中科院武汉岩土所王川婴 钻孔雷达

SCI-TECH INNOVATIONSAND BRANDS学术文/中国科学院武汉岩土力学研究所岩土力学与工程国家重点实验室　宋罡　吴振君　汤华 云南楚大高速公路扩建工程建设指挥部　钟明文九顶山隧道不良地质条件下超前雷达探测综合预报1 工程概况九顶山特长隧道为楚大高速改（扩建）工程的控制性节点工程，九顶山特长隧道右幅长7575m，起点K K281+525，终点K K289+100，最大埋深737.12m；九顶山特长隧道左幅长7576m，起点 ZK281+532，终点ZK289+108，最大埋深738.23m。

其中，左幅埋深大于500米隧道长度约为1929m，右幅埋深大于500米隧道长度约为1830m，九顶山隧道为深埋长大隧道。

2 工程地质条件九顶山隧道区段内构造挤压严重，变质作用强烈，岩体破碎，沿断层带，多处、多期侵入岩活动强烈，花岗斑岩、辉绿岩以岩枝、岩脉、岩株、岩墙状不规则侵入区内各地层。

地质构造及岩浆岩的不规则频繁侵入对隧道围岩，形成多个性质复杂的断层构造带、岩性接触带、蚀变带等围岩破碎带，对围岩稳定及隧洞开挖影响较大。

侵入岩喷出岩（花岗斑岩、辉长岩、玄武岩）发育，区域上及隧洞围岩范围内有多处大小规模不一的侵入岩发育，与侵入岩蚀变带附近的灰岩、白云质灰岩蚀变强烈，具有较强软化变形潜势。

雨季时地下水丰富，可出现较大涌水并导致大崩塌。

雨季时地表水沿破碎带可出现大涌水。

3 测试内容简介九顶山隧道进口右洞K282+747掌子面进行了地质雷达超前探测，测试深度20m。

九顶山隧道进口右洞K282+747掌子面进行了两个钻孔的孔内雷达深孔探测，测试深度分别为39m和36m。

4 隧道掌子面基本情况九顶山隧道进口右洞K282+747掌子面照片如图1，左侧围岩以中厚层青灰色侵入岩（辉绿岩）为主，呈碎裂块状镶嵌结构，碎块较大，结合较紧密；中间及右侧围岩主要为中厚层块石状灰白色白云质灰岩及白云岩，局部夹少量泥质砂岩，虽未出现明显的小断层，但掌子面中间位置斜向约45度隐约显现疑是可能存在的小断层，推测是由于大的碎石块体间长期相互挤压作摘 要：本文针对九顶山超长隧道施工中存在的岩性复杂多变、不良地质体分布、构造作用强烈、侵入岩破碎带物理力学性质差等工程地质条件及产生的施工灾害问题，依托拟建的楚大高速公路改扩建项目，运用多手段与地质雷达超前探测方法相结合，对隧道施工期不良地质体的深部精确探测进行综合预报。

UWB 雷达在矿山钻孔救援中的应用研究文虎1，2， 周博1， 郑学召1，2， 康玉国3， 蔡国斌1， 黄渊1， 丁文1（1. 西安科技大学 安全科学与工程学院，陕西 西安　710054；2. 国家矿山救援西安研究中心，陕西 西安　710054；3. 北京大地高科地质勘查有限公司，北京　100040）摘要：超宽带（UWB ）雷达探测技术可实现面向钻孔救援的矿井人体目标探测，但UWB 电磁波易受灾变矿井复杂环境影响，UWB 雷达回波信号易受到灾变矿井背景杂波、环境噪声影响，导致难以实现灾变矿井人体目标精准探测。

