【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种高混凝土坝深埋病害探测方法，具体为一种基于井地电场的高混凝土坝深埋病害探测及干扰校正方法。
技术介绍
1、高坝深埋病害检测是维护大坝安全运行的重要手段。目前常用的基于坝体表面的检测方法如地质雷达法、直流电法、磁梯度等方法对坝体内部深埋病害的检测能力差，分辨率低。同时，高混凝土坝的硬质表面和不良的接地条件限制了直流电法的应用。井地电磁由于更接近探测目标，因此可以明显提升探测精度。常规井地电磁中，电场传感器测量井筒内电磁源在地表产生的电场。电磁场在地下的传播路径取决于地下的电阻率分布，在地表不同位置测量的电场经过处理能获得传感器排列内的三维电阻率分布。现有的井地电磁成像需要大量的观测点，每个测点需要一对间隔1m到100m的测量电极来测量电场的一个分量。不同测量分量电极的布置耗时其繁琐，且需要精确的定位，电极的布置需要将电极埋在土壤以下10cm，对于岩性坚硬的地区或者硬质路面，如城市环境、大坝表面，尤其是高混凝土坝表面是很难实现的。同时，电磁场中的环境和测量噪声降低了数据解释精度。电场测量中的误差来源有三个方面：一是电场分量的测量需要精确的电极排列定位和方位信息，如50m排列中1m的误差相当于引入5％的角度误差，进而引入5％的测量误差。二是电极与坝体表面之间的接地电阻，如每10kω的接地电阻变化会引入0.1％的测量误差。三是电极附近坝体电阻率不均匀变化引起的静态位移。这些由于测量条件或表面电阻率非均质性引起的电场畸变为静态效应。为尽可能减小和避免这些测量误差，需要在电极布放时多加考虑，同时在数据处理和解释中应对静态效
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于针对现有技术的不足，提出一种基于井地电场的高混凝土坝深埋病害探测及干扰校正方法，可以在高坝混凝土表面利用观测孔进行非接触式电场测量，无需额外钻孔。
2、本专利技术通过下述技术方案得以实现：
3、基于井地电场的高混凝土坝深埋病害探测及干扰校正方法，其特征在于：包括如下步骤：
4、s1、在钻孔中放置电磁发射器；
5、s2、在钻孔周围混凝土坝面呈放射状布设非接触式电场传感器；
6、s3、在钻孔中第一个深度发射电磁场；在钻孔中第二个深度发射电磁场；利用步骤s2所述电场传感器接收第一深度和第二深度的电场信号；
7、s4、测量电场分量，电磁场从第一深度和第二个深度的电磁发射器扩散到电场传感器位置，并用非接触式电场传感器测量；在所述位置测量电场的径向分量er和切向分量et，切向分量是指沿切线方向测量电场值，切线方向指电场值最小的方向；径向分量指与切线方向垂直的电场分量；
8、s5、对步骤s4中测量的电场数据进行处理，滤除环境噪声和干扰，得到第一深度和第二深度干扰校正后的电场em1和em2，获得电场比值em1/em2；
9、s6、重复步骤s3、s4、s5获得不同深度的电阻率异常信息，进行电阻率成像并识别深埋病害位置和规模。
10、采用本专利技术的方案，所述钻孔可以为高坝混凝土表面的观测孔，无需额外钻孔。
11、根据以上方案，实施本专利技术方法的基于井地电场的高混凝土坝深埋病害探测装置，包括钻孔中的电磁发射器、控制台、一系列与电磁发射器呈一定组合关系电容式电场传感器。所述电场传感器为电容式非接触电场传感器，布放时直接放置于混凝土高坝表面，无需埋入土壤，不会对混凝土坝表面造成破坏。所述电场传感器根据接收的信号强度任意布设传感器的位置和方位，而不需要传感器沿大地坐标的方向排列，覆盖面积最大的排布方式为放射状。
12、所述电磁发射器在电场传感器布置好后，沿钻孔轴向移动，所述电磁发射器在钻孔中激发时，电源向地下发射放射状电场，电场线的方向取决于深层整体电阻率和接收表面的电阻率不均匀性。理想情况下，电场沿传播路径上取得最大值，垂直传播路径方向上电场取得最小值。
13、进一步地，所述电磁发射器的供电电压不超过100v，或不超过50v，或不超过30v。
14、进一步地，所述传感器为电容式非接触电场传感器；测量径向和切向两个正交的电场分量；正交方向用罗盘定向。
15、进一步地，测量的切向电场信息可抵消径向电场中的环境电磁噪声或干扰。
