CN112540409A - 一种基于瞬变电磁法的土石坝渗漏诊断装置及使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种基于瞬变电磁法的土石坝渗漏诊断装置及使用方法，包括由a、b、c和d边围合组成的线圈支架，线圈支架b边和d边结构相对称设置，在b边具有空心结构且在空心结构内自外侧向内侧依次设有支撑杆和导向杆，支撑杆一端通过固定杆转动安装在b边空心结构内，支撑杆可绕固定杆转动并且可在固定杆上往返移动，固定杆可沿着b边空心结构长度方向上往返移动；导向杆设在支撑杆上方并且导向杆一端通过旋转机构转动安装在b边上；c边内具有空心结构并在其内转动安装有一个转杆；a边设有用于拖曳线圈支架移动的拖曳机构；在线圈支架内侧设有发射线圈和接收线圈；发射线圈、接收线圈、导向杆和转杆通过固定件固定在一个平面上。

Description

一种基于瞬变电磁法的土石坝渗漏诊断装置及使用方法

技术领域

本发明涉及土石坝隐患探查技术领域，具体是一种基于瞬变电磁法的土石坝渗漏诊断装置及使用方法。

背景技术

大坝是水库、河道、沟渠、圩区等蓄水设施最常见的挡水建筑物，随着水利工程补短板工作的不断推进，大坝的渗漏隐患的治理成为制约水库大坝标准化的关键。为保证水库的安全运行，对水利工程开展日常、汛前、年度和特别检查等多种形式，主要包括包括眼看、耳听、手摸、鼻嗅、脚踩等直观方法，或辅以锤、钎、钢卷尺、放大镜、石蕊试纸等简单工具器材，对工程表面和异常现象进行检查。但水库大坝渗漏隐患具有空间上具有隐蔽性、时间上具有多变性，采用常规观测方式只能检查到已发生的渗漏破坏等区段，而对大坝内部正在发生或者即将发生的破坏却无能为力。

目前，水库大坝渗漏隐患的查找主要分为有损和无损两类手段，有损手段主要采用人工钻探向大坝进行钻进取样，通过分析样品岩土体的性状以及钻孔内的注、压水试验的情况以推断是否存在渗漏薄弱区，该手段能直接揭露岩土体的结构及特征，但钻孔的布置具有一定的随机性，是否能锁定到隐患区存在一定的偶然性，并且对大坝本身也造成一定的损伤；电阻率法是渗漏隐患探测中最重要的一种地球物理探测手段，由于渗漏薄弱区较周围介质具有明显的低阻效应，利用电阻率测试手段可直观、高效揭示出隐患体的埋深、规模、形态等空间位置信息，但随着水库大坝表面硬化现象(混凝土、块石、预制块等坝面)的不断加剧，电阻率法中的供电与测量电极的布设成为工程中棘手的难题。需要指出的是，在大坝修筑的过程中，受历史条件、技术手段以及经济水平等条件的限制，大坝坝体填土与山体岩基之间的接触部位是渗漏隐患的多发地带，由于两岸山体较陡峭导致测线布置空间有限，高密度电法等测试手段在该部位存在一定的盲区，并且由于山体岩体的高阻屏蔽效应，常见的传导类电法难以识别该出隐患的存在。

瞬变电磁法(TEM)是一种感应类的时间域电磁法，是通过不接地回线或接地电极向地下发射一次场脉冲信号，在一个周期信号的间歇期内，利用地面接收线圈收集来自地下不同时刻的二次场，通过分析不同时刻的感应电动势信号以推断地质介质的分布。该技术具有无需安装电极、探测效率高以及对低阻敏感等优点，在矿井水害探测、隧洞超前预报、金属矿产勘查等领域应用较广。但是水库大坝具有独特的结构，并且大坝的空间有限，大尺寸的线圈难以在水库大坝隐患探测上得到应用，并且大坝渗漏有坝体、坝基以及绕坝渗漏等多种类型，需要考虑线圈法线方向随渗漏点方位进行调整，如何针对隐患的位置实施适宜的探测系统成为问题的关键。

当前瞬变电磁在土石坝中探测主要采用大线圈，存在浅层盲区大，与大坝实际的尺寸不协调，并且使用不便且难以对坝肩不同方位的灵活探测。

发明内容

本发明的目的是为了解决水库大坝场地空间有限、坝顶及坝坡采用硬化防护处理问题，考虑到渗漏通道的位置、埋深、范围的空间定位信息多变等因素，提出一种基于瞬变电磁的土石坝渗漏诊断装置及使用方法。

一种基于瞬变电磁法的土石坝渗漏诊断装置，包括由a、b、c和d边围合组成的线圈支架，线圈支架b边和d边的结构相对称设置，在线圈支架b边具有空心结构且在空心结构内自外侧向内侧依次设有支撑杆和导向杆，所述支撑杆一端通过固定杆转动安装在线圈支架b边空心结构内，支撑杆可绕固定杆转动并且可在固定杆上往返移动，所述固定杆可沿着线圈支架b边空心结构长度方向上往返移动；所述导向杆设在支撑杆上方并且导向杆一端通过旋转机构转动安装在线圈支架b边上；线圈支架c边内亦具有空心结构并在其内转动安装有一个转杆；线圈支架a边设有用于拖曳线圈支架移动的拖曳机构；在线圈支架内侧设有发射线圈和接收线圈；所述发射线圈、接收线圈、导向杆和转杆通过固定件固定在一个平面上。优选的，所述导向杆上设有若干个标记，支撑杆支撑相应的标记位置，可以调整导向杆与地面的角度。

