阵列源瞬变电磁堤坝探测研究

发布时间：2020-09-10 14:35

　　 近几十年内,为了满足人民生活及社会发展对水资源的需求,我国修建了许多堤坝水库,且堤坝水库总数量早已位居世界前列。但是,我国堤坝质量却不高且存在着数量众多的高危病险堤坝水库,这些病危堤坝水库由于年久失修,疏于管理,已经超负荷运行多年,随时可能出现渗漏,管涌,蚁穴等隐患,且时刻威胁着人民群众的财产及人身安全。随着科学技术的发展,很多学者对堤坝隐患探测进行了研究并将其应用到堤坝隐患探测中,例如高密度电法,核磁共振法等,皆有各自优缺点。目前需要找出一种能够无损,快速,高效且精确的探测方法,对堤坝内部的隐患进行探测,对我国数量众多的堤坝进行彻底的隐患排查和工程修缮。瞬变电磁法作为一种快速、无损的探测方法,使用发射源激发一次场,瞬间关断后接收二次场,已经被广泛应用于矿产勘查,隧道突水突泥超前预报探测,采空区调查,矿井涌水,工程勘察选址等方面。本文主要在前人的研究基础上,将瞬变电磁阵列源引入到堤坝隐患探测方面。分析了阵列源的辐射特性,并对阵列源瞬变电磁探测堤坝隐患进行了模拟,为后期进行装备的制作及现场施工提供了理论支持。阵列源瞬变电磁法是一种体现“复杂发射,复杂接收”理念的电磁勘探方式。“复杂发射”是指,通过改变加载在发射源上的发射波形来获取被探测目标的最佳二次场响应。由于发射波形决定了场的频谱特征,可以通过缩短、延长发射波形的脉宽或者改变发射波形,以此来获得被探测目标体的最佳响应。梯形波是目前瞬变电磁法应用最为广泛的发射波形,通过傅氏变换可知,缩短脉宽时间可以提高发射波形频谱中的高频谐波成分所占百分比,频谱成分中的低频成分的主要作用是增加穿透深度,而高频成分的主要作用是对探测目标的分辨作用。当高频谐波成分增多,就会对探测目标的分辨率大大增强,但是缩短发射波形脉宽会使得发射能量的减小同时也会造成频谱幅值的减小。通过使用阵列源并且增加阵列源规模的方法,可以在不增加发射电流的情况下提高发射源能量,提高频谱幅值,在保证低频谐波成分不减少的情况下,增加高频谐波成分,提高分辨率,压制噪声提高信噪比。本文通过三维时域有限差分方法模拟堤坝隐患响应,在前人研究的基础上修改了三维时域有限差分在辐射源处的加载方法,实现了阵列源的三维时域有限差分模拟;模拟并对比了不同规模阵列源及发射电流情况下的二次场三分量响应幅值,证实了阵列源可以通过扩大规模来提高响应幅值;模拟并对比了不同深度的河水及不同河水电阻率条件下的阵列源瞬变电磁响应的特征及其电磁场的分布;通过正演坝体渗漏,坝底渗漏,堤坝裂隙渗漏及管涌危害,分析其响应特征及电磁场分布,并发现了衰减电压的y分量较衰减电压的x分量对探测异常体在衰减曲线上显示更加明显。并与回线源对比得出阵列源在管状渗漏隐患下有较好的探测效果。基于三维正演结果,本文所研究的阵列源探测堤坝隐患响应特征会对今后的仪器装备的制作及现场施工给予指导与帮助。
【学位单位】：长安大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：P631.325;TV871
【部分图文】：

时需要考虑到麦克斯韦方程的第四个公式，否式（2.3）改写为 和公式（2.5）就是非源区域的 Maxwell 方程的场共 6 个分量用下图中 Yee 晶胞来进行空间离

(2.17)因为阵列源的加载只与电场 Z 分量有关，所以只需对式（2.8）进行添加场源项便可得到有源媒介的麦克斯韦方程，在计算源处的其它方程与无源处方程一致。2.3 阵列源的加载方式阵列源的加载的位置是位于源所在网格 Z 方向的相邻的多条棱边上，加载为数条有限长的“无体积”的源。如图 2.3 所示为两个相邻的 Yee 晶胞，其中紫色的加粗线表示为阵列源，加载的源为 2 3 规模大小的阵列源，阵列源中的源都加载于网格的 Z 方向上的棱边上。

阵列源中的源都加载于网格的 Z 方向上的棱边上。图 阵列源 Yee 晶胞加载方式示意图2.4 边界条件及稳定性条件本文中所讨论的三维时域有限差分方法选择使用第一类边界条件。为了满足第一类

【参考文献】

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本文编号：2815936