针对上述问题，介绍了基于UWB 雷达的井下目标探测场景及人体目标探测原理，分析了UWB 电磁波特性研究现状和UWB 回波噪声滤除方法研究现状。

总结了存在的问题：① UWB 电磁波在灾变矿井复杂环境中的传播特性需深入研究。

② 背景杂波产生原因尚未明晰，灾变矿井背景杂波与环境噪声滤除技术研究较少。

③ 面向钻孔救援的UWB 雷达人体目标探测技术仍需改进。

针对现有技术的不足，展望了面向钻孔救援的UWB 雷达井下人体目标探测技术的发展趋势：① 深入研究UWB 电磁波穿透传输关键表征参数对井下复杂环境特征的敏感程度。

② 构建适用于灾变矿井的背景杂波与环境噪声滤除方法。

③ 深入优化面向钻孔救援的UWB 雷达人体目标探测技术。

关键词：钻孔救援；UWB 雷达；人体目标探测；UWB 电磁波；传播特性；噪声滤除中图分类号：TD655 文献标志码：AResearch on the application of UWB radar in mine drilling rescueWEN Hu 1,2, ZHOU Bo 1, ZHENG Xuezhao 1,2, KANG Yuguo 3, CAI Guobin 1, HUANG Yuan 1, DING Wen 1(1. College of Safety Science and Engineering, Xi'an University of Science and Technology, Xi'an 710054, China ；2. Xi'an Research Center of National Mine Rescue, Xi'an 710054, China ；3. Beijing Dadi Hi Tech Geological Exploration Co., Ltd., Beijing 100040, China)Abstract : The ultra wideband (UWB) radar detection technology can achieve mine human target detection for drilling rescue. However, UWB electromagnetic waves are susceptible to the complex environment of catastrophic mines. The UWB radar echo signals are susceptible to the background clutter and environmental noise of catastrophic mines. It is difficult to achieve precise detection of human targets in catastrophic mines. In order to solve the above problems, the underground target detection scenarios and human target detection principles based on UWB radar are introduced. The research status of UWB electromagnetic wave characteristics and UWB echo noise filtering methods are analyzed. The existing problems are summarized as following points.① The propagation characteristics of UWB electromagnetic waves in the complex environment of catastrophic mines require in-depth research. ② The reason for the generation of background clutter is not yet clear. There is limited research on the filtering technology of background clutter and environmental noise in catastrophic mines.③ The UWB radar human target detection technology for drilling rescue still needs to be improved. In response to收稿日期：2023-03-30；修回日期：2023-05-26；责任编辑：胡娴。

基于旅行时修正的钻孔雷达层析成像改进朱自强;彭凌星;密士文【摘要】基于钻孔雷达的波幅采用速度层析成像时,大收发角度雷达波幅因其信噪比低,旅行时提取较困难等问题,钻孔雷达雷达波幅层析成像精度不高.通过计算证明电磁波能量是从发射天线中心点传播至末端,再由接收天线末端传播至其中心.依据此传播路径采用互相关函数对旅行时的提取进行优化,并得到相应的电磁波波速.利用优化后的旅行时与波速得到旅行时的修正值,并根据修正后的旅行时进行速度层析成像,将进行旅行时修正的层析成像图与未进行旅行时修正的层析成像图进行对比.研究结果表明:经过旅行时修正后得到的层析成像结果更加精确,证明对钻孔雷达层析成像的改进方法是可行的.【期刊名称】《中南大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2015(046)007【总页数】7页(P2658-2664)【关键词】钻孔雷达;初至波旅行时;互相关函数;旅行时修正;层析成像【作者】朱自强;彭凌星;密士文【作者单位】中南大学地球科学与信息物理学院,湖南长沙,410083;中南大学地球科学与信息物理学院,湖南长沙,410083;中南大学地球科学与信息物理学院,湖南长沙,410083【正文语种】中文【中图分类】P631.320世纪70年代之后，在地质雷达的基础上，Olhoet[1]为了充分利用钻孔这一已有的通道对地下介质的结构特征等信息进行探测，提出一种新的物探方法即钻孔雷达探测。

