CN102621191B - 一种检测高聚物防渗墙的电测量方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种检测高聚物防渗墙的电测量装置及方法，用于检测堤坝防渗加固工程中超薄型高聚物防渗墙埋深等注浆状态，通过埋设于地表的一对电流电极A和B向地下发射交替直流电流，然后测量放置于钻孔中的另一对电位电极M和N之间由电流电极的供电而形成的电位差；该电位差由各电极间的位置关系，供电电流强弱和堤坝以及自然地层的电阻率决定，根据电位差的空间分布推测高聚物防渗墙的埋深。本发明所提供的检测装置成本低、快捷、方便，检测方法简单可靠，解决了现有堤坝防渗加固工程中的不足。

Description

一种检测高聚物防渗墙的电测量方法及装置

技术领域

本发明涉及的是一种岩土工程检测，特别是高聚物防渗墙(低导电性材料)的埋深检测，属于岩土工程领域。

背景技术

以双组份发泡聚氨醋为代表的非水反应类高聚物注浆材料，具有环保安全、反应速度可控、膨胀率高、防水抗渗、耐久性好等特点，已成为一种综合性能优良的高聚物注浆材料。以这种材料为基础的高聚物注浆技术，通过向地基中注射双组份高聚物材料，利用高聚物材料发生化学反应后体积迅速膨胀并固化的特性，达到加固地基、填充脱空、提升地板或堵漏防渗的目的。近年来，高聚物注浆技术的研究与应用在我国受到日益广泛的重视，在高速公路、隧道、桥梁、堤防、大坝等基础设施维修加固方面显示出广阔的发展前景。

国内外关于高聚物注浆材料力学特性、电学特性、磁学特性的试验研究成果十分有限，目前尚未见到关于检测高聚物防渗墙注浆效果的研究成果报导。

发明内容

本发明针对上述现有技术中存在的技术问题，提供一种检测高聚物防渗墙的电测量方法及装置，用于检测堤坝防渗加固工程中超薄型高聚物防渗墙埋深，本发明所提供的检测装置成本低、快捷、方便，检测方法简单可靠，解决了现有堤坝防渗加固工程中的不足。

为实现上述发明目的，本发明所采用的技术方案如下：

一种检测高聚物防渗墙的电测量装置，包括：埋设于地表的一对电流电极A和B，放置于防渗墙旁设置的钻孔中的另一对电位电极M和N，所述电流电极向地下发射交替直流电流，从而使所述电位电极之间形成电位差；所述电位电极可通过一电极提升装置来改变其在钻孔中的深度。

所述电流电极是通过电阻率法勘探仪器向地下发送交替直流电流并能同时精密测量电流强度和电位差。

所述电流电极A埋设于防渗墙的无钻孔一侧的坝坡或坝顶位置，所述电流电极B埋设于离开电流电极A的距离大于钻孔深度10倍的地表上。

所述钻孔深度大于预计防渗墙埋深1米以上。

在所述钻孔的深度较深时，配置非导电材料的筛管，以保护钻孔不坍塌，且钻孔用泥水充满。

在所述电位电极M和N上，用两条有绝缘保护外层的导线分别连接于两电极上并与提升用绳索一起引出钻孔外。

利用上述的检测高聚物防渗墙的电测量装置的测量方法，包括步骤如下：

步骤一、在防渗墙旁设置钻孔，钻孔深度大于预计防渗墙埋深1米以上；

步骤二、钻孔底布设两个电位电极M和N；

步骤三、在地表埋设一对电流电极A和B，A电极埋设在防渗墙的无钻孔一侧的坝坡或坝顶位置，B电极埋设在远处，离开A电极的距离大于钻孔深度10倍以上的位置；

步骤四、用测量仪器通过A、B两电极向地下发射100mA以上的正负交替直流电流，同时测量和记录电流强度以及M、N电极之间的电位差；

步骤五、测量完毕后，通过电极提升装置将M、N电极按照检测精度要求提升，进行下一个深度点的测量，如此重复直至所需要的最小检测深度位置；在整个测量过程中M、N之间的距离保持固定不变，A、B的位置保持固定不变；

步骤六、对测量结果进行整理，求出视电阻率及电阻率变化，沿深度画成曲线，得出高聚物防渗墙的埋深。

所述步骤六中，如果近似地把电极B看作在无穷远处，令电极A、M和A、N间的距离分别为L_AM、L_AN，则电位电极N、M之间的电位差可用下式表达：

其中，ΔU为电位差，ρ_AM和ρ_AN分别代表AM、AN之间的视电阻率、R＝ΔU/I为用通电电流标准化后的电位差，亦即视电阻抗差；把测量得到的电位差用通电电流标准化后，沿钻孔深度画成曲线，曲线的最大值对应的深度就是防渗墙的埋深。