优选的，所述固定杆远离旋转机构设置；所述支撑杆的端部具有一个半圆环，所述固定杆穿过该半圆环。

优选的，所述旋转机构包括小滑轮和轴承；导向杆一端下部连接有小滑轮，小滑轮固定在轴承上，轴承则安装在线圈支架上，导向杆可通过小滑轮在0-90°方向上旋转。

优选的，所述线圈支架a边表面上安装有水平仪，在线圈支架下表面周边固定有一层耐磨塑料。

优选的，在线圈支架b边空心结构内并且位于导向杆下方还安装有垫块，其用于支撑导向杆水平放置。

优选的，所述拖曳机构包括拖曳绳，该拖曳绳两端通过牵引圆环固定在线圈支架a边上。优选的，所述的土石坝渗漏诊断装置，还包括瞬变电磁主机，所述发射线圈通过发射电缆与瞬变电磁主机连接，接收线圈通过接收电缆与瞬变电磁主机连接；所述电磁主机通过无线传输器与数据控制平台连接。

第二方面，本发明还提供了所述的土石坝渗漏诊断装置的使用方法，

包括如下步骤：

步骤1：渗漏调查

(1)拜访水库大坝的三个责任人以及周边村民，了解水库建设时期的工程资料，包括大坝填筑料的来源，大坝坝型，大坝坝基是否入基岩，修建过程中是否有异常现象；

(2)搜集水库历年加固的历史资料，包括安全鉴定、工程地质勘察、除险加固设计以及施工资料；

(3)对水库现场进行踏勘，调查渗漏点的空间位置、水体的浑浊度、大坝的表观特征以及渗漏量与库水位的关系；

(4)把以上调查资料集成水库大坝数据库；

步骤2：隐患探测

(1)当渗漏特征表现为坝体、坝基渗漏时，所述土石坝渗漏诊断装置布置在大坝坝顶防渗断面上；探测时，以距离左坝头0.5m为起始点，对大坝坝顶自左向右以1m的间隔作标记；把线圈支架的中心点与测线起点重合，从而保证线圈处于水平状态，把发射线圈通过发射电缆与瞬变电磁主机相连接，接收线圈通过接收电缆与瞬变电磁主机连接，通过网络约定的无线传输器把瞬变电磁主机与数据控制平台相连接，在数据控制平台上调整收发线圈匝数、发射频率、发射电流、叠加次数、测量模式参数，当参数设置接收后，数据控制平台向瞬变电磁主机发送采集命令，并对瞬变电磁主机内采集到的二次场信号进行回收；当单个测点采集完成后，按照1m的间距依次移动装置的位置，测线上每个测点都完成数据的采集与回收，即可获得单条剖面上大坝不同位置感应电动势信号；

(2)当渗漏特征表现绕坝渗漏时，所述土石坝渗漏诊断装置布设在距离渗漏点最近大坝坝头上；探测时，在大坝坝头位置水平放置线圈支架，保证线圈支架上的水平仪处于水平状态，把发射线圈通过发射电缆与瞬变电磁主机相连接，接收线圈通过接收电缆与瞬变电磁主机连接，通过网络约定的无线传感器把瞬变电磁主机与数据控制平台相连接，在数据控制平台上调整收发线圈匝数、发射频率、发射电流、叠加次数、测量模式参数，当参数设置接收后，数据控制平台向瞬变电磁主机发送采集命令，并对瞬变电磁主机内采集到的二次场信号进行回收；当线圈水平信号采集完成后，利用支撑杆支撑导向杆的标记位置，可以调整导向杆与水平面的角度为15°，从而控制导向杆的平面法向指向坝肩部位，数据控制平台向瞬变电磁主机发送采集命令，并对瞬变电磁主机内采集到的二次场信号进行回收，依次调整导向杆与地面的角度可为30°、45°、60°、90°，测线上每个测点都完成数据的采集与回收，即可获得单条剖面上坝肩不同方位的感应电动势信号；

(3)步骤1)、步骤2)的坝顶探测结束后，当渗漏特征表现为坝体、坝基渗漏时，土石坝渗漏诊断装置可在背水坡不同高程沿大坝纵向进行布置探测测线，每条测线上的测点探测时应保证线圈水平，最终得到不同高程且不同位置感应电动势信号；当渗漏特征表现绕坝渗漏时，测线可在不同高程沿大坝横向进行布置探测测点，每次探测时都保持发射线圈和接收线圈在5个方向进行旋转，并且在改变线圈角度时应保证线圈支架水平；