钻孔雷达在国内的发展起步较晚，到20世纪末国内才出现有关钻孔雷达的研究，但基本上以介绍为主，之后渐渐对其应用和理论进行研究[2]。

黄家会等[3]应用钻孔雷达对地下深部灰岩地区的裂隙带和水流通道等进行探测，通过对雷达波幅进行成像对高衰减低速区、低衰减高速区与低衰减低速区等进行区分。

刘四新等[4]通过有限差分数值模拟了充水裂缝和矿体在钻孔雷达中的响应特征，证明钻孔雷达在裂缝探测中的可行性。

王飞等[5]通过有限差分模拟证明了钻孔雷达单孔反射探测可以有效确定矿体的位置和形态。

第33卷第5期地球科学———中国地质大学学报Vol.33　No.5 2008年9月Earth Science—Journal of China University of G eosciences Sept.　2008库水位涨落对库岸滑坡稳定性的影响罗红明1,3,唐辉明2,章广成2,徐卫亚31.中国科学院武汉岩土力学研究所,湖北武汉4300712.中国地质大学工程学院,湖北武汉4300743.河海大学岩土工程研究所,江苏南京210098摘要:三峡水库正常蓄水后,库水位在175～145m之间周期性波动,滑坡地下水渗流状态将会发生较大的改变,可能导致滑坡失稳.因此,研究库水位周期性波动下滑坡的稳定性具有十分重要的意义.提出了土水特征曲线的多项式约束优化模型和采用饱和-非饱和渗流数值模型.以赵树岭滑坡为例,利用有限元数值计算了库水位在175～145m之间波动下地下水渗流场,将计算得到的孔隙水压力用于滑坡的极限平衡分析,探讨了库水位上升和下降对库岸滑坡稳定性的影响.研究表明:多项式优化模型可以很好地拟合非饱和土的土水特征曲线;库水位上升时滑坡稳定性系数总体逐渐增大,库水位下降时滑坡稳定性系数总体逐渐减小;无论是库水位上升还是下降到库水位155m时,其稳定性系数最小;同一库水位下,库水位上升时的稳定性系数比下降时的稳定性系数大.关键词:库水位涨落;土水特征曲线;饱和-非饱和渗流;库岸滑坡;稳定性评价.中图分类号:P642 文章编号:1000-2383(2008)05-0687-06 收稿日期:2008-02-25 The Influence of W ater Level Fluctuation on the B ank Landslide StabilityL UO Hong2ming1,3,TAN G Hui2ming2,ZHAN G Guang2cheng2,XU Wei2ya31.I nstit ute of Rock and S oil Mechanics,Chinese A cadem y of S ciences,W uhan430071,China2.Facult y of Engi neeri ng,China Universit y of Geosciences,W uhan,H ubei430074,Chi na3.Research I nstit ute of Geotechnical Engi neeri ng,Hehai Universit y,N anj ing,J iangsu210098,ChinaAbstract:The water level will periodically fluctuate between145and175m since normal water level storage in Three G orges reser2 voir,while the ground water seepage of landslide will be subject to great changes,which may lead to landslide instability.S o it is of great significance to study the influence of water level fluctuatation on the bank landslide stability.In this paper,a polynomial con2 strained optimized model for soil2water characteristic curve is put forward and the saturated2unsaturated seepage flow numerical mod2 el is applied.In addition,Zhaoshuling landslide is taken as an example,water seepage fields are simulated by using finite element method with the water level fluctuation between145and175m.The transient pore water pressures are used for limit equilibrium an2 alyses of landslides with taking the effects of suction on shear strength of unsaturated soils into consideration.Then we discuss the effect of the fluctuation of water level in Three G orges reservoir on the bank landslide stability.The result shows that a polynomial constrained optimized model may well fit the characteristic curve of soil and water of unsaturated soil.The stability coefficient increa2 ses gradually in general along with reservoir water level rise and the stability coefficient decreases gradually in general along with the fall of reservoir water level.However,when the reservoir water level reached155m,whether it rises from145m or falls from175 m,the stability coefficient is smallest;while the stability coefficient in period of reservoir water level rising from145m to175m is larger than that in period of falling from175m to145m.K ey w ords:water level fluctuation;characteristic curve of soil and water;saturated and unsaturated seepage;bank land2 slide;stability evaluation.