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

技术领域

本发明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。

背景技术

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应予以校正。

发明内容

本发明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。

本发明通过下述技术方案得以实现：

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：

S1、在钻孔中放置电磁发射器；

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；

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；

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E

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E

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。

采用本发明的方案，所述钻孔可以为高坝混凝土表面的观测孔，无需额外钻孔。

根据以上方案，实施本发明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。

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。

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。

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。

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。

所述电场传感器测量电场的径向分量E

环境电磁噪声及干扰校正步骤包括：计算径向分量E

其中S

如前所述，切向分量E

由于测量引入的电场畸变系数k被抵消。

本发明提供了一种快速、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。

附图说明

图1是本发明探测高混凝土坝深埋病害的井地电场装置示意图；

图2是本发明电容式不接触电场传感器布置及采集分量示意图；

图3是本发明数据采集和处理流程图；

图4是本发明在坝体表面的典型观测曲线。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明，以下实施例是对本发明的解释而本发明并不局限于以下实施例的结果。

图1和图2显示了实施本发明方法的一种探测高混凝土坝深埋病害的井地电场装置，控制台13在地表通过电缆12与电磁发射器14相连，向电磁发射器14提供可控波形(如方波)的电流。电磁发射器14位于钻孔16内，钻孔16为位于不良地质体15附近的本来的观测孔，不需要额外钻新孔。一系列电容式非接触电场传感器11在钻孔16周围以放射状排列。电容式非接触电场传感器11测量钻孔16中电磁源在地表产生的电场。电容式非接触电场传感器11和钻孔16位置通过GPS定位(图2)。

图3说明了根据本发明测绘地球内部电阻率分布的方法或过程。

S1：将电磁发射器14布放在钻孔或监测井也即钻孔16中；

S2：将电容式非接触电场传感器11贴地表布放在混凝土坝体表明，围绕钻孔16呈放射状摆列(如图2)；

S3：在第一个深度，钻孔16中的电磁发射器14上发射施加100V电压，电磁发射器14移动到钻孔中的第二个深度，在电磁发射器14上发射施加100V电压；

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14扩散到电场传感器位置，并用电容式非接触电场传感器11测量；在所述位置测量电场的径向分量E

S5：对S4中测量的电场数据进行处理，利用公式(2)对电场的切向分量E

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。

图4为距离钻孔20m处的电场传感器测量得到的电场比值E

以上所述仅是本发明的优选实施方式，虽然本发明已以较佳实施例披露如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何的简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。