CN215526137U - 用于堰塞坝不良体空间结构检测的弹性波层析成像系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及用于堰塞坝不良体空间结构检测的弹性波层析成像系统，所述弹性波层析成像系统包括弹性波激发震源控制设备、弹性波接收检波器设备和弹性波数据记录仪；在堰塞坝不良结构中目标检测区域两侧分别开设探测孔A和探测孔B；在探测孔A内设置有弹性波激发震源控制设备；在探测孔B内设置有弹性波接收检波器设备；所述的弹性波数据记录仪分别与弹性波激发震源控制设备和弹性波接收检波器设备连接；探测孔A和探测孔B跨距设置在20米内，孔径不小于76mm。本实用新型系统利用现有反演算法计算目标区域的速度剖面并根据速度剖面判定堰塞坝不良体空间结构和物性参数。

Description

用于堰塞坝不良体空间结构检测的弹性波层析成像系统

技术领域

本实用新型涉及堰塞坝不良体空间结构检测领域，具体涉及一种用于检测堰塞坝不良体空间结构和物性参数识别的弹性波层析成像系统。

背景技术

层析成像技术是借鉴医学CT，根据射线扫描，对所得到的信息进行反演计算，重建被测范围内岩体弹性波和电磁波参数分布规律的图像，从而达到圈定地质异常体的一种物探反演解释方法，目前在工程勘察领域应用已经非常成熟。

堰塞坝体一般是由于地震造成两岸山体崩塌、滑坡等原因天然形成的，其材料结构与一般的岩体相比，结构十分松散，电磁波在该结构体中传播衰减非常快，往往无法在该不良结构中穿透，因此电磁波层析成像方法和设备在该情况下无法适用。现有弹性波层析成像检测设备主要分为两大类，声波层析成像和地震波层析成像，声波层析成像虽然具有较高的震源发射频率和分辨率，但其易受堆积体内部结构散射干扰，加之超声波的能量强度低，因此其有效穿透距离短，仅仅适用于局部小范围内的结构精细检测，并不能适用于堰塞坝结构这种高衰减介质，大堆积体的勘探。地震波勘探的主要优势是频率较低、穿透能力强，现有的技术也非常成熟，但是需要研究适合堰塞坝不良体检测的大功率地震波激发装置、高灵敏度接收器、地震记录仪以及合适的工作方法，即研究一套堰塞坝不良超宽级配堆积材料弹性波层析成像结构系统，才能进行有效检测，对于后期的数据分析也需要重新建立波速、振幅与密实性的模型关系，提高勘探结果的准确性。

发明内容

本实用新型的目的是根据上述现有技术的不足之处，提供一种堰塞坝不良体空间结构和物性参数识别的弹性波层析成像系统。包括弹性波激发震源、弹性波接收传感器串、弹性波数据记录仪、弹性波层析成像软件组成探测系统，并利用现有反演算法计算目标区域的速度剖面并根据速度剖面判定堰塞坝不良体空间结构和物性参数。

本实用新型目的实现由以下技术方案完成：用于堰塞坝不良体空间结构检测的弹性波层析成像系统，本实用新型所述弹性波层析成像系统包括弹性波激发震源控制设备、弹性波接收检波器设备和弹性波数据记录仪；在堰塞坝不良结构中目标检测区域两侧分别开设探测孔A和探测孔B；在探测孔A内设置有弹性波激发震源控制设备；在探测孔B内设置有弹性波接收检波器设备；所述的弹性波数据记录仪分别与弹性波激发震源控制设备和弹性波接收检波器设备连接；探测孔A和探测孔B跨距设置在20米内，孔径不小于76mm。

作为优选，本实用新型所述的弹性波激发震源控制设备为弹性波大功率电火花震源。

作为优选，本实用新型所述的弹性波接收检波器设备为弹性波接收检波器串。

作为优选，本实用新型所述的弹性波大功率电火花震源为激发能量5万焦耳的大功率电火花震源。

作为优选，本实用新型所述的弹性波接收检波器串包括若干个串联的高灵敏度的弹性波接收传感器，相邻两道传感器间距设置成1米。

作为优选，本实用新型所述弹性波数据记录仪，为工程数字高分辨率弹性波数据记录仪，包括24道检波器接口和外触发信号接口和井间弹性波层析成像数据采集端口。

作为优选，本实用新型所述探测孔，深度大于所述不良体目标检测区域的深度，

作为优选，本实用新型所述探测孔直径大于激发震源及检波器的最大外径。

作为优选，本实用新型所述探测孔内设有PVC管，所述的PVC管底部密封设置。

作为优选，本实用新型所述探测孔内壁和PVC管之间设有快凝固水泥充填层。

本实用新型的优点是：该弹性波层析成像系统，借助于能量更强的弹性波激发源，高灵敏度传感器串，改良的速度反演算法及合适的钻孔处理方法，实现堰塞坝不良体空间结构和物性参数识别，同时研究和建立波速、振幅与堰塞坝密实性、级配、均匀性的关系情况。从经济效益上来说，既可减少探测孔的数量，又能有效实现对堰塞坝不良体结构隐患的精细检测，同时勘探成本更低、适用性更强，可以推广应用至各种不良地质体的精细勘探。