基金项目:中国地质调查局“鄂西恩施地区滑坡形成机制与危险性评价”项目(No.1212010640604).作者简介:罗红明(1980-),男,博士,助理研究员,主要从事岩土体稳定性评价和岩土工程数值模拟方面的研究工作.E2mail:luohongming1980@地球科学———中国地质大学学报第33卷 水库库岸滑坡的稳定性研究对确保水电工程建设的顺利进行及其正常运营具有重大意义.特别是意大利瓦依昂水库滑坡事件之后,各国学者及地质工程师开始重视人类工程活动与周围地质环境之间的相互作用,由此掀开了滑坡研究的新篇章.由于水库调度运营,库岸边坡外的水位常处于变动之中,岸坡内外水分的相互补给使岸坡内渗流场不断变化,从而使岸坡内的孔隙水压力场也处在不断的变化之中,进而影响到岸坡的稳定性(刘才华等,2005;刘新喜等,2005;张文杰等,2006).岸坡失稳多是由岸坡外水位的这种变动引起的.有关文献报道了Roo sevelt湖附近地区1941-1953年发生的一些滑坡,结果发现有49%发生在1941-1942年的蓄水初期,30%发生在水位骤降10～20m的情况下,其余为发生在其他时间的小型滑坡;在日本,大约60%的水库滑坡发生在库水位骤降时期,其余40%发生在水位上升时期,包括蓄水初期.随着三峡水库2002年的蓄水以及蓄水后的正常运行,库区水位变化将对库区内滑坡的稳定性产生重要影响.因此,研究三峡库区库水位下降和上升作用下滑坡的稳定性问题既是一个复杂的理论课题,也是一个重大的工程应用问题.本文以三峡库区巴东县赵树岭滑坡为例,采用饱和-非饱和数值模拟方法计算了库水位上升和下降情况下的地下渗流场,将计算得到的孔隙水压力用于滑坡的极限平衡分析,探讨了库水位下降和上升对滑坡稳定性的影响.1　饱和-非饱和渗流模型根据三峡库区库水位调控方案,库水位在175～145m波动,非饱和区土壤水的运动和饱和区水的运动是相互联系,将两者统一起来即所谓饱和与非饱和问题.当采用水头h作为控制方程的因变量,对于各向异性的二维饱和-非饱和渗流控制方程为(张培文等,2003):99x k x 9h9x+99y k y9h9y=m wρw g9h9t,(1)式(1)中:k x,k y分别为水平和垂直方向的饱和渗透系数;ρw为水的密度;g为重力加速度;m w为比水容量,定义为体积含水量θw对基质吸力(u a-u w)偏导数的负值:m w=-9θw9(u a-u w).(2)渗流边界条件如下, 水头边界:k9h9n{Γ1=h(x,y,t).(3) 流量边界:k9h9n{Γ2=q(x,y,t).(4)2　赵树岭滑坡的渗流场数值模拟2.1　赵树岭滑坡的基本特征赵树岭滑坡(唐辉明等,2002;胡新丽等,2006)总体上为巨型勺状滑坡,是经多次局部滑移和弯曲倾倒滑移形成的综合滑体.赵树岭滑体平面上呈不太规则的长方形,中前部大致等宽.滑体东西宽约550m,南北长约900～950m,面积约50×104m2.滑体表面总体呈阶梯状,400m以上为滑坡后缘陡坡.滑坡区物质总体上可分为一个大层,即表层崩滑体层和基岩.表层崩滑体层主要由岩体经滑移形成的块裂、碎裂岩、含泥碎块石及碎块石组成,主要来源于T2b3.基岩则以T2b2紫红色粉砂质泥岩、泥质粉砂岩为主.崩滑体层最大厚度约50～65m.最低一个滑带位于T2b3/T2b2界面附近,该滑带形状上基本与地形起伏一致前部及中部较缓后部及下部较陡(图1).地层岩性、地质结构、地形地貌、人类工程活动、地震、降雨等几个因素在短时间内不会改变滑坡整体稳定的状况.水文地质条件是一个随时间变化的因素,特别是三峡水库蓄水及水位波动,将极大地改变滑坡体内的水文地质条件,是影响滑坡整体稳定性的重要因素.2.2　赵树岭滑坡渗流计算模型根据赵树岭滑坡的工程地质特征,选择赵树岭图1　赵树岭滑坡典型工程地质剖面图Fig.1Engineering geological profile of Zhaoshuling slope886　第5期　罗红明等:库水位涨落对库岸滑坡稳定性的影响滑坡主滑剖面作为渗流计算主剖面.采用Geo 2slope 软件SEEP/W 进行模拟.渗流边界为:滑面为隔水边界即为零流量边界,库水位以上为零流量边界,库水位以下为定水头边界.二维有限元模型如图2所示,共剖分828个单元,891个节点.2.3　渗流计算工况本文按照三峡水库蓄水后运营时水位调节方案,设计边界水头函数如下,水位上升时:H (t )=145+t ,t ∈(0～30d )175,t ∈(30～160d )(5)水位下降时:H (t )=175-0.25t ,t ∈(0～120d )145,t ∈(120～240d )(6)2.4　非饱和渗流计算参数的确定对于非饱和土,土水特征曲线的数学模型并不是唯一的.土的类型不同,所得出的数学模型也有所不同.依据其数学表达式的形式可分为4类:(1)对数函数的幂函数形式表达的数学模型(Fredlund and Xing ,1994);(2)幂函数形式的数学模型(刘晓敏等,2001);(3)土水特征曲线的分形模型(徐永福和董平,2002);(4)对数函数形式的数学模型(蒋刚等,2001).上述4类数学模型都是关于基质吸力的函数,而且在ψ=ψb 处,4类数学模型的函数皆有定义且存在n 阶导数,因此,可以将4类土水特征曲线的数学表达式在ψ=ψb 处展开为Taylor 级数.戚国庆和黄润秋(2004)提出了在进气值<b 处按Taylor 级数展开的多项式数学模型,并与陕北黄土实测的土水特征试验对比,该数学模型拟合效果较好,无需确定经验参数,简单、易于使用.