土坝渗流通道及水库大坝地质隐患探查装置和方法制造方法及图纸

本发明专利技术的探查装置分发射和接收部分，发射部分由发射机、发射线圈和蓄电池组成，接收部分由接收机、接收线圈和计算机组成；发射机发出的同步信号经电缆送计算机；接收机的输出接计算机；发射和接收线圈均为可移动小线圈。探查的步骤为：（１）布置测网；（２）测量每个结点，对采样值经全曲线叠加平均处理后存入计算机；（３）分析解释测量数据。本发明专利技术操作方便快速，可在地面自由移动，水平位置分辨率和垂直深度分辨率高。它在土坝隐患普查、渗流通道定位、灌浆加固效果检验和测压管位置选择等工程应用方面表现了极大的优越性。（*该技术在2017年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及土坝渗流通道及水库大坝地质隐患探查装置和方法。土坝的安全运行，主要取决于防渗体系的巩固，该体系由筑坝材料、坝基岩性、防渗护坡等因素构成。土石坝的主要筑坝材料是土壤、砂砾石等材料，其防渗体系在长期工作中，诸多因素会产生一系列的变化。坝体的不规则沉降、坝体内的软弱夹层以及施工质量的低劣均会给坝体带来的种种隐患。防渗护坡的断裂破碎、坝内管涌所形成的渗流通道是威胁着土坝安全运行最严重、最危险的隐患之一。各国专家对此十分重视。国际大坝委员会失事统计委员会(ICOLD Ad HocCommittee on Statistical Interpretation of Dam Failure)对截止1987年24个国家的142座失事大坝原因进行统计分析，其中混凝土坝及其基础16件，土石坝及其基础104件，土石坝失事占总数的73％。在失事的土石坝中，由于坝体渗漏造成失事的共24座，占失事土石坝的28％，比例相当高。由此可见，渗漏是造成土石坝失事的主要原因之一。渗流通道是土坝最严重、最危险的隐患之一，它威胁着大坝的安全运行。严重的渗漏大大减小了水库的效益。几十年来各国的工程师们经过不断努力，已专利技术采用了十几种方法进行土坝渗流研究。然而，没有一种方法能对土坝的渗流进行普查并准确定位。有些土坝经过修补和加固后渗流现象仍然十分严重，其主要原因之一在于没有找到渗漏的准确位置。我国已建大坝8万多座，其中大部分为土石坝，高50m以下的坝居多。据有关方面统计，历年来失事的大坝中，仅一座混凝土坝，其余全部是土石坝。为确保大坝的安全运行，加强大坝的安全监测，特别是病、险坝的监测和检查十分必要。目前国内外最常用的探测土坝渗流通道的方法是自然电场法和激发极化法。然而这两种方法具有下列局限性1.需要将电极插入地下，在有砌石护坡的坝坡上，插入电极相当困难；2.在进行水平剖面测量时，一对电极要水平移动，由于不同地层构造及操作影响，电极接地电阻变化，影响测量；3.进行垂直剖面探测时由于电阻率法的电极间距一般应为探测深度的4-8倍，因而在探测范围较小的饱和水区时，其灵敏度较低，空间分辨率也低；4.探测深度较小，一般为20～40m。5.一些自然现象产生的干扰难以排除，如大地自然电流，地下存在导电物体等；6.数据整理和解释工作很复杂。近十多年来，国内外物探方法的发展中有一个引人注目的动向，就是瞬变电磁法的广泛应用，且其领域不断扩大，已用于固体矿产、油气、地下水、地热及构造填图等方面的勘查，但在土坝渗流通道探查方面尚未有人涉足。瞬变电磁法(Transient Electromagnetic Sounding)又称时间域电磁测深法(Time Domain Electromagnetic Sounding)，简称TEM法。它利用不接地回线向地下发送一次脉冲磁场，在一次磁场间歇期间，用同一回线或另一回线接收感应二次磁场，该二次磁场是由地下导电地质体受激励引起的涡流所诱发的非稳磁场。TEM法采用发射和接收天线，没有插入地下的部件，因而没有接地电阻的干扰问题。其操作简便，探测速度快，可布置很多测点，以获得较高的位置分辨率。对于土坝渗流通道和含水基岩裂缝探测，这一优点是十分重要的。可探测上千米深度，这是一突出优点。但受其设备性能的限制，目前国际上商业产品受到一个最小探测深度的限制，这个最小探测深度取决于大地电阻率、发射机关断后沿持续时间及仪器的最早采样时间。电阻率低、关断后沿持续时间短以及首次采样时间早，可使最小探测深度较浅。近地表大部分物质的最低电阻率为1-100Ω·m，很多仪器的首次采样时间为50μs。