由于从防渗墙的材料物性参数看，高聚物注浆材料弹性模量与堤坝材料(砂土/粘土)相近，而导电性参数与堤坝材料(砂土/粘土)的差别最大，所以采用电参数测试法对防渗墙进行检测是一种可行的检测方法。本发明是根据堤坝中各类岩土体及高聚物防渗墙的导电性的差异，通过对测量分析含高聚物防渗墙堤坝中电阻率的分布变化，查明高聚物防渗墙空间分布(注浆深度)。该方法通过埋设于地表的一对电流电极A和B向地下发射交替直流电流，然后测量放置于钻孔中的另一对电位电极M和N之间由电流电极的供电而形成的电位差。该电位差由各电极间的位置关系(称为电极排列或电极组合)，供电电流强弱和堤坝以及自然地层的电阻率决定，根据本发明方法从电位差的空间分布推测高聚物防渗墙的埋深。在供电电流稳定不变时，亦可直接从该电位差的空间分布推测高聚物防渗墙的埋深。

附图说明：

图1是本发明所提供的单孔电阻率测井法示意图；

图2是钻孔中配置的筛管示意图；

图3(a)是钻孔内电极布设示意图；

图3(b)是图3(a)剥去绝缘外层的电极布设示意图；

图4是采用本发明测量方法检测试验的实测结果。

具体实施方式：

以下结合附图对本发明所提供的技术方案做一详细的描述：

图1是本发明的测量方法示意图。该方法在防渗墙1旁设置钻孔2，钻孔2内布设两个电位电极M和N。另外两个电流A和B布设在孔外。探测时，电流电极A和B通过测量仪器3向地下发送交替直流交替电流(矩形波)并同时精密测量电流强度和电位电极M和N上的电位差。记录下发射的电流量和测得的电位差的数值。然后通过电极提升装置4向上移动孔内电极M和N。如此重复，直至地面附近。然后对测量结果进行整理，求出视电阻率及电阻率变化，沿深度画成曲线。由于防渗墙是近于绝缘体，有防渗墙的地方，视电阻率很大，没有的地方会很小，所以防渗墙的深度从结果曲线上一目了然。

钻孔的位置设置在离防渗墙0.5米左右处。钻孔深度大于预计防渗墙埋深1米以上。钻孔较深时配置非导电材料的筛管5，如PVC管。如图2所示，筛孔6间距0.05米左右，以保护钻孔不坍塌，钻孔用泥水充满。

电位电极M和N放置在孔中相距0.3米左右的位置。如图3(a)和图3(b)所示，用四条(两条备用)有绝缘保护外层的导线(六芯电缆，技术规格：容许电压220V以上，容许电流1A以上)分别连接于四个电极(两个备用，用铜质或铝质或其他防锈导电裸线缠绕数圈或用宽10～20mm的金属箍)上(剥去电缆的绝缘外皮，用螺丝或焊接方法把电缆与电极固定)并与提升用绳索(长度约20米)一起引出钻孔外。为加重电极重量，底部灌注水泥，外皮用有一定强度粗细适中的非导电材料制作(塑料水管等)。

电流电极A埋设在防渗墙的另一侧(无钻孔一侧)的坝坡或坝顶等适当位置，另一电流电极B埋设在远处，离开A电极的距离相当于钻孔深度10倍以上的位置。

测量时，先将电位电极M、N放至孔底，由测量仪器4通过电流电极A、B向地下发射约100mA或更强的正负交替直流电流，用仪器同时测量和记录电流强度以及M、N电极之间的电位差。测量完毕后，通过提升装置将M、N电极提升0.2米(视检测精度要求而定，一般为0.1～0.5米)，进行下一个深度点的测量，如此重复直至所需要的最小检测深度位置。在整个测量过程中M、N之间的距离保持固定不变，A、B的位置保持固定不变。

对上面测量结果进行数据分析：在上述的电极组合中，如果近似地把B电极看作在无穷远处，令A、M和A、N间的距离分别为L_AM、L_AN，则电位电极N、M之间的电位差可用下式表达：

其中，ΔU为电位差，ρ_AM和ρ_AN分别代表AM、AN之间的视电阻率、R＝ΔU/I为用通电电流标准化后的电位差，亦即视电阻抗差。由于相对于A电极的距离(通常有数米远)，MN之间的距离(通常0.3米左右)可忽略不计，可以用A电极到MN两电极中间点的距离L近似地代替L_AM和L_AN。当钻孔较浅，同时A电极的距离较大时，L变化不大，用通电电流标准化后的电位差仅取决于AM、AN之间的视电阻率之差。当MN两电极同时位于无防渗墙或有防渗墙的孔段内时，ρ_AM和ρ_AN近似相等，测量值接近于零，但是，当两电极中之一位于无防渗墙的孔段，而另一电极位于有防渗墙的孔段时，由于防渗墙的导电性与堤坝材料差别很大，测量值会很大。因此，按照图4所示，把测量得到的电位差用通电电流标准化后，沿钻孔深度画成曲线，曲线的最大值对应的深度就是防渗墙的埋深。如果A电极离得较近，或者钻孔较深，沿钻孔深度方向L变化较大，可以根据各电极之间的实际的几何关系，计算L的大小以进行校正。