土水特征曲线一般可以写成以下表达式:θ=A 0+A 1<+A 2<2+…+A n <n ,(7)当θ=θs (饱和含水量)时,基质吸力<=0,带入图2　赵树岭滑坡计算有限元网格Fig.2Finite element mesh for analysis of Zhaoshuling slope上式得A 0=θs ,则:θ=A s +A 1<+A 2<2+…+A n <n ,(8)式(8)中体积含水量θ的取值范围为:θ∈[0,θs ],基质吸力<的取值范围为<∈[0,<max ].为了使系数{A }能够最大程度拟合土水特征曲线,笔者借助Micro soft Excel 提供的“规划求解”工具能够很好的解决这个问题.表1是赵树岭滑坡的实验数据,采用多项式约束优化模型对该滑坡土水特征曲线和非饱和渗透参数进行了计算(图3).根据以上优化模型得到体积含水量(θ)与基质吸力(<)多项式数学模型为:θ=-0.530e -8θ4+9.17e -6θ3-4.54θ2+8.24e -5θ+0.348.(9)因为C (<)=9θ9<,故容水度为:C (<)=-2.12e -7θ3+2.91e -5θ2-9.08θ+8.24e -5.(10)非饱和渗透系数同样采用多项式形式的约束优化模型进行求解,得到下式:表1　赵树岭滑坡的基质吸力(<)、体积含水量(θ)与相对渗透系数k r 的关系表T able 1Relationship of matrix suction ,water content and rela 2tive permeability coefficient on Zhaoshuling slope <(kPa )θk r80.10.03480.00056250.00.06960.00107040.30.10440.00599033.70.13920.02040029.30.17400.0526000.00.34801.000000图3　约束优化与试验数据对比Fig.3Contrast chart of holistic constrained optimization and test data986地球科学———中国地质大学学报第33卷图4　库水位上升(a )和下降(b )中地下水不同时刻的浸润线Fig.4Groundwater infiltration lines for different time of reservoir water level raise (a )and (b )level drawdow k r =8×10-8<4-2×10-5<3+1.8×10-3<2-0.0694<+1.(11)2.5　渗流模拟结果(1)库水位上升时地下水渗流特征.图4a 中,曲线数字0,1,2,3,4,5,6分别代表初始条件、蓄水5,10,15,20,25d 和30d 后地下水位位置.图4a 表明,当水位上升时,滑坡体内地下水都会出现“倒流”现象,从而浸润线都有略向左弯曲的趋势,地下水位的变化明显滞后于库水位上升;滑坡体地下水自由面在初期变化都很快,随着时间的进行,自由面最终将趋于稳定.(2)库水位下降时地下水渗流特征.图4b 中,曲线数字0,1,2,3,4,5,6分别代表初始条件、蓄水20,40,60,80,100d 和120d 后地下水位位置.图4b 表明,当水位下降时,地下水位的浸润线有略向下弯曲,地下水位变化滞后于库水位下降;滑坡体地下水自由面在初期变化都很快,随着时间的进行,自由面最终将趋于稳定.3　库水位涨落对滑坡稳定性的影响3.1　非饱和强度理论根据Terzaghi 的有效应力概念,土体内的剪应力仅能由土体的骨架所承担,土体的抗剪强度理应表示为法向有效应力的函数.因此,饱和土体的Mohr 2Coulombb 强度准则的表达式为:τf =C′+σ′t g <′=C ′+(σ-u w )t g <′,(12)式(12)中:τf 为破坏面上的剪应力;C ′为有效粘聚力;σ和σ′分别是总法向应力和有效法向应力;u w 为破坏面上的水压力;<为有效内摩擦角.工程实践证明,Mohr 2Coulomb 有效应力破坏准则适用于饱和土,在非饱和土力学中一般用(σ-u a )、(u a -u w )两个独立应力变量来描述非饱和土的应力状态,所以非饱和抗剪强度也表示成这两个独立变量的函数.Fredlund 用延伸的Mohr 2Cou 2lo mbb 公式表示非饱和土的抗剪强度:τf =C′+(σ-u a )tg <′+(u a -u w )t g <b,(13)式(13)中:(σf -u a )为破坏面上的净法向应力;(u a-u w )为破坏面上的基质吸力;<b 表示抗剪强度随基质吸力而增加的速率,数值由固结排水三轴试验获得.从式(3)可以看出,当土体饱和时,孔隙水压力u w 等于孔隙气压力u a ,因此基质吸力(u a -u w )等于零,从而平滑过渡为饱和土的抗剪强度公式.数值分析中为了便于计算,可以假定<b 为常数,并通过变换的取值大小来考察基质吸力对滑坡稳定性的影响.3.2　考虑基质吸力影响剩余推力法基于非饱和土力学理论的边坡稳定性极限平衡分析方法则是建立在非饱和土体引伸的Mohr 2Cou 2lomb 强度准则基础上的,对于库水位升降作用下的滑坡稳定性分析,不仅考虑饱和区内由于库水位波动引起的地下水压力变化对滑坡稳定性的影响,而且考虑非饱和区基质吸力变化对滑坡稳定性的影响.本方法所用的非饱和滑坡稳定性分析方法是基于饱和滑坡稳定分析中的剩余推力法进行扩展得到的.在非饱和区除了要加上负孔隙水压力引起的部分抗剪强度还要考虑不同饱和度情况下的土的容重的变化.另外还有含水量不同对非饱和介质材料抗剪强度参数的影响,为了简化问题,这里不考虑强度参数的折减.如公式(13)所示,如果令C =C ′+(u a -u w )f t g <b,(14)则公式(14)可以写成:τf =C +(σf -u a )f t g <b,(15)式(15)从形式上与饱和Mohr 2Coulombb 公式相同,这样就可以采用分析饱和边坡稳定性的方法来计算非饱和边坡的稳定性.在大多数情况下,孔隙气压力u a 为大气压力,即u a =0.具体计算时应注意C96　第5期　罗红明等:库水位涨落对库岸滑坡稳定性的影响是一个变化的参数,在饱和区,我们可以直接采用有效粘聚力,在非饱和区,利用式(15)求得.剩余下滑力在计算滑坡推力和稳定性时,假定该滑面取单位宽度计算,不计两侧摩擦力和滑体自身挤压力;滑动面和破裂面分别按直线计算,整体呈折线滑动.并假定每一条块剩余下滑力方向与条块底部滑面平行.在主滑剖面上取序号为i 的一个条块(如图5)分析其受力情况.其上作用有垂直荷载(W i )和水平荷载(Q i ),前者如重力和工程荷载等,后者指向坡外的水平向地震力K c W i 及水压力U i 等.