含隐患土石堤坝三维电场特征分析及成像识别技术研究

发布时间：2020-03-07 11:43

【摘要】：土石堤坝在长期运行管理中,常常会出现各种隐患,不仅影响其正常使用,而且极易造成溃坝等安全事故。因此,如何快速、经济、有效地探测到这些隐患,对病险土石堤坝的治理就显得尤为重要。本文依托国家自然科学基金(51279219),采用理论分析、数值模拟、模型试验和现场测试等研究方法,研究含隐患土石堤坝三维电场特征和电阻率成像识别方法,为病险土石堤坝的治理提供了科学的依据。本文的主要研究内容及成果如下:(1)通过建立三维有限差分模型,分析了不同隐患土石堤坝的电场分布特征,以及电源条件改变对土石堤坝电场分布特征的影响规律,结果表明当土石堤坝含高、低阻隐患时,高、低阻隐患四周电场会发生明显变化,在高、低阻隐患所在区域会形成电场异常区,异常区范围受到电源条件的影响。并进一步分析了坝顶电场变化特征,与不同隐患和电源条件改变的相关性,结果表明坝顶电势差分布特征与隐患所在位置具有一定的对应关系。(2)在电场数值模拟的基础上,建立土石堤坝三维电阻率成像反演模型,分析了不同隐患土石堤坝三维电阻率反演成像特征,结果表明当土石堤坝含高、低阻隐患时,三维电阻率反演图像中会出现高、低阻电阻率异常区,且与高、低阻隐患所在位置有良好的对应关系,验证了电场数值模拟结果的可靠性,同时为土石堤坝阻隐患在三维电阻率图像中的识别提供了方法。通过图像处理,可以直接观察高、低阻隐患空间分布规律。(3)通过建立含隐患土石堤坝物理模型,分析了物理模型电势差分布特征,结果与电场数值模拟结果大致相同。对土石堤坝物理模型进行三维电阻率反演成像,发现隐患布置位置,与电阻率图像上电阻率异常区所在位置基本一致,结果与反演成像数值模拟结果基本吻合。(4)结合工程应用,利用三维电阻率成像技术探测到坝体内的渗漏通道,通过图像处理,大致推断出渗漏发生原因和渗漏路径。利用分析数值模拟和物理模型得到的结论和规律,对工程应用进行指导,能够进一步提高含隐患土石堤坝三维电阻率成像识别技术的探测精度。
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渗漏隐患

目投资完成率 77.0%。当年在建小型病险水库除险加固工程 2413 处。在“十”期间，全国水利总投资预计达 1.8 万亿元。2011 年水利部开始实施新一轮《重点小型病险水库除险加固规划》工作，同时实施《全国大中型病险水闸除固规划》工作。按照规划，“十二五”期间全国需完成 5000 多条中小河流重点治理，涉及项目 8000 多个，治理河长 6 万多公里，并全面完成 5400 座重点1）型水库、1.59 万座重点小（2）型水库、2.5 万座一般小（2）型水库的除固[2]。同时未来十年，水利行业固定资产投资总规模将达 4 万亿，平均每年 4左右的投资规模。这一系列措施对国民经济的正常运行和保证国家可持续发到了重要作用，也充分发挥了这些水利设施防洪、灌溉、发电等综合效益。可见国家对水利工程除险加固的重视。而土石堤坝因为其填筑材料费用低，简单，所以在实际水利工程中被大量采用。因此对土石堤坝的除险加固属于工程防护的重要环节。土石堤坝隐患分类主要包括各种裂缝、洞穴、松软层等类型，，这些隐患的，容易使堤坝发生渗透，产生渗漏通道，严重时可造成溃坝。所以在土石堤险加固过程中，探明这些隐患的空间位置和分布范围，对整个治理过程起着

示意图,均匀各向同性,点电源,半空间

图 2.1 均匀各向同性半空间点电源示意图大的水平面，地下为均匀各向同性的导电介质电极供电，M、N 做为测量电极测量电位为[51 1)AM BM 1 1 )AN BN 、AN、BN 分别为 A、B 与 M、N 间的距离。电位差：1 1 1 1( )2 NIUAM BM AN BNρπ = + 阻率的表达式为：2U Uπ
【学位授予单位】：重庆交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TP391.41;TV698.1

【参考文献】