16、所述电场传感器测量电场的径向分量er和切向分量et，er和et为接收点的一组正交电场分量，其中切向是指，在接收点位置，沿该方向的电场信号最弱，电场值趋于零，或最小。理论上静电场的切向分量为零，不包含地下深层电磁场信息，因此，采集信号可以认为是地表的环境噪声或者干扰。这在实际数据采集中非常有用，因为电磁干扰ei和电磁噪声en与所测量的er和et不相关，但却以相同的规律出现在测量信号中，因此可以基于相干算法的去噪方法，利用et中的测量数据将er中环境噪声和干扰进行滤除，从而提高数据的采集质量和信噪比。
17、环境电磁噪声及干扰校正步骤包括：计算径向分量er和切向分量et在频率域的一致性系数：
18、
19、其中srt(f)为电场径向分量和切向分量的互相关功率谱，srr(f)为电场径向分量的自相关功率谱，stt(f)为电场切向分量的自相关功率谱。为估算的一致性系数，取值范围介于0～1。取值越大表示两个通道信号的一致性越好。
20、如前所述，切向分量et理论上不含有发射源电场信息，因此两通道中相关性高的信号为环境噪声和干扰。利用频率域的窗函数对一致性系数大的频带范围进行滤波，并进行傅里叶逆变换，可以有效剔除et中的环境噪声和干扰。经干扰校正后的电场为em，与实际电场etr之间相差乘数k。k用于衡量电场的畸变程度，取值范围介于0.95～1.05之间，取决于电极的定位精度和所处位置电阻率的非均质性。因此，即便在实际电场etr相同的情况下，该点测量所得em变化范围可达10％。由于测量误差的存在，直接反演电阻率分布会存在误差。更可靠的做法是取发射源在井筒不同深度时，测量电场的差值em1-em2。由于当电场传感器布设后，其系统误差不随发射源的移动发生变化，电场差值更能反应地下电阻率的变化，但畸变系数依然存在。本专利技术提供一种消除这种测量误差的方法，从而提高电阻率测量和成像的能力。本专利技术取不同发射源在不同深度所得的电场测量值的比值：
21、
22、由于测量引入的电场畸变系数k被抵消。
23、本专利技术提供了一种快速、高效、精确的基于井地电场探测高坝深埋病害检测方法，可以在高坝混凝土表面利用观测孔进行非接触式电场测量，无需额外钻孔，在不破坏高坝混凝土表面的前提下进行电场测量；采集放射状的电极排布及双通道的正交电场测量，在增加侦探面积的同时，能有效压制环境噪声和干扰，提高数据采集质量，降低发射源功率。
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1.基于井地电场的高混凝土坝深埋病害探测及干扰校正方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1的方法，其特征在于，所述电磁发射器的供电电压不超过100V，或不超过50V，或不超过30V。
3.根据权利要求1的方法，其特征在于，所述传感器为电容式非接触电场传感器；测量径向和切向两个正交的电场分量；正交方向用罗盘定向。
4.根据权利要求1的方法，其特征在于，测量的切向电场信息可抵消径向电场中的环境电磁噪声或干扰。
5.根据权利要求1的方法，其特征在于，步骤S5中，计算径向分量Er和切向分量Et在频率域的一致性系数：
6.根据权利要求1、2、3、4或5所述的方法，其特征在于，其特征在于所述钻孔为高坝混凝土表面的观测孔。
【技术特征摘要】
1.基于井地电场的高混凝土坝深埋病害探测及干扰校正方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1的方法，其特征在于，所述电磁发射器的供电电压不超过100v，或不超过50v，或不超过30v。
3.根据权利要求1的方法，其特征在于，所述传感器为电容式非接触电场传感器；测量径向和切向两个正交的电场分量；正交方向用罗盘定...
【专利技术属性】
技术研发人员：朱忠民，庞永昊，张祖国，王威，单治钢，李广场，陈美，谢志伟，
申请(专利权)人：浙江华东岩土勘察设计研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：
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