含隐患土石堤坝的三维波场数值模拟及其特征分析

含隐患土石堤坝的三维波场特征分析,是利用波动测试信号反演识别土石堤坝内部隐患的前提和基础。为了获得含不同类型隐患的波场特征和波动测试信号的畸变规律,本文采用有限元数值方法对含隐患土石堤坝的三维波场进行模拟分析,结果表明隐患体的位置与堤坝表面接收到的波场信息有密切相关性,隐患正上方测点的时程曲线相位与测线上其他测点的时程曲线相位具有明显差异,且散射波起跳时间较周围测点提前,据此可初步判断隐患体沿测线方向的位置。为验证这一波场特征,采用模型试验对无隐患土石堤坝和含渗漏通道的土石堤坝分别进行了波动测试试验,结果表明:坝顶同一测线接收到的波动信号,对于无隐患堤坝仅存在直达波;对于含隐患体堤坝,由于散射波与直达波的叠加,在含隐患测点上方的波动信号发生畸变,发生信号畸变的测点与实际设置隐患位置完全对应。由此可见,数值模拟结果与试验结果在反应隐患的位置和波动测试信号特征上具有相同的变化规律。     

电磁测深法探测土坝渗漏

电磁测深法原是用于地球物理勘探的，笔者将这一无损探测方法应用于土坝渗流通道的探测取得成功．其优点为操作简便、迅速、无需电极，测量一点需2min，位置分辨高，横向测站距离可任意设置；纵向深度分辨率可达3～6m，测深系统由发射部分和接收部分组成，发射部分包括发射线圈、发射机和电源；接收部分包括接收线圈、接收机．该仪器在山东省曲阜市尼山水库进行了大坝坝体、基岩、断层、地下河和山体的渗漏探测，其结果与多年人工观测结果相符合，并发现一些细部构造和以前未曾发现的漏水处．     

瞬变电磁法技术

瞬变电磁法或称时间域电磁法，属于无损探测法．与普通电法相比，瞬变电磁法具有探测深度大、位置分辨率和测深分辨率高、操作简便迅速、不受接地电阻影响、可作大面积长距离堤防普查等优点。瞬变电磁法工作原理是利用不同位置、不同深度地层对一次磁场变化产生涡流强度的不同．探测地质异常。地层的电导率高，产生涡流强度大，二次磁场强。瞬变电磁系统一般由发射机、发射线圈、接收线圈、接收机和计算机数据采集绘图系统组成。     

基于时移高密度电法的堤防隐患探测技术

为实现隐患险情的快速定位、预警,在对堤防隐患探测方法总结的基础上,介绍了时移探测技术的发展历程;从观测方法、数据采集与处理、反演成像、异常评判方法上对时移高密度电法的工作原理进行了阐述;通过构建数字模型对洞穴和渗漏2种常见堤防隐患开展三维正演数值模拟分析,研究了时移高密度电法在堤防隐患探测技术上的有效性;结合堤防工程实例对时移高密度电法动态探测技术开展了方法技术示范验证;针对堤防线路长和隐患具隐蔽性、突变性、持续性及低可探性,从观测系统、反演成像技术角度评估了时移探测技术在隐患险情灾变动态探测中的可能性。结果表明时移高密度电法在堤防隐患探测方面是可行的。     

应用探地雷达探测水利工程隐患

探地雷达是利用电磁波传播原理，向目标发射电磁脉冲并接收回波信号探测水工隐患的。通过对探地雷达图像特征的分析，我们更直观地发现各种水利工程隐患。     

基于电极瞬变电磁响应的故县大坝渗漏检测

为了准确定位坝体渗漏位置，在直流电法的基础上，提出利用激励电压导通瞬间电极激发的瞬变电磁信号检测渗漏的方法。导通瞬间电极在导电介质中激发的瞬变电磁响应包含介质电导率信息，响应信号对水层等高阻介质比较敏感，响应变化较大，这是一种新的渗漏信息。利用该信息对坝体进行渗漏检测有助于提高渗漏点位置判断的准确性。利用电极检测系统对故县大坝进行实测，分别实现信号的廊道发射-水中接收和水中发射-廊道台阶接收，在横向和纵向判断了渗漏异常位置。对故县大坝的实测数据进行分析，结果表明在大坝的2^#—3^#横缝处存在渗漏，与实际渗漏情况相符。研究成果对于准确定位坝体渗漏位置有一定的参考价值。     