(4)大坝纵向探测测线条数大于3条，大坝横向测线测点大于3个，并且每个测点至少测量大于3个角度；

步骤3：渗漏判别

(1)当渗漏特征表现为坝体、坝基渗漏时，利用水利瞬变电磁配套软件对每条测线上的各测量点数据联合处理，处理流程包括导入数据、道参修改、干扰校正、视电阻率成图，从而得到每条测线的测点-电压曲线图以及视电阻率剖面；

根据测点-电压曲线图的变化特点，确定水平方向的渗漏异常；

根据视电阻率剖面的变化特点，确定垂向方向的渗漏异常，并圈定综合向低阻异常区的范围、埋深、走向等空间位置信息；

对多条测线上的视电阻率剖面进行联合三维成像，有效排除单条测线的虚假异常，结合渗漏调查资料，从而勾勒出渗漏通道的空间分布区域，为进一步水库大坝隐患的治理提供靶区；

(2)当渗漏特征表现坝肩渗漏时，利用水利瞬变电磁配套软件对每个测点上的各角度点数据联合处理，处理流程包括导入数据、道参修改、干扰校正、视电阻率成图，从而得到每个测点的角度-电压曲线图以及视电阻率剖面；

根据角度-电压曲线图的变化特点，确定各测量角度上的渗漏异常；

根据视电阻率剖面的变化特点，确定沿角度方向的渗漏异常，并圈定综合向低阻异常区的范围、埋深、走向空间位置信息；

对多条角度点上的视电阻率剖面进行联合三维成像，有效排除单个角度点的虚假异常，结合水库大坝数据库，从而勾勒出渗漏通道的空间分布区域，为进一步水库大坝隐患的治理提供靶区。

下面对本发明技术方案做进一步说明：

本发明针对水库大坝隐患的位置改进了瞬变电磁线圈的方向及型式，并给出了现场测试及解译方法，主要应用于水库、堤坝、圩堤、山塘、海塘以及城市道路隐患的探查。

本发明提供的基于瞬变电磁的土石坝隐患探测装置具有安装方便，携带便利，测试灵活等特点，实现了大坝坝顶、坝坡等场合的电磁场的发射与接收，并且可根据坝肩结合部渗漏点位置的变化而调整线圈的探测方向。在对水库大坝渗漏隐患时，利用电缆线把发射电线、接收天线与瞬变电磁主机相连接，调整收发线圈匝数、发射频率、发射电流、叠加次数、测量模式等参数，采集大坝内部不同深度的感应电动势信号，当单个测点采集完成后，按照约定的间距依次移动装置的位置，即可获得单条剖面上大坝不同位置感应电动势信号，当测线上所有点采集完成时，数据处理平台按照一定的网络协定回收的二次场数据体，经处理后得到时间-感应电动势曲线图、视电阻率剖面图，最终结合大坝地质资料以及运行监测数据，推断出大坝渗漏的原因以及渗漏薄弱带的分布特征，为土石坝渗漏处理提供有的放矢的靶区。

一种基于瞬变电磁法的土石坝渗漏诊断装置，包括拖曳绳2、线圈支架4、线圈、电缆、瞬变电磁主机、数据控制平台等。

所述拖曳绳2为具有良好耐磨性的尼龙编织绳，其首尾端均固定在线圈支架牵引圆环3上且牵引圆环3以线圈的中心呈对称分布，拖曳绳2上套有耐高压硬质玻璃纤维空心圆管1(外25mm*内19mm*长0.2m)；现场探测时，把空心圆管1调整到拖曳绳的恰当位置后，可手持空心圆管使线圈支架4在大坝表面移动；

所述线圈支架4为正方形塑料方框(包括a、b、c、d边)，所述线圈支架的每一边均长58cm，宽3.5cm，高3.5cm，所述线圈之间底部有厚0.5cm的耐磨塑料，用于提高线圈支架在长期使用地面过程中的寿命；

所述线圈支架4的a边主要控制线圈牵引的方向及速度，所述线圈支架a边上有牵引圆环3；

所述线圈支架4的b边、d边的结构相同且为对称设置，为了叙述简单，仅以线圈支架d边结构进行描述：所述线圈支架4的d边内部具有空心结构，所述线圈支架4d边的空心结构内自外侧向内侧依次设有支撑杆5、导向杆6，所述支撑杆5为长方体，长20.5cm，宽1cm，高1cm，所述支撑杆5的一端为以0.5cm为半径的半圆环7，所述半圆环中心穿过固定杆8，所述固定杆8长3.5cm，支撑杆5可在固定杆8上横向移动；固定杆8穿过半圆环7且固定杆两端安装在线圈支架内d边的空心结构内并可沿其长度方向移动；所述线圈支架d边的空心结构内侧还设有导向杆6并且导向杆6位于支撑杆5上方，如图3所示。所述导向杆6为长方体长50cm，宽1cm，高1cm，所述导向杆6一端的下部有小滑轮11，小滑轮11固定在轴承10上，所述导向杆6可通过小滑轮11在0～90°垂向上旋转；所述导向杆6中部下部放置垫块12，用于支撑导向杆保持水平。

