一种胶结充填体顶板裂隙状态无损探测方法

摘要

本发明公开了一种胶结充填体顶板裂隙状态无损探测方法，本发明的方法是在地质雷达探测结果的基础上，结合图像识别技术，取样点拟合出裂隙顶、底部端点反射方程，从而计算出胶结充填体顶板裂隙顶、底部端点坐标值，再根据平面内两点的相对坐标，计算出胶结充填体顶板裂隙长度L及与竖直方向夹角θ，从而了解胶结充填体顶板裂隙存在状态及其演化过程。该方法是一种基于地质雷达真实、可靠、定量探测胶结充填体顶板裂隙状态的探测方法，其获得的测量结果与实际顶板裂隙状态有很强的关联性。

主权项

一种胶结充填体顶板裂隙状态无损探测方法，其特征在于，包括以下步骤：1)根据现场状况，在胶结充填体顶板表面布置一条或两条垂直于裂缝走向的测线，测线位置尽可能呈平面状，要求测线长度不小于1米，且裂缝位于测线中点，周围无金属反射性强的介质存在，如存在，则要了解金属物性质、大小、位置、埋深情况，同时在探测图像上进行标注，在后处理中剔除该反射；2)雷达天线在裂缝一侧沿垂直于裂缝方向先增益，该操作使地质雷达探测系统自动记录用于雷达实时探测的信号滤波参数，场地发生变化时，重新进行增益；3)测线一端作为起始位置，沿测线方向，采用连续采集方式，雷达天线紧贴胶结充填体顶板探测，在天线经过裂隙位置时，在探测图像上做标记，测试至终点结束，保存采集的数据文件；4)利用雷达反射波信号后处理软件打开数据文件，对雷达数据进行去除直达波、背景去噪、滤波、增益分析处理，使电磁波在裂隙顶、底部端点处反射的双曲线波形更加清晰，标注横、纵坐标，横坐标为水平位置x，纵坐标为反射走时t；5)导出jpg格式的雷达反射波形图像，使用软件getdata，打开图像文件，设定标尺刻度，在图像中根据横纵坐标设定刻度；利用getdata软件的点捕捉模式，在雷达图像中裂隙反射双曲线清晰明亮位置选点，软件工作区右侧会自动出现点的横、纵坐标，分别在双曲线左右两侧相同纵坐标t位置选择点，得到点的x坐标；6)裂隙顶、底部端点反射为双曲线，双曲线方程为$\frac{{(t+d)}^2}{a}-\frac{{\left(x+c\right)}^2}{b}=1---\left(1\right)$采用粒子群算法拟合步骤5)中的样点数据，得到裂隙端点反射双曲线方程中的a、b、c、d值；7)读取雷达图像中横坐标的最大值x_max，设定横坐标x区间[0，x_max]，求解出公式(1)中裂隙端点深度对应的反射走时t_min，单位：ns；8)根据公式(2)计算出裂隙端点的横坐标x_i，单位：m，i＝1或2；$x_i=\sqrt{b}\sqrt{\frac{{\left(t_{\min }+d\right)}^2}{a}-1}-c---\left(2\right)$9)根据公式(3)计算出裂隙端点深度h：$h=\frac{c\times t_{min}}{2\sqrt{ϵ}}\times {10}^{-9}---\left(3\right)$式中：c‑电磁波在真空中的传播速度，3×10⁸m/s；ε‑胶结充填体的相对介电常数值；10)根据步骤8)、9)分别计算出裂隙顶、底部端点坐标，顶部端点坐标为(x₁，h₁)，底部端点坐标为(x₂，h₂)，根据公式(4)和公式(5)计算出胶结充填体顶板裂隙长度L及与竖直方向夹角θ：$L=\sqrt{{(x_2-x_1)}^2+{(h_2-h_1)}^2}---\left(4\right)$$\theta =\arctan \left(\frac{x_2-x_1}{h_2-h_1}\right)---\left(5\right).$