信息窗

一、堤防隐患探测技术 1.覆盖式高密度电测仪 利用高密度电阻率法可探测堤坝裂缝、洞穴和软弱层等。裂缝探测深度可达10m,并能确定其位置、埋深和产状。洞穴探测分辨率超过1:10(洞径与中心深度之比)。对不同隐患可进行二维电阻率成像。 2.多功能直流激电仪 利用电剖面法对堤防质量进行快速普查,确定隐患位置。利用自然电场法和充电法确定渗漏位置和管涌。 3.工程CT 利用人为设置的某种射线(弹性波、电磁波等)穿透工程探测对象,通过对射线走时和能量变化的观测,经计算反演     

基于光滑有限单元法的土石坝无压渗流场数值模拟

获得自由面准确位置是无压渗流分析中最被关注的问题。采用光滑有限元法对土石坝无压渗流场进行数值模拟,对不同模型的自由面位置进行求解,研究了渗透异常体对自由面和渗流参数的影响。根据梯度光滑技术,建立了无压渗流问题的光滑有限元模型,该方法的优势在于将单元面积分优化为沿单元边界的线积分,简化了边界相交单元的内部积分过程,降低了单元畸形对计算结果的影响。通过将矩形均质坝和梯形均质坝的经典算例计算结果和其他数值方法的结果进行对比,说明了本文提出的方法的可行性。进一步研究了不同的渗透率异常体对水头分布、渗流速度和流体压力等渗流参数的具体影响,这些结果为利用渗流参数分布的变化反演渗透异常体位置,以及进行土石坝多场耦合提供了理论依据和可行策略。     

电磁波层析成像反演射线路径的探讨

在电磁波 CT 测试中,发射、接收探头间的电磁波射线发射点、接收点位置决定反演后成果数据记录点的位置。为了确定电磁波仪发射、接收探头记录点位置,对探头分别进行钢管屏蔽实验,实验表明电磁波仪工作时电磁波能量主要集中在两探头的馈电点及天线末端间近似于平行四边形的区域内,不宜直接地简化为一条直线,将平行四边形区域简化为4条线段进行电磁波层析成像反演计算更符合实际情况。在此基础上,提出对电磁波 CT 数据采取4条射线路径单独反演后,再将4个结果按综合平均的方法进行处理。将此种处理方法应用于武汉地铁岩溶勘察数据处理中,并与目前基于1条射线的反演处理方法进行对比、验证。对比剖面反演数据结果表明,在采用同一反演软件条件下4条射线路径综合反演法精度优于1条射线反演法。     

堤防隐患探测中的探地雷达波场特征分析与应用

堤防工程是我国防洪体系中的重要环节。针对堤防中潜在隐患缺陷体,根据不同缺陷体介质的电性特征,建立了相应的堤防隐患模型。依据时域有限差分(FDTD)算法和完全匹配层(PML)的吸收边界条件,构建相应的堤防隐患缺陷体地球物理模型,使用GprMax 2D软件结合自行开发的MatLab程序,获得探地雷达正演波形图。通过波场特征分析,可知不同形态、构造位置和电性参数的隐患缺陷体的探地雷达反射波幅值和形态是不同的。正演结果能准确反映隐患缺陷体的深度、水平位置等空间特征。结合长江四邑公堤堤防隐患探测项目的2个工程实例分析可知,雷达正演模拟与探测剖面结果和工程验证基本一致,表明探地雷达能够有效地探测堤防隐患,该正演方法切实可行。分析典型隐患模型的波场特征有助于指导后期解译工作,从而对缺陷体从定性到定量进行更精确的解译,确保堤防工程的安全运行,保障汛期人民的生命财产安全。     

