一种土石堤坝渗漏的波电协同诊断方法

技术领域

本发明属于水工建筑物健康诊断技术领域，特别是涉及一种土石堤坝渗漏的波电协同诊断方法。

背景技术

截止2018年底，我国已建5级及以上的各类提防31.2万公里、各类水库98822座、各类水闸104403座，这些水利设施在防洪、抗旱、发电、水资源调节等方面发挥着重要作用。然而，由于其中大部分始建于上世纪50-70年代，工程设计标准低、建设质量差，经长期运行使用后，现均不同程度地存在各种病险隐患。据不完全统计，目前各类型水库中，占比约85％的土石坝，其渗漏破坏比例高达29.1％，使得土石堤坝的渗漏问题显得尤为突出。

为保证各类土石堤坝与水库的长期稳定性及其防洪抗灾能力，近十几年来，国家不断加大水利设施检修力度，全面进行了病险水库的除险加固工作。作为该项工作的重要技术支撑，科学、便捷、高效的土石堤坝渗漏诊断方法将为渗漏的前期探测与后期处置提供可靠的工程决策依据，是完成除险加固工作必不可少的先决条件，因此具有重要的工程实用价值。

目前，针对土石堤坝的渗漏诊断，一方面，可采取人工巡视、钻探取样等传统方法，但存在工作效率低、费时费力、局部隐患易被忽略等缺点；另一方面，可借助地球物探手段，利用无损检测方法(如磁、电、震、核等)，在堤坝表面获取用于评价堤坝健康状态的相关数据信息，但这些方法均存在各自的局限性，无法形成全面的系统性诊断技术，同时其量化程度不高，特别是在定量获取渗漏路径上难度较大。

发明内容

本发明的发明目的是，提供一种工作效率高，量化程度高，可以定量获取渗漏路径的土石堤坝渗漏的波电协同诊断方法。

本明发明提供一种土石堤坝渗漏的波电协同诊断方法，包括以下步骤，S1现场调查；

S2对土石堤坝相关物理参数进行测量；

S3对土石堤坝进行电阻率成像诊断；

S4对土石堤坝进行波速成像诊断；

S5基于渗漏指数和压实指数对土石堤坝渗漏情况进行协同诊断。

进一步的，步骤S1具体包括：

S11对待诊断土石堤坝基本情况进行调查，基本情况包括：土石堤坝类型、修建时间、运行年限、运行状况、当前蓄水水位、坝体材料类型、坝基类型及渗漏表观现象和部位。

S12对待诊断土石堤坝的渗漏类型进行筛查与判断，渗漏类型包括：坝体渗漏、坝基渗漏、绕坝渗漏、涵洞周围渗漏和白蚁洞穴渗漏。

进一步的，步骤S2具体包括：

S21对土石堤坝渗漏地段的地表标高进行横纵断面测量，获取后续实施成像的断面高程数据；

S22对土石堤坝筑坝材料进行现场取样，通过室内试验，获得筑坝材料的含水量、干密度、土石比、纵横波速以及所含岩石的溶重和纵横波速，同时测试所含土体含水量、干密度和纵横波速。

进一步的，步骤S3具体包括：

S31根据渗漏部位，按照纵坝向进行测线布置，测线间距以能查处渗漏通道的走向为原则，测线可设置于坝顶或坝坡面上，沿测线布置电极。

S32采用高密度电法仪，选择剖面测试装置，对土石堤坝进行电阻率成像测试，测试极距和点距根据测试深度和横向分辨率综合确定；

S33将采集完毕后的数据导入计算机，进行数据坏点剔除、数值滤波以及远电极校正处理；

S34采用电阻率成像正反演理论进行实测数据成像，并结合步骤S2中的断面高程数据，对成像进行地形修正。

S35对电阻率成像结果进行分析，判断异常电阻率区域，根据电阻率大小圈定土石堤坝可能渗漏范围,根据多条测线的成像图像，连接可能渗漏通道的空间分布；

S36按照下式，利用电阻率成像结果计算土石堤坝的渗漏指数，根据渗漏指数的大小判断电阻率异常部位的土石堤坝的渗漏状况。

式中：S为渗漏指数；ω为土石复合介质的含水量；ω

进一步的，步骤S4具体包括：

S41根据渗漏部位，按照纵坝向进行测线布置，测线间距以能查处渗漏通道的走向为原则，测线可设置于坝顶或坝坡面上，沿测线布置探头；

S42采用工程地震仪，选择反射波测试系统或基于面波的横波成像系统，对土石堤坝进行波速成像测试，测试点距根据测试深度和横向分辨率综合确定；

S43将采集完毕后的数据导入计算机，采用波速成像正反演理论进行实测数据成像。

S44对波速成像图像进行中值滤波和聚类分析后处理，减弱噪音，去除伪像；

S45对波速成像结果进行分析，判断异常波速区域，根据异常区大小初步圈定土石堤坝可能的渗漏范围；

S46利用波速成像结果和电阻率成像结果联立求解下式，获得土石堤坝的压实指数，

式中：K为压实指数；V

β＝ρ

χ＝0.5ρ

式中：V

进一步的，步骤S5具体包括：

基于电阻率成像结果和波速成像结果初步判断的土石堤坝可能渗漏范围，结合土石堤坝的渗漏指数分布和压实度指标分布，对土石堤坝的渗漏范围和通道进行综合评判,一般性评定准则参见表1；

