一种堤坝稳定性的无损探测方法技术

本发明专利技术涉及堤坝稳定性评价领域，具体涉及一种堤坝稳定性的无损探测方法，包括如下步骤：(1)对待测定的堤坝，沿堤坝水平长度方向确定N个横剖面的位置，其中N为正整数；(2)确定堤坝各横剖面视电阻率的平均值；(3)确定坝体材料视电阻率与含水率的变化关系；(4)确定堤坝横剖面平均含水率及其统计特征参数；(5)确定堤坝潜在溃坝部位以及溃坝风险的大小。该方法可以在某种程度上克服传统堤坝预测评价方法存在的不足和局限性，在堤坝稳定性评价与监测预警领域具有重要的应用价值。

A nondestructive method for detecting the stability of dams

The present invention relates to the field of dam stability evaluation, in particular relates to a method for nondestructive detection of dam stability, which comprises the following steps: (1) to determination of the dam, the dam along the horizontal direction to determine the N cross section position, where N is a positive integer; (2) to determine the average value of the dam cross section of apparent resistivity; (3) to determine the relationship between the apparent resistivity and material moisture content; (4) to determine the average water content of the dam cross section and its statistical parameters; (5) to determine the potential dam dam site and dam risk. This method can overcome the shortcomings and limitations of the traditional dam prediction and evaluation method to some extent, and has important application value in the dam stability evaluation and monitoring and early warning.

