CN107356668A - 一种坝体安全鉴定的检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及水库安全技术领域，公开了一种坝体安全鉴定的检测方法，其中，该检测方法包括：确定坝体的检测范围；在检测范围内进行地球物理勘探，以确定坝体上异常体的分布；在汛期后对坝体的异常体进行取样试验并分析该试样的物理参数；通过上述物探结果和/或物理参数判断异常体的分布、类型和安全隐患。本发明的检测方法包括利用物探的方法确定坝体上异常体的分布，然后再对异常的部位勘探取样并对样本试验，根据试验数据以及勘探结果对坝体进行安全鉴定。通过上述技术方案，能够提高检测的精度和效率，而且能够避免对坝体的大范围勘探，减少了工程量、提高了检测效率和准确度，还能够避免了因在坝体上大范围地打孔取样而对坝体造成的损害。
Description
技术领域
本发明涉及水库安全技术领域，具体地，涉及一种坝体安全鉴定的检测方法。
背景技术
我国病险水库数量大且比例高。据初步普查结果，全国约有病险水库三万多座，约占水库总数的36％。大量病险水库的存在，严重影响其防洪兴利效益的发挥以及国民经济的发展。近年来，病险水库除险加固日益提到中央和地方各级政府的重要议事日程上来。
但是，由于病险水库的大部分安全隐患都比较隐蔽，若按照常规方法进行勘察，很难对水库的安全作出全面科学的鉴定。如何构建一种在技术上可行、工期快、质量好、造价合理的勘察方法，为水库安全鉴定提供可靠的依据是一项非常有意义和实用的工作。
在水库安全鉴定阶段，常规的做法是采用查阅资料、调差水库运行记录等方法，对于怀疑存在安全隐患的部位，只能在汛期后布置少量钻孔和探坑，其勘察结果无法全面真实反映病险水库的安全隐患，导致施工时经常变更设计方案，不仅增加工程投资，而且也延长施工工期，严重影响水库的正常运行。
发明内容
本发明的目的是提供一种坝体安全鉴定的检测方法，该检测方法利用物探的方法来实现对坝体的无损勘探。
为了实现上述目的，本发明提供一种坝体安全鉴定的检测方法，其中，该检测方法包括：步骤一：确定坝体的检测范围；步骤二：在所述检测范围内进行地球物理勘探，以确定坝体上异常体的分布；步骤三：在汛期后对坝体的异常体进行取样试验并分析该试样的物理参数；步骤四：通过所述步骤二获得的物探结果和/或步骤三的物理参数判断异常体的分布、类型和安全隐患。
优选地，步骤一中的检测范围是根据建立水库的资料和水库运行期间的观测资料，再结合现场踏勘和调查结果进行综合判断而确定。
优选地，步骤二中的地球物理勘探包括：首先在所述检测范围内利用高密度地震映像技术获得异常体在平面上的分布情况；然后再利用多道瞬态面波技术获得异常体的埋深、厚度和横波波速。
优选地，所述高密度地震映像技术的应用包括：根据步骤一所确定的所述检测范围设置第一检波器和第一激发点；在所述第一激发点激发震源，通过所述第一检波器检测并记录所述震源产生的波的波形；根据所述第一检波器的检测结果分析异常体在平面上的分布位置。
优选地，通过所述第一检波器检测并记录同相轴的各波形的连续性、频率和振幅能量的变化。
优选地，所述多道瞬态面波技术的应用包括：根据所述高密度地震映像的检测结果，在所确定的异常体在平面上的分布范围内设置第二多道瞬态面波探测点和第二激发点；在所述第二激发点激发震源，通过所述第二多道瞬态面波探测点检测和记录所述震源产生的波的波形；根据所述第二多道瞬态面波探测点的检测结果分析异常体的埋深、厚度和横波波速。
优选地，通过所述第二多道瞬态面波探测点24道检波器检测并记录地震记录中同相轴的各波形的分布形态，提取面波的频散数据。
优选地，在步骤二中，利用24磅大锤人工激发震源。
优选地，在步骤四中，将所述异常体的物理参数与同相轴的波形特征、地层的面波波速作相关性分析，求取其对应关系，以此对所述异常体的分布、类型和安全隐患做出判断。