该条块承受了上一分条的剩余下滑力E i -l 、倾角αi -l ,以及本条块的剩余下滑力E i 的反力、倾角αi ,底部为垂直潜滑面的反力N i 、扬压力U i 及切反力T i .通过∑x i =0,∑y i =0,进行联立求解可得.第i 块的下滑力为:T 下=W i sin αi +K c W i co s αi +(U i-1-U i+1)co s αi +E i-1co s (αi-1-αi ).(16)第i 块的抗滑力为:T 抗=W i cos αi -U i -K c W i sin αi -(U i-1-U i+1)sin αi +E i-1sin (αi-1-αi )t g <′+C i l i .(17)在非饱和区,式(17)中U i -l 、U i 、U i +l 均为基质吸力,实际上每个点的基质吸力都不相等,假设同一直线上的基质吸力呈线性分布,这样可以类似于饱和区静水压力分布规律来分析非饱和区基质吸力分布.稳定性系数为K =T 下T 抗,(18)具体计算滑坡推力时,采用减小抗滑力法.所以第i 条块的下滑力为E i =W i sin αi +K c W i cos αi +(U i-1-U i+1)cos αi -1KT 抗+E i-1λi ,(19)λi =cos (αi-1-αi )-tg <iksin (αi-1-αi ).(20)式(20)中:λi 为传递系数.通过反复迭代计算得最后一个条块剩余下滑力为0时的稳定性系数即为所求.3.3　滑坡稳定性评价采用上述方法计算赵树岭滑坡在库水位上升和下降过程中稳定性,其稳定性如图6所示.由图6可知:145m 库水位上升到175m 库水位,滑坡稳定性总体逐渐增大,但在150m 库水位上升到155m 库水位时,滑坡稳定性系数略有减小.175m 库水位下降到145m 库水位,滑坡稳定性总体逐渐减小,但在155m 库水位下降到150m 库水位时,滑坡的稳定性系数略有增大;库水位上升过程中,滑坡体内地下水都会出现“倒流”现象,从而浸润线都有略向左弯曲的趋势,库水位对滑坡前缘产生较大的静水压力,有利于滑坡的稳定;而在库水位下降过程中,地下水力梯度增大,对滑坡产生较大的渗透压力,不利于滑坡的稳定.库水位变化中滑坡稳定性变化情况反常的原因都是与滑坡的滑面形状有关.库水位上升和下降过程中,同一特征水位情况下库水位上升时的稳定性系数比下降时的稳定性系数大.4　结论通过饱和-非饱和渗流场模拟及其影响下的滑坡稳定性分析评价,得到如下结论:(1)提出了土水特征曲线的多项式形式的约束优化模型,该模型不仅可以拟合非饱和渗透系数与基质吸力的函数关系,而且简单实用.196地球科学———中国地质大学学报第33卷(2)当水位上升时,滑坡体内地下水都会出现“倒流”现象,从而浸润线都有略向左弯曲的趋势;滑坡体地下水自由面在初期变化都很快,随着时间的进行,自由面最终将趋于稳定;当水位下降时,滑坡体地下水自由面在初期变化都很快,随着时间的进行,自由面最终将趋于稳定.(3)库水位上升时滑坡稳定性系数逐渐增大,但在150m库水位上升到155m库水位时,滑坡稳定性系数略有减小;库水位下降时滑坡稳定性系数逐渐减小,但在155m库水位下降到150m库水位时,滑坡的稳定性系数略有增大;同一特征水位下,同一特征水位情况下库水位上升时的稳定性系数比下降时的稳定性系数大.R eferencesFredlund,D.G.,Xing,A.,1994.Equations for the soil2water characteristic curve.Can.Geotech.J.,31:521-532. Hu,X.L.,Tang,H.M.,Ma S.Z.,et al.,2006.Numerical simulation of the3D landslide stability in Three G orgesarea based on NMR.Earth S cience—J ournal of ChinaUni versit y of Geosciences,31(2):279-284(in Chinesewith English abstract).Jiang,G.,Lin,L.S.,Liu,Z.D.,et al.,2001.Analysis meth2 od for slope stability considering unsaturated soilstrength and its application.Chinese J ournal of RockMechanics and Engineering,20(A01):1070-1074(inChinese with English abstract).Liu,C.H.,Cheng,C.X.,Feng,X.T.,2005.Study on mech2 anism of slope instability due to reservoir water levelrise.Rock and S oil Mechanics,26(5):669-773(inChinese with English abstract).Liu,X.M.,Zhao,H.L.,Wang,L.J.,2001.Research on soil water character of unsaturated pulverescent clay by ex2 periment.Underg round S pace,21(5):375-378(inChinese with English abstract).Liu,X.X.,Xia,Y.Y.,Lian,C.,et al.,2005.Research on method of landslide stability valuation during suddendrawdown of reservoir level.Rock and S oil Mechanics,26(5):1427-1436(in Chinese with English abstract). 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172地质勘探G eological prospecting激光雷达测绘技术在矿山地形测量中的运用方法胡晓斌中铁第四勘察设计院集团有限公司，湖北　武汉　４３００６３摘 要：随着现代化科学技术的发展，矿山地形测量技术水平日益提升，尤其是激光雷达测绘技术的优化应用，进一步提高了工程测量质量和效率。