Claims (6)

1.一种检测高聚物防渗墙的电测量装置的测量方法，包括步骤如下：

步骤一、在防渗墙旁设置钻孔，钻孔深度大于预计防渗墙埋深1米以上；

步骤二、钻孔底布设两个电位电极M和N；

步骤三、在地表埋设一对电流电极A和B，A电极埋设在防渗墙的无钻孔一侧的坝坡或坝顶位置，B电极埋设在远处，离开A电极的距离大于钻孔深度10倍以上的位置；

步骤四、用测量仪器通过A、B两电极向地下发射100mA以上的正负交替直流电流，同时测量和记录电流强度以及M、N电极之间的电位差；

步骤五、测量完毕后，通过电极提升装置将M、N电极按照检测精度要求提升，进行下一个深度点的测量，如此重复直至所需要的最小检测深度位置；在整个测量过程中M、N之间的距离保持固定不变，A、B的位置保持固定不变；

步骤六、对测量结果进行整理，求出视电阻率及电阻率变化，沿深度画成曲线，从电位差的空间分布推测高聚物防渗墙的埋深；

所述步骤六中，如果近似地把电极B看作在无穷远处，令电极A、M和A、N间的距离分别为L_AM、L_AN，则电位电极N、M之间的电位差可用下式表达：

$\mathrm{\ΔU}=\frac{I}{2\mathrm{\π}}(\frac{{\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{AM}}}{L_{\mathrm{AM}}}-\frac{{\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{AN}}}{L_{\mathrm{AN}}})$

$R=\frac{\mathrm{\ΔU}}{I}=\frac{I}{2\mathrm{\π}}(\frac{{\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{AM}}}{L_{\mathrm{AM}}}-\frac{{\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{AN}}}{L_{\mathrm{AN}}})\≅\frac{I}{2\mathrm{\πL}}({\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{AM}}-{\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{AN}})$

其中，ΔU为电位差，ρ_AM和ρ_AN分别代表AM、AN之间的视电阻率、R＝ΔU/I为用通电电流标准化后的电位差，亦即视电阻抗差；由于相对于A电极的距离，MN之间的距离通常0.3米左右忽略不计，用A电极到MN两电极中间点的距离L近似地代替L_AM和L_AN，当钻孔较浅，同时A电极的距离较大时，L变化不大，用通电电流标准化后的电位差仅取决于AM、AN之间的视电阻率之差；当MN两电极同时位于无防渗墙或有防渗墙的孔段内时，ρ_AM和ρ_AN近似相等，测量值接近于零，但是，当两电极中之一位于无防渗墙的孔段，而另一电极位于有防渗墙的孔段时，由于防渗墙的导电性与堤坝材料差别很大，测量值会很大；把测量得到的电位差用通电电流标准化后，沿钻孔深度画成曲线，曲线的最大值对应的深度就是防渗墙的埋深，如果A电极离得较近，或者钻孔较深，沿钻孔深度方向L变化较大，根据各电极之间的实际的几何关系，计算L的大小以进行校正；

该方法使用如下的一种检测高聚物防渗墙的电测量装置，包括：埋设于地表的一对电流电极A和B，放置于防渗墙旁设置的钻孔中的另一对电位电极M和N，所述电流电极向地下发射交替直流电流，从而使所述电位电极之间形成电位差；所述电位电极可通过一电极提升装置来改变其在钻孔中的深度。

2.根据权利要求1所述的检测高聚物防渗墙的电测量装置的测量方法，其特征在于，所述电流电极是通过电阻率法勘探仪器向地下发送交替直流电流并能同时精密测量电流强度和电位差。

3.根据权利要求1所述的检测高聚物防渗墙的电测量装置的测量方法，其特征在于，所述电流电极A埋设于防渗墙的无钻孔一侧的坝坡或坝顶位置，所述电流电极B埋设于离开电流电极A的距离大于钻孔深度10倍的地表。

4.根据权利要求1所述的检测高聚物防渗墙的电测量装置的测量方法，其特征在于，所述钻孔深度大于预计防渗墙埋深1米以上。

5.根据权利要求4所述的检测高聚物防渗墙的电测量装置的测量方法，其特征在于，在所述钻孔的深度较深时，配置非导电材料的筛管，且钻孔用泥水充满。

6.根据权利要求1所述的检测高聚物防渗墙的电测量装置的测量方法，其特征在于，在所述电位电极M和N上，用两条有绝缘保护外层的导线分别连接于两电极上并与提升用绳索一起引出钻孔外。