为了探究长江堤防土的含水率、密实度与电阻率的关系,详细介绍了长江堤防洪湖段粉质壤土试样的含水率和密实度试验方法、电阻率试样盒的设计、电阻率的测试原理、电阻率测量过程和步骤;在测试成果分析的基础上,总结了粉质壤土试样含水率、密实度与电阻率的相关关系。结果表明:一定密实度下,含水率与电阻率为递减的幂函数关系;一定含水率下,密实度与电阻率呈负相关关系,密实度越大,电阻率越小;通过洪湖长江干堤探测实例可知堤基土现场测试和室内测试的电阻率值范围基本一致。室内试验成果将在提高反演解译质量、判定隐患体性质及物理状态方面均具有重要意义。

堤防隐患探测是保障堤防工程安全运行的重要工作,现有隐患物探方法种类多,各有优势和适用性,难以全面解决各种隐患探测问题。为了提高物探结果解译准确性,基于堤防隐患的导电性、介电特性等地球物理参数,总结当前常用的隐患物探方法及其适用性。通过室内土工试验,建立堤防土体电阻率、介电常数与含水率、密实度的相关关系。结合长江堤防工程实例,分析堤防隐患的物探方法选择、工作测线布置、地质解译及探测效果对比,证明综合物探法通过对堤防进行全方位多层次探测,能提高隐患探测精度,达到准确、高效、经济的目的。研究成果可为堤防隐患探测的准确解译提供试验和理论基础。

为了解决堤防隐患探测过程中存在的测线布置工作效率低、二维图像解译结果无法有效表达隐患或异常等问题,基于三维地理信息服务平台建立了堤段三维模型及堤防周边的三维地形模型,并建设了堤防隐患工程地球物理探测数据库,研发了一套堤防隐患探测分析系统,并开发了地球物理多方法与平台的数据接口、数据库存储及物探成果四维可视化表达方法。结果表明:该模型可实现地球物理野外工作路线和观测系统的快速布置和设计;该模型和数据库可实现堤防时移探测成果的四维可视化表达、动态分析及管理。研究成果可供从事堤防隐患治理的管理人员及设计人员参考。

瞬变电磁法具有定位准确、探测深度大、不受地形起伏影响等优点,已经成为一种重要的地球物理勘测方式。为研究瞬变电磁法在堤防隐患探测中的应用,采用有限单元法对多种堤防隐患进行瞬变电磁三维正演模拟计算,通过对比三维正演计算结果和野外实测数据反演结果可以发现瞬变电磁法对低阻体敏感,对不同形态的低阻异常体探测效果均较好,因此采用瞬变电磁法进行堤防隐患快速普查的研究思路是可行的。研究成果可为物探技术在堤防隐患探测中的应用提供参考。

堤防工程是我国防洪体系中的重要环节。针对堤防中潜在隐患缺陷体,根据不同缺陷体介质的电性特征,建立了相应的堤防隐患模型。依据时域有限差分(FDTD)算法和完全匹配层(PML)的吸收边界条件,构建相应的堤防隐患缺陷体地球物理模型,使用GprMax 2D软件结合自行开发的MatLab程序,获得探地雷达正演波形图。通过波场特征分析,可知不同形态、构造位置和电性参数的隐患缺陷体的探地雷达反射波幅值和形态是不同的。正演结果能准确反映隐患缺陷体的深度、水平位置等空间特征。结合长江四邑公堤堤防隐患探测项目的2个工程实例分析可知,雷达正演模拟与探测剖面结果和工程验证基本一致,表明探地雷达能够有效地探测堤防隐患,该正演方法切实可行。分析典型隐患模型的波场特征有助于指导后期解译工作,从而对缺陷体从定性到定量进行更精确的解译,确保堤防工程的安全运行,保障汛期人民的生命财产安全。

为实现隐患险情的快速定位、预警,在对堤防隐患探测方法总结的基础上,介绍了时移探测技术的发展历程;从观测方法、数据采集与处理、反演成像、异常评判方法上对时移高密度电法的工作原理进行了阐述;通过构建数字模型对洞穴和渗漏2种常见堤防隐患开展三维正演数值模拟分析,研究了时移高密度电法在堤防隐患探测技术上的有效性;结合堤防工程实例对时移高密度电法动态探测技术开展了方法技术示范验证;针对堤防线路长和隐患具隐蔽性、突变性、持续性及低可探性,从观测系统、反演成像技术角度评估了时移探测技术在隐患险情灾变动态探测中的可能性。结果表明时移高密度电法在堤防隐患探测方面是可行的。

为实现勘测效果的最优化,从电极排列方式、数据采集、反演解译角度详细介绍了分布式高密度电法的工作原理、方法特点及应用现状。结合工程实例对温纳装置(α)、温纳偶极装置(β)、施伦贝格装置(α2)在岩溶、软夹层、高阻体探测、岩性界面划分及构造探测等方面的探测效果进行对比分析;系统总结和剖析了分布式高密度电法3种常用装置类型在地层探测,低、高阻体精细探测上的优缺点、精准性及适用性,指出应根据探测目的及探测精度,结合地层地质条件开展方法试验,在复杂地形条件下,优选至少2种以上的装置类型开展工作。研究成果对工程勘测中高密度电法装置类型的合理选择有一定的指导意义。

渗漏是水库的常见病害,但由于地质条件复杂,其位置及渗径较难被准确发现。目前高密度电法作为一种对低阻异常具有较高敏感性的无损检测方法,常被用于地质勘查中。为探究高密度电法在水库渗漏检测中的应用效果,以某水库渗漏为例,采用偶极-偶极方式对其渗漏进行检测,通过分析电阻率变化找到渗漏部位,并结合现场钻探结果进行对比分析。结果表明漏水点、溶洞存在位置、溶蚀裂隙较发育带都与此次高密度电法偶极-偶极式的检测方式的检测结果高度吻合,验证了高密度电法在水库渗漏检测中的有效性和可行性。