矿山地形较为复杂，在激光雷达测绘技术应用中，需要结合实际情况，优化设计激光雷达测绘系统，保障数据收集、数据处理、精度控制等工作的有序、高效开展，保障地形测量数据精度，实现矿山地形测量工作的数字化、高效化进行，为整体工程测绘精度的提升奠定良好基础。

本文主要对激光雷达测绘技术在矿山地形测量中的运用方法进行分析，从而进一步提高矿山地形测量精度和效率，为矿山开采作业的顺利开展提供详细的数据依据。

关键词：激光雷达测绘技术；矿山地形测量；运用方法中图分类号：Ｐ２３７ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００２－５０６５（２０２４）０３－０１７２－３The application method of LiDAR surveying technology in mining terrain measurementHU Xiao-binＣｈｉｎａ　Ｒａｉｌｗａｙ　Ｆｏｕｒｔｈ　Ｓｕｒｖｅｙ　ａｎｄ　Ｄｅｓｉｇｎ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　Ｇｒｏｕｐ　Ｃｏ．，　Ｌｔｄ．，　Ｗｕｈａｎ　４３００６３，ＣｈｉｎａAbstract: Ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｏｆ　ｍｏｄｅｒｎ　ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，　ｔｈｅ　ｌｅｖｅｌ　ｏｆ　ｍｉｎｉｎｇ　ｔｅｒｒａｉｎ　ｓｕｒｖｅｙｉｎｇ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｉｓ　ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇｌｙ　ｉｍｐｒｏｖｉｎｇ，　ｅｓｐｅｃｉａｌｌｙ　ｔｈｅ　ｏｐｔｉｍｉｚｅｄ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　ＬｉＤＡＲ　ｓｕｒｖｅｙｉｎｇ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，　ｗｈｉｃｈ　ｆｕｒｔｈｅｒ　ｉｍｐｒｏｖｅｓ　ｔｈｅ　ｑｕａｌｉｔｙ　ａｎｄ　ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ　ｏｆ　ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　ｓｕｒｖｅｙｉｎｇ．　Ｔｈｅ　ｔｅｒｒａｉｎ　ｏｆ　ｍｉｎｅｓ　ｉｓ　ｒｅｌａｔｉｖｅｌｙ　ｃｏｍｐｌｅｘ．　Ｉｎ　ｔｈｅ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　ＬｉＤＡＲ　ｓｕｒｖｅｙｉｎｇ　ａｎｄ　ｍａｐｐｉｎｇ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，　ｉｔ　ｉｓ　ｎｅｃｅｓｓａｒｙ　ｔｏ　ｏｐｔｉｍｉｚｅ　ｔｈｅ　ｄｅｓｉｇｎ　ｏｆ　ＬｉＤＡＲ　ｓｕｒｖｅｙｉｎｇ　ａｎｄ　ｍａｐｐｉｎｇ　ｓｙｓｔｅｍｓ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ａｃｔｕａｌ　ｓｉｔｕａｔｉｏｎｓ，　ｅｎｓｕｒｅ　ｔｈｅ　ｏｒｄｅｒｌｙ　ａｎｄ　ｅｆｆｉｃｉｅｎｔ　ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｏｆ　ｄａｔａ　ｃｏｌｌｅｃｔｉｏｎ，　ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ，　ａｃｃｕｒａｃｙ　ｃｏｎｔｒｏｌ，　ａｎｄ　ｏｔｈｅｒ　ｗｏｒｋ，　ｅｎｓｕｒｅ　ｔｈｅ　ａｃｃｕｒａｃｙ　ｏｆ　ｔｅｒｒａｉｎ　ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ　ｄａｔａ，　ａｃｈｉｅｖｅ　ｔｈｅ　ｄｉｇｉｔｉｚａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ　ｏｆ　ｍｉｎｉｎｇ　ｔｅｒｒａｉｎ　ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ　ｗｏｒｋ，　ａｎｄ　ｌａｙ　ａ　ｇｏｏｄ　ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　ｏｖｅｒａｌｌ　ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ　ｏｆ　ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　ｓｕｒｖｅｙｉｎｇ　ａｎｄ　ｍａｐｐｉｎｇ　ａｃｃｕｒａｃｙ．　Ｔｈｅ　ａｒｔｉｃｌｅ　ｍａｉｎｌｙ　ａｎａｌｙｚｅｓ　ｔｈｅ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｍｅｔｈｏｄｓ　ｏｆ　ＬｉＤＡＲ　ｓｕｒｖｅｙｉｎｇ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｉｎ　ｍｉｎｉｎｇ　ｔｅｒｒａｉｎ　ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ，　ｉｎ　ｏｒｄｅｒ　ｔｏ　ｆｕｒｔｈｅｒ　ｉｍｐｒｏｖｅ　ｔｈｅ　ａｃｃｕｒａｃｙ　ａｎｄ　ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ　ｏｆ　ｍｉｎｉｎｇ　ｔｅｒｒａｉｎ　ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ　ａｎｄ　ｐｒｏｖｉｄｅ　ｄｅｔａｉｌｅｄ　ｄａｔａ　ｂａｓｉｓ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　ｓｍｏｏｔｈ　ｏｐｅｒａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｍｉｎｉｎｇ　ｏｐｅｒａｔｉｏｎｓ．Keywords: ＬｉＤＡＲ　ｓｕｒｖｅｙｉｎｇ　ａｎｄ　ｍａｐｐｉｎｇ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ；　Ｍｉｎｅ　ｔｏｐｏｇｒａｐｈｉｃ　ｓｕｒｖｅｙ；　Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｍｅｔｈｏｄｓ收稿日期：２０２３－１２作者简介：胡晓斌，生于１９８８年，男，汉族，浙江杭州人，博士，高级工程师，研究方向：大地测量学。