所述线圈包括发射线圈和接收线圈，所述发射线圈和接收线圈束成一体；

所述线圈支架的c边有转杆，所述转杆用于固定发射线圈和接收线圈，所述转杆13的两端与固定轴14连接。

所述线圈支架4上的导向杆6、转杆13与发射线圈15、接收线圈16通过扎条23固定在一个平面。

数据控制平台21利用无线传输控制瞬变电磁主机20，当数据开始采集时，数据控制平台21按一定的协议向瞬变电磁主机20发送采集命令，当数据采集结束时，数据控制平台向瞬变电磁主机回收数据文件，数据处理平台与瞬变电磁主机实时进行信号的传输，保证采集到瞬变电磁数据能及时得到显示，从而评价数据质量；

瞬变电磁线圈固定在b、c、d边线圈之间上，发射线圈15通过发射电缆与瞬变电磁主机20相连接，接收线圈16通过接收电缆与瞬变电磁主机20连接；

所述线圈支架4的a边表面设置有水平仪22，可以检测测量过程中线圈支架的水平情况；

所述支撑杆5的高度低于导向杆6，所述支撑杆5可在固定杆上移动到导向杆6的下方；

所述固定杆固定在线圈支架的b边、d边的中部，所述导向杆横向放置时依靠滑轮和支撑块保持水平；所述轴承固定在b边、d边的靠近c边的一端；

所述导向杆上有标记，利用支撑杆支撑相应的标记位置，可以调整导向杆与地面的角度，从而控制导向杆的平面法向，导向杆与地面的角度可为15°、30°、45°、60°、90°，特殊的，现场探测时导向杆与地面的角度应由小及大逐级增加；

特别的，在大坝坝顶、背水坡马道探测时，瞬变电磁线圈支架保持水平且法向竖直向下；

所述数据处理平台可对瞬变电磁数据进行去燥、归一化、视电阻率计算以及显示等功能。

一种基于瞬变电磁的土石坝渗漏诊断装置使用方法，包括：渗漏调查、隐患探测以及渗漏判别。

1、渗漏调查

(4)拜访水库大坝的三个责任人以及周边村民，了解水库建设时期的工程资料，包括大坝填筑料的来源，大坝坝型，大坝坝基是否入基岩，修建过程中是否有异常现象等；

(5)搜集水库历年加固的历史资料，包括安全鉴定、工程地质勘察、除险加固设计以及施工资料；

(6)对水库现场进行踏勘，调查渗漏点的空间位置、水体的浑浊度、大坝的表观特征以及渗漏量与库水位的关系等；

(4)把以上调查资料集成水库大坝数据库。

2、隐患探测

(5)当渗漏特征表现为坝体、坝基渗漏时，所述土石坝渗漏诊断装置布置在大坝坝顶防渗断面上。探测时，以距离左坝头0.5m为起始点，对大坝坝顶自左向右以1m的间隔作标记；把瞬变电磁线圈支架的中心点与测线起点重合，从而保证线圈处于水平状态，把发射线圈通过发射电缆与瞬变电磁主机相连接，接收线圈通过接收电缆与瞬变电磁主机连接，通过网络约定的无线传输器把瞬变电磁主机与数据控制平台相连接，在数据控制平台上调整收发线圈匝数、发射频率、发射电流、叠加次数、测量模式等参数，当参数设置接收后，数据控制平台向瞬变电磁主机发送采集命令，并对瞬变电磁主机内采集到的二次场信号进行回收；当单个测点采集完成后，按照1m的间距依次移动装置的位置，测线上每个测点都完成数据的采集与回收，即可获得单条剖面上大坝不同位置感应电动势信号；

(6)当渗漏特征表现绕坝渗漏时，所述土石坝渗漏诊断装置布设在距离渗漏点最近大坝坝头上。探测时，在大坝坝头位置水平放置瞬变电磁线圈支架，保证线圈支架上的水平仪处于水平状态，把发射线圈通过发射电缆与瞬变电磁主机相连接，接收线圈通过接收电缆与瞬变电磁主机连接，通过网络约定的无线传感器把瞬变电磁主机与数据控制平台相连接，在数据控制平台上调整收发线圈匝数、发射频率、发射电流、叠加次数、测量模式等参数，当参数设置接收后，数据控制平台向瞬变电磁主机发送采集命令，并对瞬变电磁主机内采集到的二次场信号进行回收；当线圈水平信号采集完成后，利用支撑杆支撑导向杆的标记位置，可以调整导向杆与水平面的角度为15°，从而控制导向杆的平面法向指向坝肩部位，数据控制平台向瞬变电磁主机发送采集命令，并对瞬变电磁主机内采集到的二次场信号进行回收，依次调整导向杆与地面的角度可为30°、45°、60°、90°，测线上每个测点都完成数据的采集与回收，即可获得单条剖面上坝肩不同方位的感应电动势信号；

