参数优化方法在电法测试土体裂隙深度中的应用

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1、第14卷第2期2014年1月科学技术与工程Vo1．14No．2Jan．20141671—1815(2014)02—0219—05ScienceTechnologyandEngineering⑥2014Sci．Tech．Engrg．建筑技术参数优化方法在电法测试土体裂隙深度中的应用周文斌赵仲辉'赵含梅胡孝彭(河海大学岩土力学与堤坝工程教育部重点实验室，南京210098；浙江大学软弱土与环境土工教育部罩点实验室，杭州310058)摘要裂隙对土质边坡的稳定性、垃圾覆盖层的防渗性等有重大的影响，因此裂隙定量化研究具有重要的意义，尤其是建立裂隙三维网络分布。本文

2、模拟了二维裂隙沿深度发育的物理过程，使用电阻率法测得不同裂隙深度下土体的电学响应。通过有限单元法与参数优化方法联合反演裂隙深度，并将计算得出的裂隙深度与裂隙深度的标定值进行比较。经分析知，有限单元法数值结果能够与实际测量值较好地吻合；参数优化方法可以有效地估计出裂隙深度。将裂隙深度的计算值与标定值比较得知，该种反演方法测试所得的裂隙深度标准差为电极距离的0．26倍。关键词电阻率反演裂隙深度参数优化中图法分类号Tu411；文献标志码A土体裂隙的研究具有重要意义。研究表明，产应出裂隙区域所在，裂隙深度的确定无明确方法。生裂隙后土体的强度降低、透水能力增强、

3、同时有优土体表面的二维裂隙网络可以方便地从土表的势渗透路径，影响工程安全¨'。许多学者对裂隙照片中获得，结合电阻率法试验数据与土表面的图土做了大量的研究，研究主要内容包括裂隙发育机像建立裂隙的三维网络成了一个有重要意义的课理'、裂隙土渗流特性J，以及裂隙的形态研究。题。为了模拟裂隙土发育的过程，结合电阻率试验目前，裂隙的形态研究偏重于土体表面裂隙的二维结果得到裂隙深度的计算方法，并对计算误差做了统计特性’，对裂隙的三维网络研究相对分析。较少’。交流电源常用的土体裂隙测量手段有：计算机断面成像技术(cT法)¨。。表面图像分析法’、染色剂示踪法⋯及电阻率法

4、¨。cT法可以很准确地看到试样内部裂隙的发育情况，但实验仪器昂贵，试样尺寸的限制很大，只适用于室内小试样的试验研究；表面图像分析法最为常用，但该法仅仅可以获得试样的交流电源表面裂隙的二维分布，无法获得裂隙的三维分布；染色剂示踪法能够很直观准确地反映裂隙的发育程度，但染色剂示踪法需要对研究试样进行破坏，不能进行无损观测；电阻率法可以无损地对土体进行观(b)四电极法测。电阻率法试验测得数据可以使用地球物理学中的方法反演出空间电阻率分布¨引。但此种反演方图1电阻率法试验的示意图法假定了空间内电阻率分布是连续的而实际的裂隙土中电阻率分布不连续，因此该方法只能定

5、性地反1土的电阻率基本理论与测量方法1．1土的电阻率基本理论2013年8月12日收到，9月11日修改国家重点基础研究发展规划项日(2012CB719805)和浙江大学开放基金(2011904)资助土的电阻率表示电流垂直通过单位面积上单位第一作者简介：周文斌(1989一)，男，硕士研究生，研究方向：环境岩长度的土所表现的电阻，单位为Q·m，是土体的固土工程试验。E—mail：cezhouwb@hotmail．COITI。有属性，可以用来表征土的导电特性。土电阻率主科学技术与工程14卷要取决于土的物质组成、结构和孔隙水特征。A卜探中，通常使用Wenner四

6、电级法测量大地电阻chiel14]最早提出了适用于饱和无黏性土、纯净砂岩率，如图2所示。A、B为供电电极，、Ⅳ为电压测的电阻率结构模型。Waxman等¨在Archie的模量电极，图中距离AM=MN=NB。定义视电阻型基础上作了修正，提出了适用于黏土的电阻率结率P即：Ar构模型。土体的电阻率受到很多因素的影响，如土P=K=KR(2)的物质组成、结构和孔隙水特征，其中主要影响因素有饱和度、孔隙水离子浓度、温度、土的类型与黏粒式(2)中R表示视电阻，其定义为电路中电压含量，。与电流的比值；K为电极形状系数，只与电极、日、1．2土的电阻率室内测试方法、Ⅳ的相互

7、空问位置关系有关；AU为M、Ⅳ两点的土体的电阻率测量是通过测得土体在一定电流电势差；，为电路中的供电电流。，下的电压降AV获得的。电阻率P表达式为冰RS、P=—一L=了一L(1){fⅡ式(1)中表示沿电流方向的土体长度；S表示垂直lⅢ彝于电流方向的截面面积。聚岛现有的土的电阻率测试方法按测量电极数量分主要有二电极法¨引[图1(a)]和四电极法n[图1÷(b)]。研究引表明，在饱和度较低的情况下，土体的体积含水率较低，二电极法测量结果中含有较大∞∞鲫加∞如∞如加Om的接触电阻的影响，而四电极法测量结果相对准确。因此，在试验条件允许的情况下，宜优先选取四电

8、图3土的颗分曲线极法。土体电阻率测量应使用交流电避免土体极化以2室内试验模型及双电层松弛的现象