基于温度场和电阻率成像的土石坝渗漏诊断试验研究

通过对3种不同类型的土石坝模型进行温度场试验和电阻率成像试验,把不同的反演结果同模型实际渗漏通道进行对比,对结果的精度进行评价,比较两种方法各自的优缺点,为实际土石坝渗漏隐患探测提供一定的参考。温度场试验能够比较准确的表示出渗漏方向但还不能准确表示出渗漏通道的位置。电阻率成像试验能够准确的表现出渗漏通道的位置,同时试验结果非常直观。通过对比分析表明,在土石坝渗漏诊断方面电阻率成像方法明显优于温度场法,电阻率成像法比温度场法试验过程更方便、精度更高。     

基于水力层析法的渗漏通道反演研究

渗漏通道反演研究对探测堤坝渗漏起着非常重要的作用。通过数值抽水试验,运用水力层析法对含水层渗漏通道进行了反演研究。建立了一个二维垂直饱和渗漏含水层,含水层大小为18 m×18 m,渗漏含水层布设3口斜井。通过非稳定流抽水试验,在监测点监测不同时刻的水头响应数据,运用连续线性估计方法(SSLE)对含水层储水系数进行反演,结果表明:通过非稳定流抽水试验刻画渗漏含水层储水系数的详细分布,能够有效识别渗漏通道分布情况;斜井多的情况下,可以揭露更多的含水层信息,获得更多的水头响应数据,最终的识别效果好于斜井少的情况;地质资料齐全的情况下,非稳定流水力层析法能够准确探明渗漏通道的位置。     

菩萨庙水库大坝隐患探测及其处理措施

采用高密度电阻率法对菩萨庙水库大坝进行探测,对探测结果进行了反演计算,基本摸清了大坝坝体的隐患分布情况,提出了对隐患处理措施,为大坝除险加固提供了技术支持.     

并行电法探测水库坝肩渗漏

土石体混合结构是水库大坝防渗主体的重要形式,但散粒体填筑料之间及与相邻建筑物之间的结合部位常常是隐患的多发区域,其中水库大坝接触带渗漏表现得最为普遍且诊断难度较大。为探究并行电法在探测水库两坝肩岩土接触带及岩基部位渗漏的可行性,通过构建水库坝肩渗漏通道物理模型,利用并行电法的AM采集方式得到视电阻率及反演电阻率剖面图,并结合水库探测实例进行了应用分析。研究结果表明:并行电法技术采集数据反演后得到的图像能较好地反映出模型设置的渗漏通道位置,但因水库坝肩岩土体的异型结构,视电阻率剖面对坝肩低阻区反应灵敏度不高,反演电阻率剖面仍存在较高的体积效应。青山水库坝肩渗漏探测结果与钻探验证结果一致,这表明并行电法可为探查坝肩渗漏隐患提供新的技术手段。     

石灰岩地区水库隐患及渗漏通道地质雷达探测研究

石灰岩地区水库普遍存在渗漏、坝内土洞、裂缝和局部沉陷等隐患．地质雷达是应用电磁波在传播过程中遇到电性界面会发生散射的原理，通过向地下发射高频电磁脉冲，并接收由地下反射回地面的回波信号来探测地下情况的一种高分辨率无损伤物探手段．通过多次试验，表明地质雷达对石灰岩地区水库多种隐患具有良好的探测效果，地质雷达的应用可避免病险水库治理的盲目性，提高治理效果，节约工程费用．     