(7)步骤1)、步骤2)的坝顶探测结束后，当渗漏特征表现为坝体、坝基渗漏时，土石坝渗漏诊断装置可在背水坡不同高程沿大坝纵向进行布置探测测线，每条测线上的测点探测时应保证线圈水平，最终得到不同高程且不同位置感应电动势信号；当渗漏特征表现绕坝渗漏时，测线可在不同高程沿大坝横向进行布置探测测点，每次探测时都保持发射线圈和接收线圈在5个方向进行旋转，并且在改变线圈角度时应保证线圈支架水平。

(8)大坝纵向探测测线条数大于3条，大坝横向测线测点大于3个，并且每个测点至少测量大于3个角度。

3、渗漏判别

(3)当渗漏特征表现为坝体、坝基渗漏时，利用水利瞬变电磁配套软件对每条测线上的各测量点数据联合处理，处理流程包括导入数据、道参修改、干扰校正、视电阻率成图等，从而得到每条测线的测点-电压曲线图以及视电阻率剖面；

根据测点-电压曲线图的变化特点，确定水平方向的渗漏异常；

根据视电阻率剖面的变化特点，确定垂向方向的渗漏异常，并圈定综合向低阻异常区的范围、埋深、走向等空间位置信息；

对多条测线上的视电阻率剖面进行联合三维成像，有效排除单条测线的虚假异常，结合渗漏调查资料，从而勾勒出渗漏通道的空间分布区域，为进一步水库大坝隐患的治理提供靶区。

(4)当渗漏特征表现坝肩渗漏时，利用水利瞬变电磁配套软件对每个测点上的各角度点数据联合处理，处理流程包括导入数据、道参修改、干扰校正、视电阻率成图等，从而得到每个测点的角度-电压曲线图以及视电阻率剖面；

根据角度-电压曲线图的变化特点，确定各测量角度上的渗漏异常；

根据视电阻率剖面的变化特点，确定沿角度方向的渗漏异常，并圈定综合向低阻异常区的范围、埋深、走向等空间位置信息；

对多条角度点上的视电阻率剖面进行联合三维成像，有效排除单个角度点的虚假异常，结合水库大坝数据库，从而勾勒出渗漏通道的空间分布区域，为进一步水库大坝隐患的治理提供靶区。

本发明的优点：

1.本发明土石坝渗漏诊断装置中采用发射线圈向大坝供瞬态脉冲，接收线圈测量二次场信号，现场探测系统灵活，操作方便，无需考虑大坝硬化以及探测空间有限等难题，适合土石坝、重力坝等多个坝型；

2.瞬变电磁探测时，测线上各测点的点距可灵活调节，有效控制不同位置的测点疏密，实现对不同位置的普查与详查；测点上各角度的大小也可灵活调节，有效控制不同测点的角度疏密，实现对不同测点的普查与详查；

3.瞬变电磁法采集线圈法向上的二次场衰减信号，对隐患点具有较强的指向性，横向分辨率高；

4.不同测线多测点的三维成像以及不同测点多角度的三维成像，有效提高探测的可靠度，并勾勒出渗漏通道的空间位置信息。

附图说明

图1一种基于瞬变电磁法的土石坝渗漏诊断装置示意图，

图2是线圈支架牵引截面图，

图3是b、d边中部的横截面示意图，

图4是支撑杆横剖面示意图，

图5是支撑体立体示意图，

图6导向杆横截面示意图；

图7是导向杆纵截面示意图；

图8是支撑杆与导向杆的组合结构示意图；

图9是转轴的纵截面示意图；

图10是导向杆、转杆、发射线圈和接收线圈连接示意图；

图11为本发明实施例中使用方法的总流程图。

1―空心圆管；2―拖曳绳；3―牵引圆环；4―线圈支架；5―支撑杆；6―导向杆；7―半圆环；8―固定杆；9―耐磨塑料；10―轴承；11―小滑轮；12―垫块；13―转杆；14―固定轴；15―发射线圈；16―接收线圈；17―发射电缆；18―接收电缆；19―无线传输器；20―瞬变电磁主机；21―数据控制平台；22―水平仪；23―扎条。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”“内”“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

首先，本发明提供了一种基于瞬变电磁的土石坝渗漏诊断装置：

一种基于瞬变电磁法的土石坝渗漏诊断装置，包括由a、b、c和d边围合组成的线圈支架4，所述线圈支架b边和d边的结构相对称设置，在线圈支架b边具有空心结构(该空心结构可以为沿b边长度方向上开设的一个长形凹槽)且在空心结构内自外侧向内侧依次设有支撑杆5和导向杆6，所述支撑杆5的一端部固定安装有一个半圆环7，所述固定杆8穿过该半圆环部件7。因此所述支撑杆5一端通过固定杆8转动安装在空心结构内，支撑杆可绕固定杆转动并且可在固定杆8上往返移动，所述固定杆可沿b边空心结构长度方向上往返移动。所述导向杆6设在支撑杆5上方，并且导向杆6一端下部连接有小滑轮11，小滑轮固定在轴承10上，轴承10则安装在线圈支架上，导向杆6可通过小滑轮在0-90°方向上旋转。所述导向杆6上设有若干个标记，支撑杆5支撑相应的标记位置，可以调整导向杆与地面的角度。

