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电法隐患探测

2020-04-09 21:01

根据岩土电学性质的差异,利用仪器探测土石堤坝等水工建筑物隐患的一种方法。该法属于无损探测,在工程表面或水面布设电极,通过测试仪器观测人工电场或自然电场的强度变化,分析所测场的特点及其变化规律,以达到探测工程隐患的目的。该方法适用于堤坝裂缝、集中渗流、管涌通道、基础漏水、闸坝绕渗、接触渗漏、软土夹层及白蚁洞穴等隐患探测。可选用一种或多种方法进行比测,测定隐患的性质、位置及其分布情况。电法隐患探测比传统的坑(槽)探、锥(钻)探速度快,费用低。探测方法分为自然电场法、直流电阻率法和直流激发极化法等。

自然电场法

岩土孔隙、裂缝充水后,在固相和液相的界面上自然形成双电层。当渗流存在时,水流携带溶液中的带电离子流动,形成自然电场,或称为渗透电场。根据渗透电场的大小及其变化规律,可确定渗漏隐患的性质及位置。自然电场法对集中渗漏、喀斯特裂缝、接触漏水、闸坝绕渗、水下基础及库底落水洞等隐患的探测效果较好。探测方法是在工程表面或水面平行于堤坝轴线或垂直于隐患走向布置若干测线,在测线上每隔5~10m设1个测点,将一组铜—硫酸铜不极化电极插入测点,用输入阻抗大、测试准确度高的测试仪器测量各测点相对于某测点的电位差,绘制电剖面曲线及各剖面的电位等值线图。根据渗漏及水流下降区呈负电位、水流溢出带及上升区呈正电位的规律,应用曲线异常值的大小、极值点、半幅值等技术指标,判断是否存在隐患及其性质、位置、走向和埋深。

直流电阻率法

应用直流电源,经导线、供电电极(AB)向待测工程供电,形成人工电场,用测量电极(MN)测量电场中若干固定点的电位差,计算出某一深度的视电阻率,并绘制视电阻率曲线。然后,根据均质土坝浸润线以上的隐患内存在空气呈高阻反映、浸润线以下的隐患内充水呈低阻反映的规律,发现视电阻率曲线异常区,解释工程隐患的性质、位置和埋深。直流电阻率法在闸坝堤防工程隐患探测中主要有3种方法。

(1)中间梯度法。测量装置的特点是:供电极距很大,测量电极距相对较小,测量过程中供电极距保持不变,在中部1/3区域内进行梯度测量。采用此法不仅可在供电极所在的测线上测试,还可以在相邻测线上测试,实现一线供电多线测量。在坝顶较宽需要布置多条测线时,应用此法可提高测试速度。中间梯度法的优点是供电距较大,中部测区近似均匀电场,各种隐患反应明显。现场测量时,沿坝轴在坝顶和坝坡布置若干条测线,每隔5~10m设1个测点,逐点测试视电阻率,绘制电阻率剖面曲线,利用曲线异常的技术指标解释隐患的性质、位置和埋深。中间梯度法适用于堤坝裂缝、管涌通道及白蚁洞穴等隐患探测。

(2)对称剖面法。测量装置的特点是AMNB 4个电极排列在一条直线上,对称于MN的中点,此点即为测点。测量时保持电极间距不变,整个装置沿测线同时向前移动,测量方法同中间梯度法。此法对隐患的反应虽不及中间梯度法明显,但在堤坝顶较窄,一条测线即能满足需要时,测试速度较快。

(3)电测深剖面法。根据供电电极距越大,电流趋肤深度越深的原理,沿堤坝轴线每20~50m设1个测点,测试每一测点由浅到深的视电阻率值,绘制若干等深度视电阻率剖面线和视电阻率等值剖面线,分析曲线的变化规律。如曲线平直表示坝体密实均匀;曲线起伏则表示坝体不匀或存在隐患。浸润线以上的松散带、裂缝、洞穴等在曲线上呈高值突起或闭合,上述隐患处于浸润线以下则呈低阻凹陷或闭合。定期测试可实现监测和预报隐患的发展动态。采用此法还可以评价灌浆效果。

直流激发极化法

通过人工电流场的激发作用,使被测的堤坝产生极化,称为二次场。在地质条件基本一致的条件下,含水量越高二次场越强,衰减得也越慢。利用这种规律,可解释隐患的位置和大小。此法适用于坝体及坝基软土夹层和土坝浸润线的探测。现场多采用激电测深剖面法(放线布极与电测深剖面相同)。遇到浸润线或软土夹层时,激电参数突然增大,直到软土底面达到极大值,然后逐渐减小呈对称的高值异常。可根据异常形态确定软土夹层的厚度、埋深及浸润线的位置。

发展情况

从20世纪60年代开始,美国、苏联、印度和德国开展应用物探电法探测土坝的研究,主要应用自然电场法。继而,中国也开展了此项研究,并应用于工程进行实际探测。1998年洪水后,中国开展了较大规模的高密度电法应用研究和仪器研制,取得良好效果。随着计算机技术和电子技术的发展,电法仪器在仪器电路和结构、数据处理软件和图形软件等方面均有很大进步。

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