学术ACADEMIC地质雷达勘探在某导流洞衬砌空腔检测的实例分析◎ 龚元元 新疆水利水电勘测设计研究院勘测总队摘 要：本文通过简述地质雷达的工作原理，借助雷达资料的解释思路，探讨了地质雷达的优缺点，并提供相应的解决方案，同时以案例证明地质雷达是衬砌空腔检测的有效方法。

关键词：地质雷达 空腔检测 导流洞衬砌1.前言地质雷达是一种勘探地下目的物的方法，和很多常规勘探方法相比，其优点是，探测速度快，费用低，分辨率高，实时成像等等。

地质雷达目前已经广泛应用于国防、公安、城市建设、矿山、隧道、考古等热点领域。

本文以新疆某水电站导流洞空腔检测为例，说明地质雷达在水电站空腔检测中的应用情况。

2.基本原理地质雷达使用的电磁波的波段主频是106—109HZ，发射电磁波的特性是脉冲短、频带宽。

地质雷达将发射天线和接收天线均架设在地面，现在很多仪器已经将发射与接受天线集成在仪器，不用分开架设，发射天线向地下发射电磁波，电磁波在地下介质传播，不同的介质有不同的波阻抗，电磁波会反弹回地面被接收天线接收，波阻抗差异越大，反射的电磁波信号越强烈，通过对接收的反射电磁波信号进行处理和分析，输出雷达成果图，判断地下的异常目的地质体。

不同的地下介质对于电磁波的衰减是不同的，其对电磁波被吸收的程度也不一样。

电磁波被雷达发射出去，之后回到接收天线被接收，返回的电磁波携带了地下介质的体现下电磁波方面的物理信息，如反射时间变化、波幅减小、频率降低、相位变化等等信息，对波形进行分析及处理，提取波形中包含的地下信息，通过分析，建立地下介质模型结构。

雷达波的传播，在界面上的反射和透射遵循斯奈尔定律，在该工程中，收发天线封装在一起，收发天线可以近似看成一个点，接收到的回波通常垂直于入射平面，认为电磁波做法向入射，反射回波信号的强弱，收到若干因素的影响，主要决定因素是界面的放射系数，穿透介质的衰减系数。

电流分为电子传导电流和位移电流，大多数岩石介质属于位移电流，通常满足σ/ωε<=1，得到衰减系数（β）的近似值：（1）式中，β为衰减系数；σ为电导率；μ为磁导率；ε为介电常数。