблизи поверхности.
3.10. Интерпретация результатов зондирования вблизи поверхности при неодинаковой поверхности грунта на площадке.
3.11. Зондирование объектов вблизи поверхности.
3.12. Отражения от посторонних предметов в воздухе.
3.13. Интерпретация результатов фокусировки.
3.14. Интерпретация результатов зондирования через арматуру.
Вопросы и задания для самопроверки к разделу 3.
4. ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА ГЕОРАДИОЛОКАЦИИ.
4.1. Решение уравнений Максвелла методом конечных разностей во временной области.
4.2. Численное моделирование сигналов георадара, отражённых от кристаллоносных полостей.
4.3. Численное моделирование работы георадара при зондировании в горной выработке впереди забоя.
4.4. Проектирование новой радарной системы для установки на проходческих щитах с закрытым забоем.
4.5. Численное моделирование сигналов георадара, отражённых от различных объектов.
4.6. Численное моделирование работы георадара при зондировании через арматуру.
Вопросы и задания для самопроверки к разделу 4.
5. ПРАКТИЧЕСКОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ГЕОРАДАРОВ.
5.1. Георадары серии ТР-ГЕО.
5.2. Перспективы применения технологии неразрушающего зондирования георадарами при разведке и добыче кристаллосырья.
5.3. Мониторинг грунтового массива при строительстве тоннелей.
5.3.1. Необходимость проведения геомониторинга при проходке тоннелей.
5.3.2. Цели применения георадаров в горных выработках.
5.3.3. Особенности работы с георадарами внутри горных выработок и строящихся тоннелей.
5.3.4. Внедрение технологии видеоимпульсного радиозондирования в практику проходки тоннелей и горных выработок.
5.3.5. Зондирование грунтового массива с поверхности земли на трассе строящихся тоннелей и при микротоннелировании.
5.4. Зондирование геомассива с поверхности земли.
5.4.1. Основные направления и практические задачи зондирования с поверхности земли.
5.4.2. Зондирование грунтового массива с поверхности земли, построение геологических разрезов.
5.4.3. Зондирование труб, кабелей и других подземных коммуникаций.
5.5. Зондирование дорожного покрытия.
5.5.1. Зондирование зон разуплотнения под дорожным покрытием.
5.5.2. Определение толщины слоёв дорожного покрытия.
5.6. Зондирование под полотном железной дороги.
5.7. Гуманитарное разминирование.
5.8. Основные выводы.
Вопросы и задания для самопроверки к разделу 5.
ПРЕДМЕТНЫЙ УКАЗАТЕЛЬ.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ.

Купить .





Теги: учебник по геологии :: геология :: Изюмов :: Дручинин :: Вознесенский :: георадиолокация :: георадар