塘坞水库大坝渗漏探测及定向处理技术的应用

大坝渗漏是危害到水库安全运行的重要隐患,精准探测大坝渗漏的位置分布与定向高效的堵漏处理是治理隐患水库的关键。考虑单一探测手段在查明渗漏位置时存在误判、漏判等问题,运用并行电法、钻孔检验与钻孔电视试验相结合的探测方法,可综合判断大坝渗漏的准确位置分布。为查明塘坞水库大坝的渗漏位置,首先利用并行电法获得大坝坝体不同高程下的二维视电阻率剖面图,初步判断大坝左坝肩、右坝肩和溢洪道堰基存在渗漏可能;结合钻孔检验与钻孔电视试验技术,进一步判定坝中部轻微渗漏,左坝头存在较大渗漏隐患。根据综合探测成果,对左坝头布置双排灌浆孔,其余位置布置单排灌浆孔,不同位置实施不同灌浆技术进行定向堵漏处理。灌浆完成后,检查孔检验数据表明灌浆质量达到要求,后期观测表明防渗透体稳定性较高。研究成果表明综合探测技术与定向灌浆处理互为补充与验证,实现了对大坝隐患渗漏区域的精确锁定与定向堵漏,显著提高了大坝渗漏治理的工程效益。图11幅,表2个。     

堤防隐患瞬变电磁三维正演模拟及分析

瞬变电磁法具有定位准确、探测深度大、不受地形起伏影响等优点,已经成为一种重要的地球物理勘测方式。为研究瞬变电磁法在堤防隐患探测中的应用,采用有限单元法对多种堤防隐患进行瞬变电磁三维正演模拟计算,通过对比三维正演计算结果和野外实测数据反演结果可以发现瞬变电磁法对低阻体敏感,对不同形态的低阻异常体探测效果均较好,因此采用瞬变电磁法进行堤防隐患快速普查的研究思路是可行的。研究成果可为物探技术在堤防隐患探测中的应用提供参考。     

电磁波CT在水利水电工程岩溶探测中的应用

电磁波CT探测技术是利用无线电波(工作频率0.5～32 MHz)在两个钻孔或坑道中分别发射和接收电磁波,根据不同位置上接收的电磁波场强大小来确定地下介质分布特征的一种勘查方法,它已成功应用于水利水电工程勘察.针对我国水利水电工程大多分布在碳酸盐岩地区,这些地区的岩溶及溶蚀带比较发育的特征,采用电磁波CT技术在水利水电工程中进行岩溶探测.电磁波CT技术在高阻灰岩地区查找低阻岩溶效果较好并得到了普遍的应用,叙述了该方法的原理,然后简述其工作方法,最后以乌江构皮滩水电站岩溶探测为例说明该方法的有效性.     

基于TMS320C6748和XC6SLX16的超声多普勒流量计的设计

介绍了基于TMS320C6748和XC6SLX16低功耗硬件平台,利用超声多普勒原理实现对明渠流体流量的测量的方法。采用一个发射和一个接收的传感器组合成超声波回路信号。硬件电路实现信号的发射以及反射回来的超声信号的接收、数据的传输、数据的处理等。硬件电路架构中XC6SLX16用于信号的发射、接收和采集等控制。TMS320C6748主要实现信号的处理,从中获得接收到的信号频移量,从而获得速度信息。最后通过压力传感器获得的当前水位的高度信息,从而获得横截面积信息,并算出流量值。     

基于超声多普勒原理的三维流速仪的研究

介绍了基于超声多普勒原理实现对流体的三维方向流速的测量的方法。采用一个发射和3个接收的传感器组合,获得3个方向的超声回波信号。硬件电路实现信号的发射、三路信号的同步接收、数据的传输、数据的处理等。硬件电路采用FPGA实现信号的发射、接收、采集的控制。DSP实现信号的处理,获得各通道的信号频移信息,从而获得各个通道的速度信息。通过3个方向流速几何合成获得三维方向流速。实验结果表明,该方法可精确获得三维方向流速,可应用于实验室和野外流体流速的测量。