【技术实现步骤摘要】
一种堤坝稳定性的无损探测方法
本专利技术涉及堤坝稳定性评价领域，具体涉及一种堤坝稳定性的无损探测方法。
技术介绍
我国筑坝历史悠久，特别是新中国成立以来，更是产生了多次筑坝建库高潮。然而，我国于20世纪50-70年代建设和加固了大量的河提与大坝，且以土石堤坝居多，寿命约为50年。且大坝普遍存在标准偏低、施工质量不高等问题，又经过三五十年的运行，水库设施普遍老化，许多堤坝出现坝体渗水、裂缝等老化特征，这些具有变形、裂缝等老化特征的堤坝不仅不能正常发挥水利工程效益，而且成为安全度汛的薄弱环节和心腹之患，严重影响库区人民生命财产、基础设施和生态环境的安全，制约当地经济社会的可持续发展，因此必须及时准确、快速地对这些堤坝渗透稳定性进行应急检测，探测出大坝内部存在隐患的具体位置、范围、深度等，并据此采取相应的加固抢险措施，尽可能减小堤坝破坏或溃坝损失。目前国内外常用的堤坝病险隐患检测方法主要为水力梯度法、钻孔取芯法以及地质雷达探测法：1)水力梯度法。该方法主要根据坝基地层结构与地形地貌条件，初步判定可能产生渗透变形的地段，并根据颗粒分析资料绘制土粒累计曲线，并计算出不均匀系数和细颗粒的百分含量，并进一步判定可能发生的渗透破坏类型(如管涌，流土)，进而根据流网法确定坝基各点(主要是下游坝脚处)的实际水力梯度，并根据临界水力梯度与孔隙率及不均匀系数之间的关系式确定其临界水力梯度，依据堤坝实际水力梯度与临界水力梯度的关系判定其是否会发生渗透变形，进而判定堤坝稳定性。然而该方法需要在坝体内部布置测压管测定监测区域的渗流场，并根据等水位线绘制流网，其实验结果易受监测仪器的影响而产生误差，且该方法监测成本过高，此外测压管的布设会使坝体产生结构损伤，不利于堤坝的稳定性。2)钻孔取芯法是采用钻孔方法在坝体结构上连续钻孔取芯，然后通过室内测试芯样的单轴抗压强度、渗透系数及均匀情况和完整性，并根据室内试验结果评价堤坝稳定性。然而由于设备等因素的限制，尽管取芯可达到深层，但由于坝体的不均匀性，在取样过程中堤坝土材料极易产生破碎，因此检测结果很难保证其真实性。此外钻探使本己处于病险状态的堤坝再次遭受损伤，而且存在时间长、费用高等缺点。3)地质雷达探测法是利用高频电磁波束来探测有耗介质中目标体，以宽频带、短脉冲的电磁波形式发射天线射入坝体，经坝体的电磁性差异反射回来，被另一天线所接收，通过分析接收的信号，进而探测堤坝的隐患点。然而由于堤坝介质特性具有多样性和不确定性，对于土介质，堤坝填筑土的土质不同，其介质特性不同，即使同一类土，土的级配、碾压程度都会对介质特性产生重大影响；对于水介质，水的成分、土体含水率、饱和度都将影响到土介质特性，特别是土体的含水率还随时间而变化，这些因素都将影响探测结果的准确性。
技术实现思路
为了解决上述技术问题，本专利技术提供一种堤坝溃堤位置稳定性无损探测及灾害预测方法，该方法可以在某种程度上克服传统堤坝预测评价方法存在的不足和局限性，在堤坝稳定性评价与监测预警领域具有重要的应用价值。为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案，一种堤坝稳定性的无损探测方法，包括如下步骤：(1)对待测定的堤坝，沿堤坝水平长度方向确定N个横剖面的位置，其中N为正整数；(2)确定堤坝各横剖面视电阻率的平均值；(3)确定坝体材料视电阻率与含水率的变化关系；(4)确定堤坝横剖面平均含水率及其统计特征参数；(5)确定堤坝潜在溃坝部位以及溃坝风险的大小。进一步地，所述步骤(2)的具体步骤为：(21)测出堤坝背水侧长度L，并在堤坝每个横剖面位置沿背水侧长度方向从顶到底布设一根探测线，探测线的长度即为L；(22)沿探测线等距布置电极，电极之间的间距Δx取探测线长度L的1/45-1/30，所需电极数M为：其中，M为正整数；(23)按照步骤(22)中求得的Δx与电极数M在探测线上布置电极，用多芯电缆将每条探测线上的电极连接到电极转换装置上，再用电极转换装置将这些电极组合成指定的电极装置，并通过电极转换装置及数据采集系统测得每条探测线各横剖面上各探测点的视电阻率ρ，并记ρi,j为堤坝第i个横剖面的第j个测点的视电阻率，其中i＝1,2,3......N，j＝1,2,3......D，其中j为正整数，D为第i个横剖面的所有测点的个数，则第i个横剖面的视电阻率的平均值为为：进一步地，所述步骤(3)的具体步骤为：取坝体材料试样进行室内实验，先通过烘干法将坝体材料烘干，再采用灌水法按照不同含水率ω的要求加入蒸馏水，充分搅拌，放入保鲜袋中养护24h，使水分充分浸润，再用直流电法仪分别测定不同含水率ω下试样的视电阻率，进而得到坝体材料的视电阻率与含水率之间的定量关系，即ρ-ω关系曲线；进一步地，所述步骤(4)的具体步骤为：依据求得的ρ-ω关系曲线以及第i个横剖面的视电阻率的平均值可间接测得堤坝第i个横剖面的平均含水率据此可得到堤坝N个横剖面的含水率均值与均方差δ，进一步地，所述步骤(5)的具体步骤为：对于第i个横剖面，(51)如果则可判定堤坝第i个横剖面位置稳定；(52)如果则可判定堤坝第i个横剖面位置潜在溃堤风险较大；(53)如果则可判定堤坝第i个横剖面位置潜在溃堤风险极大。进一步地，其还包括步骤(6)堤坝渗透稳定性与溃坝灾害预测的步骤，具体步骤为：(61)对于堤坝存在溃堤风险的第i个横剖面，使用电测仪分别对其不同时刻的平均电阻率进行实时监测，并根据坝体材料ρ-ω关系曲线依次确定其不同时刻的均含水率得到曲线；(62)定义堤坝横剖面平均含水率变化率ω′为堤坝单位时间的平均含水率变化量与单位时间的比值，根据曲线：如果ω′为一常量或波动幅度在±10％范围内，则可判定堤坝的第i个横剖面具有溃堤风险但目前基本稳定，如果ω′逐渐增大并发生突变，则该堤坝不稳定并即将发生溃坝。本专利技术的堤坝溃堤位置稳定性无损探测及灾害预测方法，通过高密度电阻率法确定坝体各横剖面视电阻率平均值，并根据室内实验测得坝体材料视电阻率与含水率的关系及其坝体各横剖面平均含水率变化，建立了运用坝体横剖面平均含水率统计学参数评价堤坝断面风险大小的判据；同时提出了坝体平均含水率变化率参数，并依据该参数的变化规律可对堤坝渗透稳定性进行实时评价，以达到便捷快速测定与评价堤坝渗透稳定性的目的。该方法简便，易操作，对坝体无损，并且结果准确性高，可以在某种程度上克服传统堤坝预测评价方法存在的不足和局限性，在堤坝稳定性评价与监测预警领域具有重要的应用价值。附图说明图1为高密度电阻率法测点分布示意图；图2为堤坝探测线分布图；图3为4号横剖面各探测点分布示意图；图4为实施例坝体材料ρ-ω曲线；图5为实施例第4横剖面曲线。具体实施方式本专利技术采用的高密度电阻率法的基本原理与传统的电阻率法相同，即通过接地电极在地下建立电场，观测因不同导电地质体存在地表电场的变化，从而推断和解释地下地质体的分布或产状。在高密度电阻率布极方式中常采用温纳装置方式。温纳装置方式又称为对称四极装置方式布极。A，Q，P，B等间距排列，其中A，B是供电电极，Q，P是测量电极，该测量方式为固定断面扫描测量，所得断面为倒梯形。该布极方式中，AQ＝QP＝PB＝Δx为一个电极间距，其测线长度L与电极间距Δx和电极数M有关，其关系式为L＝(M-1)Δx。测量时，AQ＝本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种堤坝稳定性的无损探测方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)对待测定的堤坝，沿堤坝水平长度方向确定N个横剖面的位置，其中N为正整数；(2)确定堤坝各横剖面视电阻率的平均值；(3)确定坝体材料视电阻率与含水率的变化关系；(4)确定堤坝横剖面平均含水率及其统计特征参数；(5)确定堤坝潜在溃坝部位以及溃坝风险的大小。