附图说明

图1为本实用新型中探测孔的布置图。

图2弹性波的激发和接收探测过程示意图。

图3在数据处理流程及算法原理图。

图4为本实用新型得到的探测孔间的速度剖面图。

附图标号为：1-水、2-PVC套管、3-探测孔、4-PVC管堵头、5-弹性波震源发射头、6-检波器串、7-震源控制箱、8-弹性波记录仪、9-震源下一个激发点的位置、10-现有层析成像算法模块。

具体实施方式

以下结合附图通过实施例对本实用新型的特征及其它相关特征作进一步详细说明，以便于同行业技术人员的理解：

见图1，图2，图3，图4。用于堰塞坝不良体空间结构检测的弹性波层析成像系统，本实用新型所述弹性波层析成像系统包括弹性波激发震源控制设备、弹性波接收检波器设备和弹性波数据记录仪；在堰塞坝不良结构中目标检测区域两侧分别开设探测孔A和探测孔B；在探测孔A内设置有弹性波激发震源控制设备；在探测孔B内设置有弹性波接收检波器设备；所述的弹性波数据记录仪分别与弹性波激发震源控制设备和弹性波接收检波器设备连接；探测孔A和探测孔B跨距设置在20米内，孔径不小于76mm。

作为优选，本实用新型所述的弹性波激发震源控制设备为弹性波大功率电火花震源。

作为优选，本实用新型所述的弹性波接收检波器设备为弹性波接收检波器串。

作为优选，本实用新型所述的弹性波大功率电火花震源为激发能量5万焦耳的大功率电火花震源。该震源激发能量、激发频率可以根据探测孔的间距、探测精度进行灵活调节。

作为优选，本实用新型所述的弹性波接收检波器串包括若干个串联的高灵敏度的弹性波接收传感器，一般采用12道、24道，为提高检测精度，相邻两道传感器间距设置成1米。

作为优选，本实用新型所述弹性波数据记录仪，为工程数字高分辨率弹性波数据记录仪，包括24道检波器接口和外触发信号接口和井间弹性波层析成像数据采集端口。

作为优选，本实用新型所述探测孔，深度大于所述不良体目标检测区域的深度，

作为优选，本实用新型所述探测孔直径大于激发震源及检波器的最大外径。

作为优选，本实用新型所述探测孔内设有PVC管，所述的PVC管底部密封设置。

作为优选，本实用新型所述探测孔内壁和PVC管之间设有快凝固水泥充填层。

所述探测孔在不充水、漏水非常严重的情况下，整个测试孔布置PVC管，并将PVC管的底部封住并其灌满水，震源激发和传感器需要水介质耦合。

所述探测孔钻探发现存在空洞、或者非常破碎等情况，需要在破碎区域灌入快凝固水泥，防止孔垮塌，同时保证下PVC管时，PVC管壁和孔壁耦合紧密，消除测量误差。

所述每对探测孔的跨距不宜过大，一般控制跨距在20米内，确保弹性波穿透，同时保证横向分辨率。

实施例：如图1、2所示，本实施例具体涉及检测堰塞坝不良体空间结构和物性参数的弹性波层析成像系统，涉及在堰塞坝不良体上布置弹性波激发和接收两个探测孔3，两个探测孔3跨距设置在20米内，孔径不小于76mm；

如图1，探测孔-3如果孔内无水的情况下，需要布置PVC套管-2，并在管内注满水-1，PVC套管2底部通过PVC堵头4止水。

如图2所示，在堰塞坝不良体的目标检测区域两端分别布设一个探测孔3，并在两个探测孔3中分别放入弹性波激发震源5和含有多个弹性波接收检波器串6，采用定收方式，减少检波器串6移动次数，通过移动激发炮头在不同深度激发弹性波9，实现对两个探测孔3之间空间结构进行弹性波全面透射，震源控制箱7根据弹性波记录仪8采集的到的波形质量情况，设置每次激发的能量大小，确保各类地质情况都穿透。弹性波记录仪8记录每次收发的走时，最后数据分析处理、通过现有层析成像算法模块10，获得堰塞坝不良体的速度剖面，并根据速度差异判定空间结构和物性参数，确定隐患位置。