所述线圈支架c边内也具有空心结构，在该空心结构内放置有转杆13，转杆13两端通过固定轴14安装在线圈支架c边上；在线圈支架a边安装有用于拖动线圈支架移动的拖曳机构，所述拖曳机构包括拖曳绳2，该拖曳绳2两端通过牵引圆环3固定在线圈支架a边上。

在线圈支架内侧还安装有发射线圈和接收线圈；发射线圈、接收线圈、导向杆6和转杆13通过扎条23固定在一个平面上，如图10所示。

所述线圈支架a边表面上安装有水平仪22，在线圈支架下表面固定有一层耐磨塑料9。优选的，在线圈支架b边的空心结构内并位于导向杆下方还安装有垫块12，其用于支撑导向杆水平放置。

所述的土石坝渗漏诊断装置，还包括瞬变电磁主机20，所述发射线圈15通过发射电缆与瞬变电磁主机连接，接收线圈16通过接收电缆与瞬变电磁主机连接；所述电磁主机通过无线传输器与数据控制平台连接。

本装置中的空心圆管1、拖曳绳2、线圈支架4、耐磨塑料9、发射线圈15、接收线圈16、发射电缆17、接收电缆18、水平仪22组合成模块化，拖曳绳2穿过空心圆管1并通过牵引圆环3牵引固定在耐磨塑料9上的线圈支架4在大坝上移动，发射线圈15、接收线圈16、水平仪22固定安装在线圈支架4上，并且发射线圈15与发射电缆17、接收线圈16与接收电缆18相连接；

线圈支架4上固定有支撑杆5、导向杆6、圆环7、固定杆8、轴承10、小滑轮11、垫块12、转杆13、固定轴14、水平仪22，所述支撑杆5通过圆环7在固定杆8上左右移动，从而调整导向杆6与水平面的夹角，所述固定杆8一端与固定在轴承10上的小滑轮11连接，可自由在0～90°垂向上旋转，导向杆6的中部下方固定有垫块12；转杆13两端被固定轴14套入，从而保证转杆13可以自由转动；所述线圈支架4上的导向杆6、转杆13与发射线圈15、接收线圈16通过扎条23固定在一个平面。

一种基于瞬变电磁法的土石坝渗漏诊断装置的使用方法，具体工作方式如下：

1、渗漏调查

(1)拜访水库大坝的三个责任人以及周边村民，了解水库建设时期的工程资料，包括大坝填筑料的来源，大坝坝型，大坝坝基是否入基岩，修建过程中是否有异常现象等；

(2)搜集水库历年加固的历史资料，包括安全鉴定、工程地质勘察、除险加固设计以及施工资料；

(3)对水库现场进行踏勘，调查渗漏点的空间位置、水体的浑浊度、大坝的表观特征以及渗漏量与库水位的关系等；

(4)把以上调查资料集成水库大坝数据库。

2、隐患探测

(1)当渗漏特征表现为坝体、坝基渗漏时，所述土石坝渗漏诊断装置布置在大坝坝顶防渗断面上。探测时，以距离左坝头0.5m为起始点，对大坝坝顶自左向右以1m的间隔作标记；把线圈支架4的中心点与测线起点重合，保证线圈支架4上的水平仪22处于水平状态，把发射线圈15通过发射电缆17与瞬变电磁主机20相连接，接收线圈16通过接收电缆18与瞬变电磁主机20连接，通过网络约定的无线传输器19把瞬变电磁主机20与数据控制平台21相连接，在数据控制平台21上调整收发线圈匝数、发射频率、发射电流、叠加次数、测量模式等参数，当参数设置接收后，数据控制平台21向瞬变电磁主机20发送采集命令，并对瞬变电磁主机20内采集到的二次场信号进行回收；当单个测点采集完成后，利用拖曳绳2牵引线圈支架按照1m的间距依次移动装置的位置，测线上每个测点都完成数据的采集与回收，即可获得单条剖面上大坝不同位置感应电动势信号；

(2)当渗漏特征表现绕坝渗漏时，所述土石坝渗漏诊断装置布设在距离渗漏点最近大坝坝头上。探测时，在大坝坝头位置水平放置瞬变电磁线圈支架4，保证线圈支架4上的水平仪22处于水平状态，把发射线圈15通过发射电缆17与瞬变电磁主机20相连接，接收线圈16通过接收电缆18与瞬变电磁主机20连接，通过网络约定的无线传感器19把瞬变电磁主机20与数据控制平台21相连接，在数据控制平台21上调整收发线圈匝数、发射频率、发射电流、叠加次数、测量模式等参数，当参数设置接收后，数据控制平台21向瞬变电磁主机20发送采集命令，并对瞬变电磁主机20内采集到的二次场信号进行回收；当线圈水平信号采集完成后，利用支撑杆5支撑导向杆6的标记位置，可以调整导向杆与水平面的角度为15°，从而控制导向杆6的平面法向指向坝肩部位，数据控制平台21向瞬变电磁主机20发送采集命令，并对瞬变电磁主机20内采集到的二次场信号进行回收，依次调整导向杆6与地面的角度可为30°、45°、60°、90°，测线上每个测点都完成数据的采集与回收，即可获得单条剖面上坝肩不同方位的感应电动势信号；