优选地，在步骤三中，所述物理参数包括含泥量、密实度、颗粒成分、塑性指数。
本发明的坝体安全鉴定的检测方法的步骤中包括利用地球物理勘探的方法确定坝体上异常体的分布，然后再对确定异常的部位进行勘探取样并对样本进行试验，根据试验数据以及勘探结果来对坝体进行安全鉴定。通过上述技术方案，能够提高检测的精度和效率，而且能够避免对坝体的大范围勘探，减少了工程量、提高了检测效率和准确度，还能够避免了因在坝体上大范围地打孔取样而对坝体造成的损害。
本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1是根据本发明实施例的斋堂水库坝坡的勘探点的布置示意图；
图2是根据本发明实施例的斋堂水库的高密度地震映像及面波频散曲线图；
图3是根据本发明实施例的斋堂水库的多道瞬态面波频散曲线图；
图4是根据本发明实施例的斋堂水库的多道瞬态面波等速度剖面图。
附图标记说明
1 坝体；11 第一检波器；12 第一激发点；21 第二多道瞬态面波探测点；22 第二激发点；11(12) 第一检波器和第一激发点重合点。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
在本发明中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词应当结合说明书附图和实际应用中的方向来适当解释。
本发明提供一种坝体安全鉴定的检测方法，其特征在于，该检测方法包括：
步骤一：确定坝体的检测范围；
步骤二：在所述检测范围内进行地球物理勘探，以确定坝体上异常体的分布；
步骤三：在汛期后对坝体的异常体进行取样试验并分析该试样的物理参数；
步骤四：通过所述步骤二获得的物探结果和/或步骤三的物理参数判断异常体的分布、类型和安全隐患。
由于水库大坝的安全对于库区下游人民生命财产安全有着重大的影响。对于大坝的安全鉴定主要在于对坝体内的缺陷和其他隐患的位置进行检测，以及黏土防渗墙和填筑质量等问题，为优化水库的除险加固的设计方案提供依据。
但是在水库建成投入使用后，如果大规模进行钻孔勘探会对坝体的强度造成影响，因此本发明提供了一种对水库的坝体无损检测的方法。
根据本发明的技术方案，首先，在步骤一中确定坝体的检测范围。这里所说的检测范围指找到坝体上有可能存在异常体的区域范围，在对这些可能存在异常体的区域范围进行进一步的检测，从而准确的找到异常体。
优选地，步骤一中的检测范围是根据建立水库的资料和水库运行期间的观测资料，再结合现场踏勘和调查结果进行综合判断而确定。
具体地，通过收集水库建立时的勘察成果和设计图纸、施工期填筑料的组分和碾压记录、水库运行期的观测记录等资料，再结合现场踏勘和调查的结果进行综合判断，定性分析水库安全隐患(例如不均匀沉陷、垮塌、架空、漏水通道等)存在的位置，以此来确定检测的范围。
随后，在步骤二中，在所述检测范围内进行地球物理勘探，以确定坝体上异常体的分布。地球物理勘探指利用物理学的原理和方法，对地球的各种物理场分布及其变化进行观测，探测地球本体及近地空间的介质结构、物质组成、形成和演化，研究与其相关的各种自然现象及其变化规律。
地球物理勘探(简称物探)通常用于地质勘探领域，本发明创新性地将物探方法应用于水库坝体的安全鉴定的检测中，从而实现对水库坝体的无损检测。在实现坝体准确的安全检测的同时，避免对坝体强度的损害，保证了坝体的寿命。
在通过步骤一确定的检测范围内，对可能存在安全隐患的位置布设物探测线。异常区物探测线的间距适当减小，而在物探方法的选择上，本申请采用的物探方法主要是高密度地震映像技术和多道瞬态面波技术。
因高密度地震映像技术在野外施工方便，效率高，并且探测成果直观，在现场能直接观测到波形的变化，因此先采用高密度地震映像技术。
