CN110297015A - 一种基于高密度电阻率探测技术的滩海海堤缺陷检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于高密度电阻率探测技术的滩海海堤缺陷检测方法,在收集滩海海堤的结构图、分层结构图,并先对海堤进行外观检查,对被检测堤段的外观、防护结构和附属构筑物等的运行状况、可见的结构缺陷进行调查的基础上,对滩海海堤进行布线,并进行高密度电阻率测量,和对采集数据进行处理,再依据掏空空洞、脱空或塌陷缺陷的经验数据进行缺陷解释。本方案的有益效果可根据对上述方案的叙述得知,基于高密度电阻率探测技术,可实现掏空空洞、脱空、塌陷等结构缺陷的快速诊断、定位,成果图件直观,实施便捷、成本低,具有良好的技术优势与应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及环境监测领域,尤其涉及一种基于高密度电阻率探测技术的滩海海堤缺陷检测方法。
背景技术
滩海海堤是在滩海区域内,以土、砂、石、混凝土等为主要材料建成的实体构筑物,是滩海地区防洪御潮的重要屏障。由于滩海海堤处于海陆交互的复杂环境条件下,常年受潮汐、波浪等的冲刷,掏空空洞、塌陷等结构缺陷、隐患众多。在遇到风暴潮、海冰等自然灾害时,极易发生重大险情。对滩海海堤进行就结构缺陷检测,及时发现隐蔽缺陷,对于维护滩海海堤结构安全、保障陆上生产安全具有重要的意义。
目前用于滩海海堤缺陷检测的方法主要有人工探视和破损法。人工探视主要是进行外部表面检查,难以发现堤身及内部结构缺陷;破损法仅适用于单点检测,且具有破坏性、随机性和成本高等不足。为解决上述问题,需要选择适用于滩海海堤结构特点的内部结构缺陷无损检测方法。
发明内容
本发明是针对现有技术所存在的不足,基于高密度电阻率探测技术,可实现掏空空洞、脱空、塌陷等结构缺陷的快速诊断、定位,成果图件直观,实施便捷、成本低,具有良好的技术优势与应用前景的一种基于高密度电阻率探测技术的滩海海堤缺陷检测方法。
本发明的技术方案为:一种基于高密度电阻率探测技术的滩海海堤缺陷检测方法,在收集滩海海堤的结构图、分层结构图,并先对海堤进行外观检查,对被检测堤段的外观、防护结构和附属构筑物等的运行状况、可见的结构缺陷进行调查的基础上,对滩海海堤进行布线,并进行高密度电阻率测量,和对采集数据进行处理,再依据掏空空洞、脱空或塌陷缺陷的经验数据进行缺陷解释。
具体为,本发明提供了一种基于高密度电阻率探测技术的滩海海堤缺陷检测方法,包括以下步骤:
步骤1:资料收集:收集滩海海堤的结构图、分层结构图;
步骤2:滩海海堤外观检查:应先对海堤进行外观检查,对被检测堤段的外观、防护结构和附属构筑物等的运行状况、可见的结构缺陷进行调查;
步骤3:布置高密度电阻率测线:在外观检查的基础上,布置高密度电阻率测线;
步骤4:进行高密度电阻率测量;
步骤5:进行高密度电阻率数据处理;
步骤6:结构缺陷解释。
其中,所述步骤3包括:斜坡式、混合式滩海海堤测线应沿迎浪面堤肩布设一条测线,如有斜坡平台,平台中间应布设一条测线;直立式滩海海堤测线应靠近迎浪面堤肩、避开直立板桩布设一条测线。
所述步骤4包括:测量电极采用不极化电极,电极采用浇水处理或采用辅助接地装置,电极距缺陷详测采用0.5m~1m、结构普查采用1m~2m,一次排列长度60~120个电极,观测装置类型采用四极装置,采用1种或2种以上观测装置测量。
所述观测装置推荐使用温纳α装置、温纳β装置及温施装置。
所述单点测量时间0.5s~2.0s,测量周期1~3个,合理设置隔离系数使探测深度应保证深入堤基至少4m;设n为最大隔离系数,a为电极距,测线重叠长度按(3*n-1)*a确定。
一般情况下,电极距1m;120电极,最大隔离系数n≥20,即可满足要求。
所述步骤5高密度电阻率数据处理步骤包括坏点剔除、数据平滑和滤波、二维电阻率反演,迭代反演次数宜为4次~5次,最后获得精确的地下介质电阻率分布断面,设定“地下介质电阻率分布断面”简称“地电断面”;
二维电阻率反演基于圆滑约束最小二乘法。圆滑约束最小二乘法基于以下方程:
( J’J + uF )d = J’g
其中 F =fxfx’ + fzfz’
fx = 水平平滑滤波系数矩阵
fz = 垂直平滑滤波系数矩阵
J = 偏导数矩阵
J’ = J的转置矩阵
u = 阻尼系数
d = 模型参数修改矢量
g = 残差矢量
所述步骤6的结构缺陷解释包括有:一般情况下,滩海构筑物结构层自上而下依次为沥青/混凝土砼板层、灰土/砂/碎石层、填土层、原状沉积地层,在地电断面上呈现上层高阻、下层低阻特点;
出现掏空空洞、脱空或塌陷缺陷时,地电断面对应位置呈现高阻异常。高阻异常区的判断方法:对反演后电阻率数值进行横向比较,断面中某段高电阻率均值与周围低电阻率段的均值之比在3.0以上,判断该段为异常高阻区;
掏空空洞地电断面特征:掏空空洞地电断面特征高阻异常区呈现似圆形、似椭圆形;高阻异常区均值与周围低电阻率区均值之比大,一般可达10.0以上;高低阻等值线下凹明显;空洞的顶面大致位于高阻异常区的中心点;
砼板后脱空地电断面特征:掏空空洞地电断面特征高阻异常区呈现扁平状椭圆形;高阻异常区均值与周围低电阻率区均值之比大,一般可达10.0以上;高低阻等值线下凹不明显;脱空空洞中心点大致位于高阻异常区的中心点;
塌陷(塌陷松散体)地电断面特征:塌陷(塌陷松散体)地电断面形状特征跟掏空空洞类似,高阻异常区均值与周围低电阻率区均值之比相比掏空空洞要小,一般在3.0~5.0左右;高低阻等值线下凹明显。
所述步骤4的探测精度:可探测径深比≥0.5,且直径大于1a的缺陷;定位精度≤±1a。
本方案的有益效果可根据对上述方案的叙述得知,基于高密度电阻率探测技术,可实现掏空空洞、脱空、塌陷等结构缺陷的快速诊断、定位,成果图件直观,实施便捷、成本低,具有良好的技术优势与应用前景。
附图说明
图1为本方案的掏空空洞地电断面图(图中心图框为实际空洞形状);
图2为本方案的砼板后脱空地电断面图(图中图框为实际脱空形状);
图3为本方案的山东东营某滩海海堤高密度电阻率法探测的地电断面图。
具体实施方式
为能清楚说明本方案的技术特点,下面通过具体实施方式,对本方案进行阐述。
实施例一
本实施例是一种基于高密度电阻率探测技术的滩海海堤缺陷检测方法,包括以下步骤:
步骤1:资料收集:收集滩海海堤的结构图、分层结构图。
步骤2:滩海海堤外观检查:应先对海堤进行外观检查,对被检测堤段的外观、防护结构和附属构筑物等的运行状况、可见的结构缺陷进行调查。
步骤3:布置高密度电阻率测线:在外观检查的基础上,布置高密度电阻率测线;斜坡式、混合式滩海海堤测线应沿迎浪面堤肩布设一条测线,如有斜坡平台,平台中间应布设一条测线;直立式滩海海堤测线应靠近迎浪面堤肩、避开直立板桩布设一条测线。
步骤4:进行高密度电阻率测量,测量电极采用不极化电极,电极采用浇水处理或采用辅助接地装置,电极距缺陷详测采用0.5m~1m、结构普查采用1m~2m,一次排列长度60~120个电极,观测装置类型采用四极装置,采用1种或2种以上观测装置测量。
观测装置推荐使用温纳α装置、温纳β装置及温施装置。
单点测量时间0.5s~2.0s,测量周期1~3个,合理设置隔离系数使探测深度应保证深入堤基至少4m;设n为最大隔离系数,a为电极距,测线重叠长度按(3*n-1)*a确定。
可探测径深比≥0.5,且直径大于1a的缺陷;定位精度≤±1a。
一般情况下,电极距1m;120电极,最大隔离系数n≥20,即可满足要求。
步骤5:进行高密度电阻率数据处理,包括坏点剔除、数据平滑和滤波、二维电阻率反演,迭代反演次数宜为4次~5次,最后获得精确的地下介质电阻率分布断面,设定“地下介质电阻率分布断面”简称“地电断面”;
二维电阻率反演基于圆滑约束最小二乘法。圆滑约束最小二乘法基于以下方程:
( J’J + uF )d = J’g
其中 F =fxfx’ + fzfz’
fx = 水平平滑滤波系数矩阵
fz = 垂直平滑滤波系数矩阵
J = 偏导数矩阵
J’ = J的转置矩阵
u = 阻尼系数
d = 模型参数修改矢量
g = 残差矢量
步骤6:结构缺陷解释,包括有:一般情况下,滩海构筑物结构层自上而下依次为沥青/混凝土砼板层、灰土/砂/碎石层、填土层、原状沉积地层,在地电断面上呈现上层高阻、下层低阻特点;
出现掏空空洞、脱空或塌陷缺陷时,地电断面对应位置呈现高阻异常。高阻异常区的判断方法:对反演后电阻率数值进行横向比较,断面中某段高电阻率均值与周围低电阻率段的均值之比在3.0以上,判断该段为异常高阻区;
掏空空洞地电断面特征:掏空空洞地电断面特征如图1所示,高阻异常区呈现似圆形、似椭圆形;高阻异常区均值与周围低电阻率区均值之比大,一般可达10.0以上;高低阻等值线下凹明显;空洞的顶面大致位于高阻异常区的中心点;
砼板后脱空地电断面特征:掏空空洞地电断面特征如图2所示,高阻异常区呈现扁平状椭圆形;高阻异常区均值与周围低电阻率区均值之比大,一般可达10.0以上;高低阻等值线下凹不明显;脱空空洞中心点大致位于高阻异常区的中心点;
塌陷(塌陷松散体)地电断面特征:塌陷(塌陷松散体)地电断面形状特征跟掏空空洞类似,高阻异常区均值与周围低电阻率区均值之比相比掏空空洞要小,一般在3.0~5.0左右;高低阻等值线下凹明显。
实施例二
本实施例具体涉及一种基于高密度电阻率探测的滩海海堤缺陷检测方法。以山东东营某滩海海堤为例,对该滩海海堤某一段的缺陷检测方法包括以下步骤:
步骤1:资料收集,该滩海海堤为斜坡式结构,堤身高度4.0m;堤身纵向结构层自上而下依次为混凝土砼板(0.3m)、灰土层(0.2m)、粉土填土层(3.5m)、原状沉积地层。
步骤2:滩海海堤外观检查,对该海堤进行了外观检查,堤顶堤肩附近存在多处可见小空洞,护坡处多处修补或采取了抛石加固措施。
步骤3:布置高密度电阻率法测线,在可视缺陷段沿迎浪面堤肩布设1条测线。
步骤4:进行高密度电阻率法测量,高密度电阻率法测量参数:
测量电极采用了不极化电极并进行浇水处理,电极距1m,排列长度120个电极,观测装置类型采用温纳α装置,单点测量时间:0.5s,测量周期1,最大隔离系数20(实际探测深度达到10.5m)。
步骤5:数据处理,高密度电阻率原始数据经坏点剔除、数据平滑和滤波后进行二维电阻率反演,迭代反演次数5次,最后获得该段海堤的地电断面(图3)。
步骤6:结构缺陷解释,如图3所示为高密度电阻率法探测的成果图,由图可见:
a 埋深4m以下,电阻率≤2.0Ω·m,为原状沉积地层的响应;浅部0.75m以上,电阻率约20.0Ω·m~40.0Ω·m,为混凝土、灰土的响应;中间部分电阻率从2.0Ω·m到20.0Ω·m过渡,为粉土填土层的响应。
b ①号圆圈区域推测为浅部小空洞,此处高阻异常中心区电阻率平均值大于1000Ω·m,高低阻等值线下凹较明显。现场调查发现此处堤顶可见空洞露出的小孔(照片1)。
c ②、③、④扁平状方框区域推测为板后脱空,此处高阻异常区呈现扁平状,异常中心区电阻率平均值大于400Ω·m,高低阻等值线有一定的下凹(推测为脱空空洞厚度较大所致)。现场调查发现:②区域处堤顶可见脱空露出的小孔(照片2),④区域对应的护坡可见脱空空洞。
d ⑤-⑫方框区域推测为掏空所致塌陷(或塌陷形成的松散体),此处高低阻等值线下凹明显,但高阻异常区电阻率均值与周围低电阻率区均值之比相比掏空、脱空空洞要小,约为3~5倍。其中⑤、⑩、⑫区域局部还存在脱空缺陷(塌陷形成的上部脱空)。现场调查发现:⑤、⑪区域对应的原护坡已塌陷,并采取抛石加固措施;⑥、⑦、⑧、⑨、⑩区域对应护坡位置有维修痕迹;⑫区域对应的护坡底部可见较大面积砼板塌陷。
本次现场调查所发现的缺陷在高密度电阻率法探测的地电断面上均有异常显示。
本发明未经描述的技术特征能够通过或采用现有技术实现,在此不再赘述,当然,上述说明并非是对本发明的限制,本发明也并不仅限于上述举例,本技术领域的普通技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换,也应属于本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种基于高密度电阻率探测技术的滩海海堤缺陷检测方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤1:资料收集:收集滩海海堤的结构图、分层结构图;
