瞬变电磁法对土石坝隐患探测的实验研究

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1、瞬变电磁法对土石坝隐患探测的实验研究：由于土石坝结构的复杂性及其自身的特点，决定在探测技术上的困难很大。在现有的地球物理勘探方法当中，对于土石坝隐患的探测方法有很多，高密度电阻率法、探地雷达法等等都是较为成熟使用的隐患探测技术。鉴于在介绍土石坝自身特性后，采用瞬变电磁的方法通过对隐患模型进行实验研究分析，以便为在现场利用瞬变电磁法探测土石坝隐患奠定基础。　　关键词：土石坝；探测；高密度电阻率法；探地雷达法；瞬变电磁；隐患模型　　：TV6：A：1671－7597（2011）0310107－01　　　　0引言　　土石坝作为我国

2、使用最广的一种坝型，它是否能安全稳定的运行严重关系到国民生活生产的安全。由于我国多数土石坝都是上个世纪五六十年代修建，使用至今已经存在很多问题，许多已经渐渐成为三类坝，对此实时对土石坝隐患的探测显得尤为重要。土石坝常见的隐患有孔洞、堤身裂缝、管涌通道、堤基渗水、软土夹层[1]等，近年来，对于土石坝隐患的探测技术都得到了快速的发展，如高密度电阻率法、探地雷达法、瞬变电磁法[2，3，4]等。一般来说，土石坝隐患与周围介质存在物性的差异，是上述多列举的探测方法的物性前提。瞬变电磁法，是利用隐患电阻率的“异常”，即隐患电阻率与正常

3、土石坝电阻率的差异。比方说，由于动物洞穴、塌陷或者是烂树根等等原因造成的孔洞隐患，在含水的情况下表现为低阻，在不含水的情况下表现为高阻。本文就从孔洞的模型出发，探讨不同参数对实验结果的影响，并判定缺陷。　　1土石坝的电特性　　由当地土料、石料或混合料，经过抛填、辗压等方法堆筑成的挡水坝我们称为土石坝。在诸多可利用的土石坝隐患探测的堤身填筑材料的物理参数当中，电导率（电阻率）变化最为明显，且探测方法简便。　　影响堤身和基础电导率变化的因素十分复杂[5]，众说周知，大部分的干燥的土壤和岩石都是具有很高电阻率的的绝缘体，但是自然

4、界中的土壤和岩石往往会含有一定的水分，因而也会具有一定的导电性。一般来说，影响土体电导率的因素总的来说可以概括为以下几点：土的成分、土（岩石）的电导率、土的密实度（或孔隙度）、土体中水的电导率、水与土化学反应引起的矿化度的变化等等。　　试验的土石坝模型所用材料均为土石料，各处的电导率我们可视为比较均匀的。当其中某些地方存在缺陷时，该处的电导率就会出现异常，通过探测电导率异常区域，我们就可以发现隐患，并确定其部位。总的判断依据就是，在相同的环境下，密实度小（孔隙大）的地方，这些部位水分蒸发快，含水量较小，因而，该处的电导率会

5、小。　　2模型实验　　2.1模型建立　　根据物理模拟的相似性，我们建立了如图1的实验模型：　　图3和图4表示的是接收线圈匝数不变，通过改变发射线圈匝数所得的浅部剖面图。由图可知：当发射线圈为20匝时，无论接收线圈为10匝还是15匝，都能较好的反应出缺陷的位置。对于不同大小的缺陷，接收信号的幅值也有所不同，尺寸大的幅值较高，尺寸小的相对应的幅值较小。通过增加接收线圈的匝数来提高有用信号的幅值，由图我们也看出其所对应的关系，这里就不深入讨论了。故对于一定深度的孔洞缺陷，在接收线圈匝数一定的情况下，可通过增加发射线圈匝数来提高探

6、测能力。　　2.3不同深度同一大小的孔洞　　本次试验缺陷的尺寸为130，埋深分别为0.57m、0.67m、0.77m、0.87m。　　由图5.5和图5.6我们可以看出，当接收线圈匝数一定，随着发射线圈匝数的增加，埋深为0.57处的缺陷在剖面图上却没有反应出低值异常，而当发射线圈匝数为10匝的时候却在相应的位置出现了异常。我们知道提高发射线圈匝数可以提高瞬变电磁系统的探测深度，但同时也会使得更多早期信号产生畸变。我们知道在任意短的时间内，瞬变电磁场可以达到任意小的深度，被异常体发射回来的阶跃脉冲信号如果能及时的被仪器接收到，

7、则瞬变电磁法所能探测到的最小深度从理论上来说是没有限制的，但是由于仪器及其装置的响应时间有限，因此我们不能忽略这方面的影响。同时，接收线圈匝数的增加随可以增加有用信号的幅值，但同时也能增加干扰信号的幅值，如果干扰信号的幅值大于有用信号的幅值，就是把有用信号给湮没掉，从图5和图6的对比当中我们就可以看出，特别是对于早期信号的影响更为明显。　　3结语　　土石坝隐患除了孔洞还有裂缝、软土夹层等等，实验分析与孔洞具有相类似性。根据物理模拟相似性的原理，实验结果与实际情况相比较，是完全可行的。从实验的结果看，对于具有一定深度的孔洞缺

8、陷，我们可以提高发射线圈匝数来提高瞬变电磁法的探测能力；对于较浅的孔洞缺陷，我们需要对接收线圈匝数做相应的调整，以达到最好的探测效果。