随着国民经济建设的飞速发展,新建隧道工程越来越多。在隧道开挖掘进过程中,提前发现隧道前方的地质变化,为施工提供较为准确的地质资料,及时调整施工工艺,减少和预防工程事故的发生非常重要。地质雷达因具有扫描速度快、操作简便、重量轻、分辨率高、屏蔽效果好、图像直观等优点在隧道超前预报中得到广泛的应用。 本文从电磁波的波动方程和麦克斯韦方程入手,对雷达脉冲波在岩土介质中的传播与衰减规律进行分析,总结出不同不良地质体在雷达图像中的显现特征,并开发了隧道地质雷达探测后处理系统。本文有以下主要研究内容: 1)系统总结了隧道超前地质预报方法中的各种探测手段,侧重于各种手段的适用范围及其探测方法,并突出地质雷达近几年来在工程实践中的地位。 2)阐述了地质雷达进行地质探测的基本理论,包括地质雷达探测的数据采集技术、数据处理技术及数据解释技术等。 3)从电磁波的基本理论入手,介绍电磁波的波动方程、偶极子天线的电磁场、电磁波的时间场与空间场,探讨高频电磁场下岩土介质的电特性。 4)阐述雷达波的传播、反射、折射、透射与散射绕射等规律。通过对岩土介质的介电特性分析,分析雷达波在不同岩层中的传播与衰减规律。 5)以王子石隧道为例,总结出围岩中溶洞、断层破碎带、富水带、裂隙密集带等不良地质体在地质雷达图像中的显现特征,以及雷达图像的处理与识别方法;根据不良地质体的分布与规模,对隧道围岩类别进行动态划分,并将探测结果与勘察设计、工程实际进行对比;对比结果表明地质雷达对王子石隧道的探测是非常成功的。 6)以VB.net作为前台开发程序,采用Access2000作为后台数据库,开发出隧道地质雷达探测后处理系统,并以王子石隧道zk24+235断面为例,介绍了软件的功能与使用方法,说明系统可操作性强,使用方便,围岩定性分析精度高,具有较强的工程应用价值。