(3)步骤1)、步骤2)的坝顶探测结束后，当渗漏特征表现为坝体、坝基渗漏时，土石坝渗漏诊断装置可在背水坡不同高程沿大坝纵向进行布置探测测线，每条测线上的测点探测时应保证线圈水平，最终得到不同高程且不同位置感应电动势信号；当渗漏特征表现绕坝渗漏时，测线可在不同高程沿大坝横向进行布置探测测点，每次探测时都保持发射线圈和接收线圈在5个方向进行旋转，并且在改变线圈角度时应保证线圈支架水平；

(4)大坝纵向探测测线条数大于3条，大坝横向测线测点大于3个，并且每个测点至少测量大于3个角度。

3、渗漏判别

(1)当渗漏特征表现为坝体、坝基渗漏时，利用水利瞬变电磁配套软件对每条测线上的各测量点数据联合处理，处理流程包括导入数据、道参修改、干扰校正、视电阻率成图等，从而得到每条测线的测点-电压曲线图以及视电阻率剖面；

根据测点-电压曲线图的变化特点，确定水平方向的渗漏异常；

根据视电阻率剖面的变化特点，确定垂向方向的渗漏异常，并圈定综合向低阻异常区的范围、埋深、走向等空间位置信息；

对多条测线上的视电阻率剖面进行联合三维成像，有效排除单条测线的虚假异常，结合渗漏调查资料，从而勾勒出渗漏通道的空间分布区域，为进一步水库大坝隐患的治理提供靶区。

(2)当渗漏特征表现坝肩渗漏时，利用水利瞬变电磁配套软件对每个测点上的各角度点数据联合处理，处理流程包括导入数据、道参修改、干扰校正、视电阻率成图等，从而得到每个测点的角度-电压曲线图以及视电阻率剖面；

根据角度-电压曲线图的变化特点，确定各测量角度上的渗漏异常；

根据视电阻率剖面的变化特点，确定沿角度方向的渗漏异常，并圈定综合向低阻异常区的范围、埋深、走向等空间位置信息；

对多条角度点上的视电阻率剖面进行联合三维成像，有效排除单个角度点的虚假异常，结合(水库大坝数据库，从而勾勒出渗漏通道的空间分布区域，为进一步水库大坝隐患的治理提供靶区。

Claims (9)

1.一种基于瞬变电磁法的土石坝渗漏诊断装置，包括由a、b、c和d边围合组成的线圈支架，其特征在于：线圈支架b边和d边的结构相对称设置，在线圈支架b边具有空心结构且在空心结构内自外侧向内侧依次设有支撑杆和导向杆，所述支撑杆一端通过固定杆转动安装在线圈支架b边空心结构内，支撑杆可绕固定杆转动并且可在固定杆上往返移动，所述固定杆可沿着线圈支架b边空心结构长度方向上往返移动；所述导向杆设在支撑杆上方并且导向杆一端通过旋转机构转动安装在线圈支架b边上；线圈支架c边内亦具有空心结构并在其内转动安装有一个转杆；线圈支架a边设有用于拖曳线圈支架移动的拖曳机构；在线圈支架内侧设有发射线圈和接收线圈；所述发射线圈、接收线圈、导向杆和转杆通过固定件固定在一个平面上。

2.根据权利要求1所述的土石坝渗漏诊断装置，其特征在于：所述导向杆上设有若干个标记，支撑杆支撑相应的标记位置，可以调整导向杆与地面的角度。

3.根据权利要求1所述的土石坝渗漏诊断装置，其特征在于：所述固定杆远离旋转机构设置；所述支撑杆的端部具有一个半圆环，所述固定杆穿过该半圆环。

4.根据权利要求1或2或3所述的土石坝渗漏诊断装置，其特征在于：所述旋转机构包括小滑轮和轴承；导向杆一端下部连接有小滑轮，小滑轮固定在轴承上，轴承则安装在线圈支架上，导向杆可通过小滑轮在0-90°方向上旋转。

5.根据权利要求1或2或3所述的土石坝渗漏诊断装置，其特征在于：所述线圈支架a边表面上安装有水平仪，在线圈支架下表面周边固定有一层耐磨塑料。

6.根据权利要求1所述的土石坝渗漏诊断装置，其特征在于：在线圈支架b边空心结构内并且位于导向杆下方还安装有垫块，其用于支撑导向杆水平放置。

7.根据权利要求1所述的土石坝渗漏诊断装置，其特征在于：所述拖曳机构包括拖曳绳，该拖曳绳两端通过牵引圆环固定在线圈支架a边上。

8.根据权利要求1-7任一一项所述的土石坝渗漏诊断装置，其特征在于：还包括瞬变电磁主机，所述发射线圈通过发射电缆与瞬变电磁主机连接，接收线圈通过接收电缆与瞬变电磁主机连接；所述电磁主机通过无线传输器与数据控制平台连接。

9.权利要求8所述的土石坝渗漏诊断装置的使用方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤1：渗漏调查