在这种情况下，最小测量深度约为10-100m。大多数土壤和岩石都是具有非常高电阻率的电的绝缘体，完全干燥的粘土也是绝缘体，但是水分的介入则使其成为导体。土壤的导电性与土壤类型、粘土的含量、深度、孔隙率、孔隙含水程度、水质、含盐量、温度等诸多因素有关。库水经坝体裂缝或软弱夹层形成透水带在下游坡渗出，在透水通路上其含水量要高于其它部位，由于含水使此部位的导电性增强。坝体及坝基的空洞则呈现绝缘态，而饱和含水的坝体及坝基充满水的空洞则呈为良导电体。由于水库大坝均为人工填筑而成的，水库筑坝材料的类型基本一致，在不同位置的填料应视为比较均匀。一般情况下，库水质也是比较均匀的。在以上前提下，排除坝体中已知高电导物体引起的异常后，可以认为坝体电导率高的部位是由于含水量高引起的。但由于坝体的电导率与筑坝材料的电导率、水质和含水量等因素有关，因而，坝体的含水量的确定是一个相当复杂的问题，不能由电导率直接计算出粘土的含水量。土坝渗流通道的探查因深度变化范围大，从几米到几十米，饱和含水区小，最大测深一般不超过100m，坝体填筑材料电导率变化范围较小，一般在10～100mS/m之间，对仪器要求很高，难度很大。国内外已有的瞬变电磁测深系统的最小探测深度为25～50m，对大多数坝高只有20～30m的土坝而言，国内外现有的TEM系统是不适用的。更由于坝坡陡峭，大线圈系统无法工作。鉴于瞬变电磁测深法比传统的自然电场法、激发极化法有许多明显的优点，而国内外尚无人采用TEM法探测土坝渗流通道，本专利技术的目的是提供一种土坝渗流通道及水库大坝地质隐患探查装置和方法。本专利技术的目的是这样实现的一种土坝渗流通道及水库大坝地质隐患探查装置，分为发射和接收部分，发射部分由发射机、发射线圈和蓄电池组成，接收部分由接收机、接收线圈和计算机组成；发射机的输出接发射线圈，发射机发出的同步信号通过电缆送计算机；接收线圈的输出送接收机，接收机的输出接计算机；发射线圈和接收线圈均为可移动小线圈。一种土坝渗流通道及水库大坝地质隐患的探查方法，其步骤为(1)布置测网首先在待查区域内布置数条与坝轴线平行的测线，在各测线上布置测站，形成测网，以测网的各结点处为测量点；然后将发射线圈与接收线圈的中点置于测量点处，发射线圈与接收线圈均采用垂直耦极方式；(2)结点测量首先使发射机周期性地发射正负交替的方波脉冲，用接收机在发射机的正向电流关断后至反向工作之前多次采集二次磁场的全曲线信号；然后对所采集的曲线进行叠加平均处理，处理是对各条曲线逐点进行的，即求各条曲线上对应同一时刻的采样值的平均值x和相对偏差d，根据干扰程度选择剔除系数k，以x±k·d为上下限，与每个采样值进行比较，将其中超差的剔除，并记录被剔除的个数，将未超差的采样值取平均后存入计算机，接着再处理各条曲线上下一时刻的采样值，直至全曲线上所有点均处理完毕，从而得到叠加平均后的二次磁场全曲线；然后在计算机屏幕上绘出此二次磁场的全曲线，判断此次采样的正确性，当出现强干扰时，可重复测量；一个结点测量结束后，移到测线的下一结点，进行同样的测量过程；(3)分析解释测量数据首先对探查区域中各测站野外原始观测资料，用三点自相关滤波公式进行滤波计算，绘制时间谱曲线并绘编成册；然后将测线上各测站的电磁数据经数据处理，生成该测线的二次电磁响应层析成像的三维视图，通过各测线生成的三维视图，得到坝体中电磁异常部位的位置、规模、强度及分布情况，逐测线生成二次电磁响应层析成像的三维视图，综合各测线二次电磁响应中异常的分布情况，找出各测线间的异常的有机联系，在探查区域圈定异常的规模及走本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种土坝渗流通道及水库大坝地质隐患探查装置，分为发射部分和接收部分，其特征在于：发射部分由发射机、发射线圈和蓄电池组成，接收部分由接收机、接收线圈和计算机组成；发射机的输出接发射线圈，发射机发出的同步信号通过电缆送计算机；接收线 圈的输出送接收机，接收机的输出接计算机；发射线圈和接收线圈均为可移动小线圈。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：房纯钢，刘树棠，鲁英，葛怀光，
申请(专利权)人：中国水利水电科学研究院工程安全监测中心，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]