【技术特征摘要】
1.一种堤坝稳定性的无损探测方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)对待测定的堤坝，沿堤坝水平长度方向确定N个横剖面的位置，其中N为正整数；(2)确定堤坝各横剖面视电阻率的平均值；(3)确定坝体材料视电阻率与含水率的变化关系；(4)确定堤坝横剖面平均含水率及其统计特征参数；(5)确定堤坝潜在溃坝部位以及溃坝风险的大小。2.根据权利要求1所述的堤坝稳定性的无损探测方法，其特征在于：所述步骤(2)的具体步骤为：(21)测出堤坝背水侧长度L，并在堤坝每个横剖面位置沿背水侧长度方向从顶到底布设一根探测线，探测线的长度即为L；(22)沿探测线等距布置电极，电极之间的间距Δx取探测线长度L的1/45-1/30，所需电极数M为：其中，M为正整数；(23)按照步骤(22)中求得的Δx与电极数M在探测线上布置电极，用多芯电缆将每条探测线上的电极连接到电极转换装置上，再用电极转换装置将这些电极组合成指定的电极装置，并通过电极转换装置及数据采集系统测得每条探测线各横剖面上各探测点的视电阻率ρ，并记ρi,j为堤坝第i个横剖面的第j个测点的视电阻率，其中i＝1,2,3......N，j＝1,2,3......D，其中j为正整数，D为第i个横剖面的所有测点的个数，则第i个横剖面的视电阻率的平均值为为：3.根据权利要求2所述的堤坝稳定性的无损探测方法，其特征在于：所述步骤(3)的具体步骤为：取坝体材料试样进行室内实验，先通过烘干法将坝体材料烘干，再采用灌水法按照...

【专利技术属性】
技术研发人员：贺可强，郭璐，杨艳中，
申请(专利权)人：青岛理工大学，
类型：发明
国别省市：山东,37