(1)拜访水库大坝的三个责任人以及周边村民，了解水库建设时期的工程资料，包括大坝填筑料的来源，大坝坝型，大坝坝基是否入基岩，修建过程中是否有异常现象；

(2)搜集水库历年加固的历史资料，包括安全鉴定、工程地质勘察、除险加固设计以及施工资料；

(3)对水库现场进行踏勘，调查渗漏点的空间位置、水体的浑浊度、大坝的表观特征以及渗漏量与库水位的关系；

(4)把以上调查资料集成水库大坝数据库；

步骤2：隐患探测

(1)当渗漏特征表现为坝体、坝基渗漏时，所述土石坝渗漏诊断装置布置在大坝坝顶防渗断面上；探测时，以距离左坝头0.5m为起始点，对大坝坝顶自左向右以1m的间隔作标记；把线圈支架的中心点与测线起点重合，从而保证线圈处于水平状态，把发射线圈通过发射电缆与瞬变电磁主机相连接，接收线圈通过接收电缆与瞬变电磁主机连接，通过网络约定的无线传输器把瞬变电磁主机与数据控制平台相连接，在数据控制平台上调整收发线圈匝数、发射频率、发射电流、叠加次数、测量模式参数，当参数设置接收后，数据控制平台向瞬变电磁主机发送采集命令，并对瞬变电磁主机内采集到的二次场信号进行回收；当单个测点采集完成后，按照1m的间距依次移动装置的位置，测线上每个测点都完成数据的采集与回收，即可获得单条剖面上大坝不同位置感应电动势信号；

(2)当渗漏特征表现绕坝渗漏时，所述土石坝渗漏诊断装置布设在距离渗漏点最近大坝坝头上；探测时，在大坝坝头位置水平放置线圈支架，保证线圈支架上的水平仪处于水平状态，把发射线圈通过发射电缆与瞬变电磁主机相连接，接收线圈通过接收电缆与瞬变电磁主机连接，通过网络约定的无线传感器把瞬变电磁主机与数据控制平台相连接，在数据控制平台上调整收发线圈匝数、发射频率、发射电流、叠加次数、测量模式参数，当参数设置接收后，数据控制平台向瞬变电磁主机发送采集命令，并对瞬变电磁主机内采集到的二次场信号进行回收；当线圈水平信号采集完成后，利用支撑杆支撑导向杆的标记位置，可以调整导向杆与水平面的角度为15°，从而控制导向杆的平面法向指向坝肩部位，数据控制平台向瞬变电磁主机发送采集命令，并对瞬变电磁主机内采集到的二次场信号进行回收，依次调整导向杆与地面的角度可为30°、45°、60°、90°，测线上每个测点都完成数据的采集与回收，即可获得单条剖面上坝肩不同方位的感应电动势信号；

(3)步骤1)、步骤2)的坝顶探测结束后，当渗漏特征表现为坝体、坝基渗漏时，土石坝渗漏诊断装置可在背水坡不同高程沿大坝纵向进行布置探测测线，每条测线上的测点探测时应保证线圈水平，最终得到不同高程且不同位置感应电动势信号；当渗漏特征表现绕坝渗漏时，测线可在不同高程沿大坝横向进行布置探测测点，每次探测时都保持发射线圈和接收线圈在5个方向进行旋转，并且在改变线圈角度时应保证线圈支架水平；

(4)大坝纵向探测测线条数大于3条，大坝横向测线测点大于3个，并且每个测点至少测量大于3个角度；

步骤3：渗漏判别

(1)当渗漏特征表现为坝体、坝基渗漏时，利用水利瞬变电磁配套软件对每条测线上的各测量点数据联合处理，处理流程包括导入数据、道参修改、干扰校正、视电阻率成图，从而得到每条测线的测点-电压曲线图以及视电阻率剖面；

根据测点-电压曲线图的变化特点，确定水平方向的渗漏异常；

根据视电阻率剖面的变化特点，确定垂向方向的渗漏异常，并圈定综合向低阻异常区的范围、埋深、走向等空间位置信息；

对多条测线上的视电阻率剖面进行联合三维成像，有效排除单条测线的虚假异常，结合渗漏调查资料，从而勾勒出渗漏通道的空间分布区域，为进一步水库大坝隐患的治理提供靶区；

(2)当渗漏特征表现坝肩渗漏时，利用水利瞬变电磁配套软件对每个测点上的各角度点数据联合处理，处理流程包括导入数据、道参修改、干扰校正、视电阻率成图，从而得到每个测点的角度-电压曲线图以及视电阻率剖面；

根据角度-电压曲线图的变化特点，确定各测量角度上的渗漏异常；

根据视电阻率剖面的变化特点，确定沿角度方向的渗漏异常，并圈定综合向低阻异常区的范围、埋深、走向空间位置信息；

对多条角度点上的视电阻率剖面进行联合三维成像，有效排除单个角度点的虚假异常，结合水库大坝数据库，从而勾勒出渗漏通道的空间分布区域，为进一步水库大坝隐患的治理提供靶区。

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