Георадиолокационные исследования при решении задач инженерной геофизики

• Автор: Ефимова, Наталья Николаевна
• Шифр специальности: 04.00.12
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1999
• Место защиты: СПб
• Количество страниц: 197 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. Объекты и методы геофизических исследований инженерных сооружений
1.1. Характеристика объектов исследований
1.2. Задачи и методы инженерной геофизики
ГЛАВА 2. Метод георадиолокации
2.1. История развития высокочастотных радиоволновых методов
2.2. Физические основы метода георадиолокации
2.2.1. Диэлектрические свойства вещества
2.2.2. Распространение радиоволн в веществе
2.3. Применение метода георадиолокации в инженерной геофизике
ГЛАВА 3 Численное моделирование электромагнитных свойств многокомпонентных сред
3.1. Алгоритмы численного моделирования диэлектрических
свойств многокомпонентных сред
3 .2. Электромагнитные свойства компонентов
3.3. Моделирование электромагнитных свойств неконсолидированных песчано-глинистых отложений
3.4. Модели электромагнитных свойства бетона
Выводы
ГЛАВА 4. Численное моделирование волновых электромагнитных полей
4.1. Основные способы расчета волновых электромагнитных полей
4.2. Отражение и преломление плоской электромагнитной волны на границе сред
4.3. Численное моделирование электромагнитных волновых полей
объектов инженерной геофизики в лучевом приближении
4.3.1. Общая схема решения прямой задачи метода георадиолокации во временной области
4.3.2. Одномерная прямая задача
4.3.3. Двумерная прямая задача
4.4. Динамические модели волновых электромагнитных полей
4.5. Выводы
ГЛАВА 5. Решение задач инженерной геофизики
методом георадиолокации
5.1. Методика георадиолокационной съемки
5.2. Обработка данных георадиолокации
5.3. Примеры решения задач инженерной геофизики
5.3.1. Оценка состояния бетонных и железобетонных сооружений
5.3.2. Геоэкологические исследования водохранилища
“Озеро Сестрорецкий разлив”
5.3.3. Изучение автодорог с помощью метода георадиолокации
5.3.4. Георадиолокационные исследования дна Большого озера Екатерининского парка с целью обнаружения “подземной галереи”
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
ВВЕДЕНИЕ
Развитие инженерной геофизики, ориентированной на изучение геологического строения малых глубин, оценку воздействия техногенной нагрузки на геологическую среду, обследование состояния инженерных сетей и сооружений, приобретает все большее значение (Огильви, Богословский 1984, Шевнин и др. 1999). Метод георадиолокации, обладающий высокой разрешающей способностью, производительностью и чувствительностью к незначительным изменениям в составе и состоянии рыхлых пород, приобретает значение ведущего геофизического метода при изучении верхней части геологического разреза. Наряду со значительными успехами, достигнутыми в области разработки аппаратуры (Финкельштейн и др. 1994, Золотарев 1999) и способов информационного анализа данных (Калинин, Старовойтов, Владов, Токарев 1997), методика интерпретации материалов метода георадиолокации находится в стадии становления.
Особенность интерпретации данных метода георадиолокации обусловлена тем, что диэлектрические свойства верхней части геологического разреза, определяющие распространение импульсов георадара, изменяются во времени под влиянием разнообразных экзогенных факторов. Высокая чувствительность метода к этим изменениям диэлектрических свойств среды обуславливает в некоторых случаях неустойчивость получаемых результатов (Б. СогпаПпа 1997). Неустойчивость проявляется в том, что результаты георадиолокационной съемки, полученные в разное время, могут существенно отличаться.
Интерпретация данных метода георадиолокации, по нашему мнению, должна производится с учетом изменений диэлектрических свойств изучаемого геологического разреза. Для этого необходимо разработать аппарат численного моделирования геоэлектрической структуры разреза и регистрируемых георадаром электромагнитных полей.
В современной научной литературе приводятся в основном результаты физического моделирования диэлектрических свойств пород. Отсутствие разработок в области численного моделирования свойств пород является сдерживающим фактором для создания базовых интерпретационных моделей метода георадиолокации. Это, в свою очередь, ограничивает возможности и эффективность метода при решении задач инженерной геофизики.

2.2. Физические основы метода георадиолокаиии
Рассмотрим процессы и явления, совокупность которых обуславливает реакцию горных пород и искусственных материалов на внешнее электрическое поле.
2.2.1. Диэлектрические свойства вещества Поляризация диэлектриков
Вещества, которые проводят электромагнитные волны, называются диэлектриками. Если в вакуумный конденсатор емкостью С0, который находится под воздействием гармонических колебаний йе’ш' с круговой частотой со, поместить идеальный диэлектрик с относительной диэлектрической проницаемостью е' емкость конденсатора возрастает в е' раз по сравнению с вакуумом. Данное явление обусловлено действием дипольных цепочек молекул, которые образуются под влиянием приложенного поля и связывают противопрложные по знаку заряды на металлических обкладках конденсатора [42]. При этом вектор индукции Ь (Кл/м) связан с вектором напряженности электрического поля Ё (В/м) зависимостью Ь = £0е'Ё, где Ейв - абсолютная диэлектрическая проницаемость диэлектрика.
Для диэлектрика с конечной проводимостью а, помимо зарядного тока /с, необходимо учитывать еще ток потерь, обусловленной конечной проводимостью диэлектрика а.
В связи с этим вводится комплексная относительная диэлектрическая проницаемость [42] ё=еЧе" (2.1)
тогда полный ток/с = ую(С0£)Й0 = шС0е'+шС0е’)й0 (2.2).
Для плоскопараллельного вакуумного конденсатора с площадью пластин 8 и расстоянием между ними <1 емкость Со=Е0Д, где электрическая постоянная £о=8,85-10'12ФЛ1. Плотность тока через такой конденсатор j = І/S, а так как напряженность поля Ё = й0/с1, то из (2.2) следует .1 = (сф'£0 +сое’8с)Ё
Удельная проводимость диэлектрика связана с мнимой частью диэлектрической проницаемости соотношением а=соЕ"Бо (2.3).
Соотношение активной и реактивной составляющих плотности полного тока характеризует диэлектрические потери и называется тангенсом угла диэлектрических потерь: