CN111721830A - 基于三维层析成像的航道整治坝体内部侵蚀探测、监测与预警方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于三维层析成像的航道整治坝体内部侵蚀探测、监测与预警方法。该方法包括布设网状电势探测井、连接布设测量装置、测量待测区域自然电位、测量探测电极电压和电流、测量电势响应、进行探测区域三维非均质结构反演、实时探测与反馈等步骤。该方法利用电极孔测得的电阻率变化数据可以进行高效的非均质结构电阻率层析扫描，并通过实时反馈航道整治坝体内部侵蚀情况，提供坝体潜在危险预警，应用于内河航道整治建筑物维护管理。
Description
技术领域
本发明涉及航道整治建筑物隐患勘探领域，具体涉及一种基于 三维层析成像的航道整治坝体内部侵蚀探测、监测与预警方法。
背景技术
内河航运由于低能耗、低污染和低成本的低碳优势，得到国家 较大重视，快速发展，其中坝体类航道整治建筑物，如丁坝、顺坝 等作为保障内河航道安全通畅的设施，有着不可替代的重要作用， 每年都有大量资金投入进行建设。但在山区特殊的地形和地质条件下，山区河流流速大、流态紊乱等特点，使得航道整治坝体在长期 的使用过程中很容易发生水毁现象，尤其内部侵蚀破坏，无法利用 传统方法进行探测，严重影响航道整治坝体的安全稳定，对内河航 运造成重大的影响。因此，对于内河航道整治坝体内部隐患的探测 在内河航道的运行管理中是不可或缺的重要环节。
然而，由于这些破坏往往发生在整治建筑坝体内部，且航道整 治建筑物的部分结构被沙土埋没或者被水淹没，难以采用直接观察 或表面探测的方式了解航道整治坝体内部的侵蚀情况,是一个亟待 解决的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于三维层析成像的航道整治坝体内 部侵蚀探测、监测与预警方法。
为实现本发明目的而采用的技术方案是这样的，基于三维层析 成像的航道整治坝体内部侵蚀探测、监测与预警方法，包括以下步 骤：
1)在航道整治坝体上选取探测区域，在探测区域钻取若干呈网 状分布的电势探井；钻取所述电势探井过程中采集不同深度的土样， 测量土体的孔隙度、电阻率、含水率和渗透系数，作为前期勘探数 据；
2)在每个所述电势探井内布设若干探测电极，若干探测电极沿 电势探井的长度方向间隔布设，将每个探测电极与探测装置连接； 其中，所述探测装置包括相互连接的电位探测仪器和放电电池箱；
3)采用所述电位探测仪器测量待测区域的自然电位值，并选定 零势点，将探测过程中放电的负极以及电势测量的负极统一连接至 零势点；
4)随机选取若干所述探测电极，放电电池箱依次对每个探测电 极进行试放电，电位探测仪器对其它探测电极上的电势进行探测； 试放电电压进行由低到高的调试，放电电压选值不超过电势测量量 程的80％；待一轮次试放电结束后，对每次放电条件测量电极的电势 响应进行统计，依据测量的电势值对下一轮放电电压进行调节；其 中，若测量的电势响应的最大值达到了电势测量量程的80％，或50％ 以上的测量电极都有电势响应，即选定本轮次的试放电电压为正式 探测的放电电压值；
5)根据放电、测量计划，所述放电电池箱依次对计划的探测电 极按正式探测的放电电压值进行放电，电位探测仪器检测其余探测 电极的电势响应，测量探测电极与零势点之间的电流值；
6)利用所述电位探测仪器采集到的测量数据，建立探测区域静 电场三维正、反分析模型，利用连续线性估计算法对探测区域进行 三维成像；
7)结合电阻率在地层中的三维分布规律，以及探测区域外的地 层参数与电阻率之间的对应关系，分析航道整治坝体三维结构反演 结果，并识别坝体内部侵蚀的位置及规模；
8)每隔一周开展一次航道整治坝体内部侵蚀探测，从而实现内 部侵蚀的监测，根据历次探测得到的内部侵蚀结构变化，对侵蚀位 置及规模的变化进行评估，进而对坝体失稳破坏进行预警。
进一步，步骤6)包括以下步骤：
6.1)根据步骤1)中的前期勘探数据，推算出地层电阻率的均值、 方差和尺度参数；
6.2)根据探测区域实际结构及尺寸建立坝体数值模型网格，并 将电阻率的均值赋予每一个网格内，赋予整个模型电阻率方差和尺 度，设置边界条件，输入放电方式，获取探测区域三维静电场正分 析模型，获得每一次放电计划下每个探测位置在估计参数条件下的 电阻率，并利用连续线性估计算法计算相对应的电压电流值；
6.3)利用连续线性估计算法对探测区域内待估点的电阻率值进 行估计，未知电阻率的迭代计算公式为：
式中，uc为待估的探测区域电阻率参数向量，uc (r+1)为参数向量 uc在第r+1次的条件估计值，其中r＝0时，uc (0)为参数向量初始条件 估计值，来源于步骤6.2)正分析的结果以及前期勘探数据；d*为每 次放电接收试验作用下电压电流的观测值，d(r)为利用三维电场正分 析模型的模拟值，T为转置，权重系数矩阵ω计算公式为：
[εdd+λdiag(εdd)]ω＝εdu (2)
其中，εdd是观测数据之间的协方差矩阵，εdu为观测数据与参数 之间的协方差矩阵，λ为Levenberg-Marquardt算法动态乘子，diag() 运算符代表取对角阵；协方差由敏感度得到：
式中，Jdu是电压电流观测数据对探测区域电阻率变化的敏感度 矩阵，参数协方差矩阵εuu在r＝0时由前期勘探数据给出，随后每次 迭代按照下式逐步更新：
6.4)重复式(1)的迭代过程，直至得到的参数估计值条件下得 到的计算值与探测值之差小于0.1％时停止迭代，当计算值与探测值 之差无法小于0.1％时，迭代步数达到预设值即停止迭代。
进一步，步骤7)中，探测区域外的地层参数为含水率和孔隙度， 该地层参数的获取包括以下步骤：
7.1)根据坝体内堆料，制备不同孔隙度的试样，并真空饱和24 小时后，测量含水量，推算各饱和试样含水率，并获得孔隙率-含水 率曲线，含水率计算公式为：
式中，ω为含水率，mw为含水量，m为试样湿重；
7.2)基于欧姆法，利用直流电源箱和直流电流表，测量各饱和 试样电阻值，推算电阻率，获得不同含水率情况下电阻率关系曲线， 即含电阻率-含水率曲线，电阻率计算公式为：
式中，R为电阻值，V为直流电压值，A为直流电流值；ρ为 电阻率，L为试样高度，D为试样直径。
进一步，若干所述电势探井包括竖直井和斜井，竖直井和斜井 的深度均贯穿航道整治坝体的基础。
进一步，采用泥浆或水泥浆将所述探测电极并井灌实，同一个 电势探井内相邻两个探测电极之间的距离小于等于50cm。
进一步，步骤4)或5)中，所述放电电池箱为直流电源。
本发明的技术效果是毋庸置疑的，利用基于电刺激-响应的三维 层析扫描方法，通过考虑探测区域实际物理变化过程的反演迭代过 程，刻画待测坝体区域地层地质参数，实现坝体非均质结构三维成 像，得到关于航道整治坝体内部的侵蚀情况，提供较为可靠的探测、 监测、预警技术。相较于现有成像技术，正、反演分析过程中可根 据实际情况自适应调整模型网格，节约计算资源；并且反演结果更 趋近真实情况，能够实时反馈探测区域侵蚀情况。
附图说明
图1为本发明方法的工作流程图；
图2为探测区域及电势探井示意图；
图3求解域及网格划分；
图4电阻率层析扫描迭代过程曲线；
图5不同迭代次数下坝内渗透系数分布情况；
图6真实值-模拟值拟合曲线；
图7真实侵蚀状态与模拟侵蚀状态对比。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明，但不应该理解为本 发明上述主题范围仅限于下述实施例。在不脱离本发明上述技术思 想的情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段，做出各种替换 和变更，均应包括在本发明的保护范围内。
实施例1：
本实施例公开了一种基于三维层析成像的航道整治坝体内部侵 蚀探测、监测与预警方法，参见图1,为该方法的流程图，具体包括 以下步骤：
1)在航道整治坝体表面及附近区域选取探测区域，在探测区域 钻取若干电势探井，若干电势探井呈网状分布；其中，参见图2，若 干所述电势探井包括竖直井和斜井，竖直井和斜井的深度均贯穿航 道整治坝体的基础；所述电势探井的直径为20-75mm,以减小对坝体 结构的影响；钻取所述电势探井过程中采集不同深度的土样，测量 土体的孔隙度、电阻率、含水率和渗透系数，作为前期勘探数据；
2)每个所述电势探井内布设若干探测电极，若干探测电极沿电 势探井的长度方向间隔布设，采用泥浆或水泥浆将所述探测电极并 井灌实，以确保电极与周围坝体的良好接触,同一个电势探井内相邻 两个探测电极之间的距离小于等于50cm；所有所述探测电极均与探 测装置连接,探测电极同时具备电流信号的发射与接收功能；所述 探测装置包括相互连接的电位探测仪器和放电电池箱，放电电池箱 为直流电源；
3)采用所述电位探测仪器测量待测区域的自然电位值，并挑选 某个电极或探测区域较远位置为零势点，将探测过程中放电的负极 以及电势测量的负极统一连接至零势点；
4)在已设置的所述探测电极中，均匀的挑选少量电极，放电电 池箱依次对挑选出的每个探测电极进行试放电，电位探测仪器对其 它探测电极上的电势进行探测；试放电初始电压采用较低电压值， 再由低到高的调试，放电电压选值不超过电势测量量程的80％；待一 轮次试放电结束后，对每次放电条件测量电极的电势响应进行统计， 如果测量的电势值较小，则调大放电电压进行下一轮次预放电。其 中，若测量的电势响应的最大值达到了电势测量量程的80％，或50％ 以上的测量电极都有电势响应，即选定本轮次的试放电电压为正式 探测的放电电压值；
5)根据放电、测量计划，依次对计划的探测电极按正式探测的 的放电电压值进行放电，电位探测仪器检测其余探测电极的电势响 应，测量探测电极与零势点之间的电流值；
6)根据所述电位探测仪器采集到的测量数据，建立探测区域静 电场三维正、反分析模型，利用连续线性估计算法对探测区域进行 三维成像；具体包括以下步骤：
6.1)根据前期勘探数据，给出地层电阻率的均值、方差和相关 尺度等参数；
6.2)根据探测区域实际结构及尺寸建立坝体数值模型网格，并 将电阻率的均值赋予每一个网格内，赋予整个模型电阻率方差和相 关尺度，设置边界条件，输入放电方式，获取探测区域三维静电场 正分析模型，获得每一次放电计划下每个探测位置在估计参数条件 下的电阻率，并利用连续线性估计算法计算相对应的电压电流值。
6.3)利用连续线性估计算法对探测区域内待估点的电阻率值进 行估计，未知电阻率的迭代计算公式为：
式中，uc为待估的探测区域电阻率参数向量。uc (r+1)为参数向量 uc在第r+1次的条件估计值，r＝0的参数来源于步骤6.2)正分析的结 果以及前期勘探数据。d*为每次放电接收试验作用下电压电流的观 测值，d(r)为利用三维电场正分析模型的模拟值，ω(r)T为第r次估计 权重系数矩阵的转置矩阵，T为转置符号，权重系数矩阵ω计算公式 为：
[εdd+λdiag(εdd)]ω＝εdu (2)
其中，εdd是观测数据之间的协方差矩阵，而εdu是观测数据与 参数之间的协方差矩阵。λ是Levenberg-Marquardt算法动态乘子，而 diag()运算符代表取对角阵。协方差由敏感度得到：
式中，Jdu是电压电流观测数据对探测区域电阻率变化的敏感度 矩阵，参数协方差矩阵εuu在r＝0时由先验地质信息给出，随后每次 迭代按照下式逐步更新：
6.4)重复式(1)的迭代过程，直至得到的参数估计值条件下得 到的计算值与探测值之差小于0.1％时停止迭代，当计算结果不能满 足误差要求时，则根据预先设置的迭代步数来判断迭代是否结束。
7)结合电阻率在地层中的三维分布规律，以及探测区域外的地 层参数与电阻率之间的对应关系，分析航道整治坝体三维结构反演 结果，并识别坝体内部侵蚀的位置及规模；其中，探测区域外的地 层参数为含水率和孔隙度，通过室内试验研究它们与电阻率之间的 关系，包括以下步骤：
7.1)根据坝体内堆料，制备不同孔隙度的试样，并真空饱和24 小时后，测量含水量，推算各饱和试样含水率，并获得孔隙率-含水 率曲线。含水率计算公式为：
式中，ω为含水率，mw为含水量，m为试样湿重。
7.2)基于欧姆法，利用直流电源箱和直流电流表，测量各饱和 试样电阻值，推算电阻率，获得不同含水率情况下电阻率关系曲线， 即含电阻率-含水率曲线。电阻率计算公式为：
式中，R为电阻值，V为直流电压值，A为直流电流值；ρ为 电阻率，L为试样高度，D为试样直径。
7.3)综合分析孔隙率-含水率曲线、电阻率-含水率曲线，可知 孔隙度和电阻率呈正相关关系，即非均质三维结构某区域内电阻率 值越大，该区域内孔隙度也越大，被侵蚀的程度也越严重。
8)每隔一周的时间开展一次航道整治坝体内部侵蚀探测，从而 实现内部侵蚀的监测，根据历次探测得到的内部侵蚀结构变化，对 侵蚀位置及规模的变化进行评估，进而对坝体失稳破坏进行预警。
实施例2：
本实施例选用的航道整治坝体为一内河航道下挑丁坝，其坝顶 顶宽为3m、顶长为10m、迎、背水面坡比均为1:1.5，坝高为5m， 坝头、坝根坡比均为1:2.5。将该坝体表面及附近区域划为待探测区 域，并坝顶纵向间距2m、横向间距1m布置探测井网，且坝顶四周为 间距50mm双排井,如图2所示。其中，中间区域设置为竖直井，边 缘基于坡比设置为45°斜井，直径50mm，井深超过坝基0.5m，并直 井内间距0.5m、斜井间距0.25m，埋设电势探测电极，再灌浆处理。
通过一系列放电-响应试验，利用获得的测量数据进行数值建 模，刻画研究区域内渗透系数分布情况，从而反映坝内是否存在潜 伏侵蚀。建模过程以丁坝某一横断面为例，假设研究区域左右两侧 为水头边界，且左边界水头高于右边界水头,即左为迎水面右为背水 面。在边界围成的求解域内进行单元网格划分，网格为正方形，尺 度为0.25m×0.25m，共计得到了有限计算网格843个，并在求解域 中共计布置了80个探测电极、编号，并预设了8次放电-接收试验 方案，具体布置情况如图3所示。
求解域建立及网格划分完成后，根据实测数据，给定了模型初 始条件、边界条件，规定了模拟航道整治建筑物内部构造的相关参 数，并人工设置一潜伏侵蚀区域，进行模型计算。获得层析扫描的 迭代过程曲线如图4所示，由图可知，共计13次迭代计算，且在第 13次迭代后研究区域的不确定性都在误差允许范围内，即说明整体 计算结果的收敛性较好。图5为不同迭代次数下坝内渗透系数分布 情况，反映潜伏侵蚀逐渐被反演出来的一个过程，其中，5a为第1 次迭代，5b为第8次迭代，5c为第10次迭代，5d为第13次迭代。
图6为真实值-模拟值拟合曲线，横坐标为真实值，纵坐标为模 拟值，为一条斜率趋近于1的直线，即说明模拟结果较好，能够较 好地反映出坝体内潜伏侵蚀区域。如图7所示，7a为真实侵蚀区域 分布，7b为反演得到的侵蚀区域分布，对比反分析可得，模拟结果能够反映坝体内部侵蚀情况，且与实际状况较符合。
根据上述，利用探测获得数据对所有坝体布井横断面、纵断面、 水平剖面进行数值模拟，获得整个研究区域潜伏侵蚀情况。并每隔 一段时间对坝体层析扫描、数值建模，进行航道整治坝体内部侵蚀 发育状况监测，实时反馈丁坝潜在危险。
值得说明的是，三维层析扫描技术是利用有限的探测数据反演 得到结构内部非均质构造的先进手段。通过对比分析，可以看出利 用电极孔测得的电阻率变化数据可以进行高效的非均质结构电阻率 层析扫描，得到的结果相较于传统的探测方式，在准确定位、实时 反馈等方面有较大的提升。
Claims (6)
1.基于三维层析成像的航道整治坝体内部侵蚀探测、监测与预警方法，其特征在于：包括以下步骤：
1)在航道整治坝体上选取所述探测区域，在探测区域钻取若干呈网状分布的电势探井；钻取所述电势探井过程中采集不同深度的土样，测量土体的孔隙度、电阻率、含水率和渗透系数，作为前期勘探数据。
2)在每个所述电势探井内布设若干探测电极，若干探测电极沿电势探井的长度方向间隔布设，将每个探测电极与探测装置连接；其中，所述探测装置包括相互连接的电位探测仪器和放电电池箱；
3)采用所述电位探测仪器测量待测区域的自然电位值，并选定零势点，将探测过程中放电的负极以及电势测量的负极统一连接至零势点；
4)随机选取若干所述探测电极，放电电池箱依次对每个探测电极进行试放电，电位探测仪器对其它探测电极上的电势进行探测；试放电电压进行由低到高的调试，放电电压选值不超过电势测量量程的80％；待一轮次试放电结束后，对每次放电条件测量电极的电势响应进行统计，依据测量的电势值对下一轮放电电压进行调节；其中，若测量的电势响应的最大值达到了电势测量量程的80％，或50％以上的测量电极都有电势响应，即选定本轮次的试放电电压为正式探测的放电电压值；
5)根据放电、测量计划，所述放电电池箱依次对计划的探测电极按正式探测的放电电压值进行放电，电位探测仪器检测其余探测电极的电势响应，测量探测电极与零势点之间的电流值；
6)根据所述电位探测仪器采集到的测量数据，建立探测区域静电场三维正、反分析模型，利用连续线性估计算法对探测区域进行三维成像；
7)结合电阻率在地层中的三维分布规律，以及探测区域外的地层参数与电阻率之间的对应关系，分析航道整治坝体三维结构反演结果，并识别坝体内部侵蚀的位置及规模；
8)每隔一周开展一次航道整治坝体内部侵蚀探测，从而实现内部侵蚀的监测，根据历次探测得到的内部侵蚀结构变化，对侵蚀位置及规模的变化进行评估，进而对坝体失稳破坏进行预警。
2.根据权利要求1所述的基于三维层析成像的航道整治坝体内部侵蚀探测、监测与预警方法，其特征在于：步骤6)包括以下步骤：
6.1)根据步骤1)中的前期勘探数据，推算出地层电阻率的均值、方差和尺度参数；
6.2)根据探测区域实际结构及尺寸建立坝体数值模型网格，并将电阻率的均值赋予每一个网格内，赋予整个模型电阻率方差和尺度，设置边界条件，输入放电方式，获取探测区域三维静电场正分析模型，获得每一次放电计划下每个探测位置在估计参数条件下的电阻率，并利用连续线性估计算法计算相对应的电压电流值；
6.3)利用连续线性估计算法对探测区域内待估点的电阻率值进行估计，未知电阻率的迭代计算公式为：
式中，uc为待估的探测区域电阻率参数向量，uc (r+1)为参数向量uc在第r+1次的条件估计值，其中r＝0时，uc (0)为参数向量初始条件估计值，来源于步骤6.2)正分析的结果以及前期勘探数据；d*为每次放电接收试验作用下电压电流的观测值，d(r)为利用三维电场正分析模型的模拟值，T为转置，权重系数矩阵ω计算公式为：
[εdd+λdiag(εdd)]ω＝εdu (2)
其中，εdd是观测数据之间的协方差矩阵，εdu为观测数据与参数之间的协方差矩阵，λ为Levenberg-Marquardt算法动态乘子，diag()运算符代表取对角阵；协方差由敏感度得到：
式中，Jdu是电压电流观测数据对探测区域电阻率变化的敏感度矩阵，参数协方差矩阵εuu在r＝0时由前期勘探数据给出，随后每次迭代按照下式逐步更新：
6.4)重复式(1)的迭代过程，直至得到的参数估计值条件下得到的计算值与探测值之差小于0.1％时停止迭代，当计算值与探测值之差无法小于0.1％时，迭代步数达到预设值即停止迭代。
3.根据权利要求1所述的基于三维层析成像的航道整治坝体内部侵蚀探测、监测与预警方法，其特征在于：步骤7)中，探测区域外的地层参数为含水率和孔隙度，该地层参数的获取包括以下步骤：
7.1)根据坝体内堆料，制备不同孔隙度的试样，并真空饱和24小时后，测量含水量，推算各饱和试样含水率，并获得孔隙率-含水率曲线，含水率计算公式为：
式中，ω为含水率，mw为含水量，m为试样湿重；
7.2)基于欧姆法，利用直流电源箱和直流电流表，测量各饱和试样电阻值，推算电阻率，获得不同含水率情况下电阻率关系曲线，即含电阻率-含水率曲线，电阻率计算公式为：
式中，R为电阻值，V为直流电压值，A为直流电流值；ρ为电阻率，L为试样高度，D为试样直径。
4.根据权利要求1所述的基于三维层析成像的航道整治坝体内部侵蚀探测、监测与预警方法，其特征在于：若干所述电势探井包括竖直井和斜井，竖直井和斜井的深度均贯穿航道整治坝体的基础。
5.根据权利要求1所述的基于三维层析成像的航道整治坝体内部侵蚀探测、监测与预警方法，其特征在于：采用泥浆或水泥浆将所述探测电极并井灌实，同一个电势探井内相邻两个探测电极之间的距离小于等于50cm。
6.根据权利要求1所述的基于三维层析成像的航道整治坝体内部侵蚀探测、监测与预警方法，其特征在于：步骤4)或5)中，所述放电电池箱为直流电源。
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|---|---|---|---|---|
| CN117420177A (zh) * | 2023-12-14 | 2024-01-19 | 山东黄河顺成水利水电工程有限公司 | 一种土石堤防结构的水侵蚀状态监测方法、设备及介质 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3041426B1 (ja) * | 1999-05-31 | 2000-05-15 | 農林水産省農業工学研究所長 | 比抵抗トモグラフィ法によるフィルダム管理システムおよびその管理方法 |
| US20060055418A1 (en) * | 2003-01-28 | 2006-03-16 | Natural Environment Research Council | Systems and methods for resistivity measurement |
| US20130069656A1 (en) * | 2011-09-19 | 2013-03-21 | Precision Energy Services, Inc. | Borehole Resistivity Imager Using Discrete Energy Pulsing |
| CN105911107A (zh) * | 2016-06-15 | 2016-08-31 | 东北林业大学 | 基于电阻断层成像技术的立木探伤检测装置及检测方法 |
-
2020
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Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3041426B1 (ja) * | 1999-05-31 | 2000-05-15 | 農林水産省農業工学研究所長 | 比抵抗トモグラフィ法によるフィルダム管理システムおよびその管理方法 |
| US20060055418A1 (en) * | 2003-01-28 | 2006-03-16 | Natural Environment Research Council | Systems and methods for resistivity measurement |
| US20130069656A1 (en) * | 2011-09-19 | 2013-03-21 | Precision Energy Services, Inc. | Borehole Resistivity Imager Using Discrete Energy Pulsing |
| CN105911107A (zh) * | 2016-06-15 | 2016-08-31 | 东北林业大学 | 基于电阻断层成像技术的立木探伤检测装置及检测方法 |
Non-Patent Citations (11)
| Title |
|---|
| KUANGJIA LI: "An iterative scheme to map and incorporate geologic information of discontinuous heterogeneity in hydraulic tomography", 《JOURNAL OF HYDROLOGY》 * |
| T.-C. JIM YEH: "A geostatistically based inverse model for electrical resistivity surveys and its applications to vadose zone hydrology", 《WATER RESOURCES RESEARCH》 * |
| 刘斌等: "电阻率层析成像法监测系统在矿井突水模型试验中的应用", 《岩石力学与工程学报》 * |
| 宋先海等: "高密度电法在大幕山水库渗漏隐患探测中的应用", 《人民长江》 * |
| 张欣 等: "土石坝渗漏的三维电阻率成像诊断试验", 《水电能源科学》 * |
| 方堤等: "含水层渗透性水力层析反演融合流量数据研究", 《防灾减灾工程学报》 * |
| 李静: "基于水力层析法的渗漏通道反演研究", 《人民黄河》 * |
| 王日升 等: "土石坝渗漏通道电场分布规律研究", 《水利与建筑工程学报》 * |
| 罗东辉等: "连续冲击电流作用下土壤放电通道体积特征参数提取方法及机理分析", 《高电压技术》 * |
| 贾海磊等: "高密度电法在土石坝坝肩渗漏检测中的应用", 《大坝与安全》 * |
| 黄真: "基于电阻率法的土石坝渗漏检测发展综述", 《四川建材》 * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117420177A (zh) * | 2023-12-14 | 2024-01-19 | 山东黄河顺成水利水电工程有限公司 | 一种土石堤防结构的水侵蚀状态监测方法、设备及介质 |
| CN117420177B (zh) * | 2023-12-14 | 2024-03-05 | 山东黄河顺成水利水电工程有限公司 | 一种土石堤防结构的水侵蚀状态监测方法、设备及介质 |
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