表1基于波电场成像的土石堤坝渗漏评定准则

表中“√”表示有，“—”表示无。

本发明的有益效果是,采用本发明的技术方案具有便捷、准确、测试范围广、深度大等特点，不仅适用于土石堤坝除险加固时的渗漏诊断，而且也适用于土石堤坝在运行状态下的安全检测与监测；综合利用电阻率成像分析、波速成像图像分析、土石堤坝渗漏指数分布以及土石堤坝压实质量的压实度指标分布等反演信息，能够科学、高效、全面地对土石堤坝渗漏进行多维度协同诊断，对于推动土石坝渗漏诊断技术的进步具有极其重要的现实意义。

附图说明

图1为本发明实施例土石堤坝三维电阻率成像图。

图2为本发明实施例土石堤坝渗漏指数分布图。

图3为本发明实施例土石堤坝波速成像图。

图4为本发明实施例土石堤坝压实度分布图。

图5为本发明流程图。

具体实施方式

如图5所示，本发明提供一种土石堤坝渗漏的波电协同诊断方法，该方法包括如下步骤：1)现场调查；2)对土石堤坝相关物理参数进行测量；3)对土石堤坝进行电阻率成像诊断；4)对土石堤坝进行波速成像诊断；5)基于渗漏指数和压实指数对土石堤坝渗漏情况进行协同诊断。

步骤1)具体包括：

1.对待诊断土石堤坝基本情况进行调查，包括：土石堤坝类型、修建时间、运行年限、运行状况、当前蓄水水位、坝体材料类型、坝基类型及渗漏表观现象和部位。

2.对待诊断土石堤坝的渗漏类型进行筛查与初步判断，包括：坝体渗漏、坝基渗漏、绕坝渗漏、涵洞周围渗漏和白蚁洞穴渗漏。

步骤2)具体包括：

1.对土石堤坝渗漏地段的地表标高进行横纵断面测量，获取后续实施成像的断面高程数据。

2.对土石堤坝筑坝材料进行现场取样，通过室内试验，获得筑坝材料的最佳含水量、最大干密度、土石比、最大纵横波速以及所含岩石的溶重和纵横波速，同时测试所含土体最佳含水量、最大干密度和最大纵横波速。

步骤3)具体包括：

1.根据渗漏部位，按照纵坝向进行测线布置，测线间距以能查处渗漏通道的走向为原则，测线可设置于坝顶或坝坡面上，沿测线布置电极。

2.采用高密度电法仪，选择剖面测试装置，对土石堤坝进行电阻率成像测试，测试极距和点距根据测试深度和横向分辨率综合确定。

3.将采集完毕后的数据导入计算机，进行数据坏点剔除、数值滤波(中值滤波、Alpha剪切滤波或均值滤波)以及远电极校正处理。

4.采用电阻率成像正反演理论进行实测数据成像，并结合步骤2)中的断面高程数据，对成像进行地形修正。

5.对电阻率成像结果进行分析，判断异常电阻率区域，根据电阻率大小圈定土石堤坝可能渗漏范围；根据多条测线的成像图像，连接可能渗漏通道的空间分布。

6.按照下式，利用电阻率成像结果计算土石堤坝的渗漏指数，根据渗漏指数的大小判断电阻率异常部位的土石堤坝的渗漏状况。

式中：S为渗漏指数；ω为土石复合介质的含水量；ω

步骤4)具体包括：

1.根据渗漏部位，按照纵坝向进行测线布置，测线间距以能查处渗漏通道的走向为原则，测线可设置于坝顶或坝坡面上，沿测线布置探头(振动传感器)。

2.采用工程地震仪，选择反射波测试系统或基于面波的横波成像系统，对土石堤坝进行波速成像测试，测试点距根据测试深度和横向分辨率综合确定。

3.将采集完毕后的数据导入计算机，采用波速成像正反演理论进行实测数据成像。

4.对波速成像图像进行中值滤波和聚类分析后处理，减弱噪音，去除伪像。

5.对波速成像结果进行分析，判断异常波速区域，根据异常区大小初步圈定土石堤坝可能的渗漏范围。

6.利用波速成像结果和电阻率成像结果联立求解下式，获得土石堤坝的压实指数。

式中：K为压实指数；V

β＝ρ

χ＝0.5ρ

式中：V

步骤5)具体包括：

基于电阻率成像结果和波速成像结果初步判断的土石堤坝可能渗漏范围，结合土石堤坝的渗漏指数分布和压实度指标分布，对土石堤坝的渗漏范围和通道进行综合评判。一般性评定准则参见附表1。

表1基于波电场成像的土石堤坝渗漏评定准则

注：表中“√”表示有，“—”表示无。

本发明具有如下有益效果：

本发明的方法具有便捷、准确、测试范围广、深度大等特点，不仅适用于土石堤坝除险加固时的渗漏诊断，而且也适用于土石堤坝在运行状态下的安全检测与监测；综合利用电阻率成像分析、波速成像图像分析、土石堤坝渗漏指数分布以及土石堤坝压实质量的压实度指标分布等反演信息，能够科学、高效、全面地对土石堤坝渗漏进行多维度协同诊断，对于推动土石坝渗漏诊断技术的进步具有极其重要的现实意义。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。