步骤2:滩海海堤外观检查:应先对海堤进行外观检查,对被检测堤段的外观、防护结构和附属构筑物等的运行状况、可见的结构缺陷进行调查;
步骤3:布置高密度电阻率测线:在外观检查的基础上,布置高密度电阻率测线;
步骤4:进行高密度电阻率测量;
步骤5:进行高密度电阻率数据处理;
步骤6:结构缺陷解释。
2.根据权利要求1所述的一种基于高密度电阻率探测技术的滩海海堤缺陷检测方法,其特征在于,所述步骤3包括:斜坡式、混合式滩海海堤测线应沿迎浪面堤肩布设一条测线,如有斜坡平台,平台中间应布设一条测线;直立式滩海海堤测线应靠近迎浪面堤肩、避开直立板桩布设一条测线。
3.根据权利要求1或2所述的一种基于高密度电阻率探测技术的滩海海堤缺陷检测方法,其特征在于,所述步骤4包括:测量电极采用不极化电极,电极采用浇水处理或采用辅助接地装置,电极距缺陷详测采用0.5m~1m、结构普查采用1m~2m,一次排列长度60~120个电极,观测装置类型采用四极装置,采用1种或2种以上观测装置测量。
4.根据权利要求3所述的一种基于高密度电阻率探测技术的滩海海堤缺陷检测方法,其特征在于,所述观测装置推荐使用温纳α装置、温纳β装置及温施装置。
5.根据权利要求4所述的一种基于高密度电阻率探测技术的滩海海堤缺陷检测方法,其特征在于,所述单点测量时间0.5s~2.0s,测量周期1~3个,合理设置隔离系数使探测深度应保证深入堤基至少4m;设n为最大隔离系数,a为电极距,测线重叠长度按(3*n-1)*a确定。
6.根据权利要求5所述的一种基于高密度电阻率探测技术的滩海海堤缺陷检测方法,其特征在于,一般情况下,电极距1m;120电极,最大隔离系数n≥20,即可满足要求。
7.根据权利要求6所述的一种基于高密度电阻率探测技术的滩海海堤缺陷检测方法,其特征在于,所述步骤5高密度电阻率数据处理步骤包括坏点剔除、数据平滑和滤波、二维电阻率反演,迭代反演次数宜为4次~5次,最后获得精确的地下介质电阻率分布断面,设定“地下介质电阻率分布断面”简称“地电断面”;
二维电阻率反演基于圆滑约束最小二乘法。
8.圆滑约束最小二乘法基于以下方程:
( J’J + uF )d = J’g
其中 F =fxfx’ + fzfz’
fx = 水平平滑滤波系数矩阵
fz = 垂直平滑滤波系数矩阵
J = 偏导数矩阵
J’ = J的转置矩阵
u = 阻尼系数
d = 模型参数修改矢量
g = 残差矢量
根据权利要求7所述的一种基于高密度电阻率探测技术的滩海海堤缺陷检测方法,其特征在于,所述步骤6的结构缺陷解释包括有:掏空空洞地电断面特征:掏空空洞地电断面特征高阻异常区呈现似圆形、似椭圆形;高阻异常区均值与周围低电阻率区均值之比大,一般可达10.0以上;高低阻等值线下凹明显;空洞的顶面大致位于高阻异常区的中心点;
砼板后脱空地电断面特征:掏空空洞地电断面特征高阻异常区呈现扁平状椭圆形;高阻异常区均值与周围低电阻率区均值之比大,一般可达10.0以上;高低阻等值线下凹不明显;脱空空洞中心点大致位于高阻异常区的中心点;
塌陷(塌陷松散体)地电断面特征:塌陷(塌陷松散体)地电断面形状特征跟掏空空洞类似,高阻异常区均值与周围低电阻率区均值之比相比掏空空洞要小,一般在3.0~5.0左右;高低阻等值线下凹明显。
9.根据权利要求8所述的一种基于高密度电阻率探测技术的滩海海堤缺陷检测方法,其特征在于,所述步骤4的探测精度:可探测径深比≥0.5,且直径大于1a的缺陷;定位精度≤±1a。
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
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