如图1-4所示，本实施例中的弹性波层析成像系统在工作时具体包括如下步骤：

(1)在本实施例中探测堰塞坝不良体空间结构，在探测的坝体目标区域两侧各钻一个探测孔3，探测孔3应确保其深度大于勘探目标深度；用于检测的两个探测孔3无水情况下需要布置PVC套管2，管内注满清水1，探测孔3孔壁破碎、空洞十分严重的情况下，需要注入高强度快凝固水泥加固孔壁，防止PVC套管2与孔壁的间隙大，造成波速测量不准确的情况。

(2)将弹性波震源发射头5和检波器串6分别放入两个探测孔3中，并将震源控制箱7一端与井下弹性波震源发射头5连接，震源控制箱7另一端的外触发信号线与检波器串6同时连接到弹性波记录仪8上；

(3)将保持检波器串6放置到井底的位置不动，按一定深度间距依次移动弹性波震源发射头5到不同深度，每移动一个新的位置，进行一次弹性波发生、传播、接收过程，检波器串6接收到的弹性波信号被弹性波记录仪8保存；

(4)采用专用分析处理软件对上述采集保存的弹性波在目标体中的传播波形，按照图3的处理流程，从对应的弹性波形中，提前走时、幅值等信息，并利用层析成像算法计算出两个探测孔3之间的速度剖面；

(5)如图4分析成果所示，根据图4提供的速度剖面上的速度高低变化情况分析堰塞坝不良体目标探测空间结构和物性参数。

(6)图3所示，由于堰塞坝体表面1-3米覆盖层往往非常松散，会出现弹性波穿不透、初至无法判定的情况，在层析成像时采取现有层析成像算法模块10，设置最低速度限值，提高反演准确性。此外，在探测孔较浅、跨距较大时，进行层析成像分析，经常会出现“X”假异常，通过采取现有层析成像算法模块10，控制射线角度，效果会得到改良。

以上所述的仅是本实用新型的具体实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本实用新型结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本实用新型的保护范围，这些都不会影响本实用新型实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。

Claims (10)

1.用于堰塞坝不良体空间结构检测的弹性波层析成像系统，其特征在于，所述弹性波层析成像系统包括弹性波激发震源控制设备、弹性波接收检波器设备和弹性波数据记录仪；在堰塞坝不良结构中目标检测区域两侧分别开设探测孔A和探测孔B；在探测孔A内设置有弹性波激发震源控制设备；在探测孔B内设置有弹性波接收检波器设备；所述的弹性波数据记录仪分别与弹性波激发震源控制设备和弹性波接收检波器设备连接；探测孔A和探测孔B跨距设置在20米内，孔径不小于76mm。

2.根据权利要求1所述的用于堰塞坝不良体空间结构检测的弹性波层析成像系统，其特征在于，所述的弹性波激发震源控制设备为弹性波大功率电火花震源。

3.根据权利要求1所述的用于堰塞坝不良体空间结构检测的弹性波层析成像系统，其特征在于，所述的弹性波接收检波器设备为弹性波接收检波器串。

4.根据权利要求2所述的用于堰塞坝不良体空间结构检测的弹性波层析成像系统，其特征在于，所述的弹性波大功率电火花震源为激发能量5万焦耳的大功率电火花震源。

5.根据权利要求3所述的用于堰塞坝不良体空间结构检测的弹性波层析成像系统，其特征在于，所述的弹性波接收检波器串包括若干个串联的高灵敏度的弹性波接收传感器，相邻两道传感器间距设置成1米。

6.根据权利要求1所述的用于堰塞坝不良体空间结构检测的弹性波层析成像系统，其特征在于，所述弹性波数据记录仪，为工程数字高分辨率弹性波数据记录仪，包括24道检波器接口和外触发信号接口和井间弹性波层析成像数据采集端口。

7.根据权利要求1所述的用于堰塞坝不良体空间结构检测的弹性波层析成像系统，其特征在于，所述探测孔，深度大于所述不良体目标检测区域的深度。

8.根据权利要求1所述的用于堰塞坝不良体空间结构检测的弹性波层析成像系统，其特征在于，所述探测孔直径大于激发震源及检波器的最大外径。

9.根据权利要求1所述的用于堰塞坝不良体空间结构检测的弹性波层析成像系统，其特征在于，所述探测孔内设有PVC管，所述的PVC管底部密封设置。

10.根据权利要求1所述的用于堰塞坝不良体空间结构检测的弹性波层析成像系统，其特征在于，所述探测孔内壁和PVC管之间设有快凝固水泥充填层。

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