其中，高密度地震映像技术是基于地震反射波法中的最佳偏移距技术发展起来的一种浅层地震勘探方法。这种方法既可以进行地震全波列勘探，也可以根据探测目的要求仅采用一种特定的波作为有效波进行勘探。除常规地震勘探中所用的纵波、横波、绕射波外，还可能利用地震记录中能量较强的面波和转换波。
具体地，地震映像法采集的地震波是多波，或称全波。用解波动方程的方法，可以分解出各种已定名的波，但在不均匀地质体存在的边界条件下，可以有许多特解。到目前为止，在复杂的边界条件下，人们无法得到波动方程的通解，即无法利用波的全部信息，达到全波勘探，或全息勘探，而只能对于某些特解进行研究，这就是多波概念。虽然地震映像法的激发与接收类似于地震反射法的单点激发单点接收或单点激发多点接收，又类似于地震反射中的多次覆盖，但从处理手段、效果和解释方法却与之有很大不同。可以说，地震映像法的处理与解释亦利用了成熟的地震勘探方法，常用的滤波、褶积、反滤波消除鸣震等方法均可采用，以达到最佳处理效果。因此，实时、直观、一目了然是地震映像法的特点。
地震映像法采集到的波形中包含着全波，要完全达到全波震相分析是很难得，但至少可以肯定它所显示的波场分布与地下介质分布有关，把它的形态特征与已知地质体的形态特征相对应，能推断未知地质体的形态。
下面对多道瞬态面波技术进行介绍。
在人工地震勘探中，震源激发以后，在激发点周围的介质中传播着多种弹性波(主要为体波和面波，体波包括纵波和横波，面波中的水平偏振波为勒夫波，垂直偏振波为瑞利波)。
地表的激发点激发的地震波不仅在弹性分界面上形成反射波和折射波，在弹性分界面附近还存在着一类波动，它是由纵波和横波的相互干涉叠加而出现波型的转换，从能量上来说它们只分布在弹性分界面的附近，使地下介质质点按一定的轨迹运动，形成一种新的能量很强且主要集中在地表附近的波动，该波动成为瑞利面波。
在以往常规人工地震勘探中，通常取一种波而弃其它波，而对无处不在、避之不及、能量最强的面波(主要是基阶瑞利波)总是被当做干扰波加以压制和提出。而上述的地震波，不管是被当做有效波的体波，还是被视为干扰波的面波，它们都携带者所经过介质的地质信息，单一地震波勘探方法是对其他地震波所得地质信息的一种浪费(尤其是把面波当做干扰波而进行压制和剔除)。随着计算机和电子技术的迅猛发展，多道瞬态面波技术得到突破性发展和广泛应用，改变了面波在地震勘探中作为干扰波的认识，实现了岩土工程薄层高分辨高精度勘探的目的。
优选地，步骤二中的地球物理勘探包括：首先在所述检测范围内利用高密度地震映像技术获得异常体在平面上的分布情况；然后再利用多道瞬态面波技术获得异常体的埋深、厚度和横波波速。
其中，优选地，所述高密度地震映像技术的应用包括：根据步骤一所确定的所述检测范围设置第一检波器和第一激发点；在所述激发点激发震源，通过所述检波器检测和记录所述震源产生的弹性波的波形；根据所述检波器的检测结果分析异常体在平面上的分布位置。
具体地，通过分析波形的振幅、频率和形态特征获取观测***的最佳窗口，再根据第一检波器在步骤一所确定的检测范围的全部记录结果，通过分析和记录波形的变化确定异常体在平面上的分布位置。其中，该第一检波器指用于检测地震映像的波形的检波器，并且该第一检波器的数量可以根据实际需要设置。
优选地首先在勘探场地进行展开检波器的排列试验，目的是为了了解各波时顺序和接收的地震波对地下目的物的反应情况，以便确定工作方法，试验场地应选择在已有地质资料的地方。
地震映像法排列可采用浅层地震反射法的排列方法，一般采用1-3道排列，每道可采用不同频率的检波器，目的是观察在不同接收频率的情况下，道间距可设置为5-10m或更大，目的也是为了选择不同的偏移距对比，提高工作效率。偏移距可根据探测的深度进行试验确定，探测深度小，偏移距就小，反之探测深度大，偏移距就大，一般在5-20m之间。有时为了探测很浅的地下目的物，可用很小的偏移距和很小的移动点距，有资料显示，探测地下1米以内的埋藏物，用0.25m点距，可清楚地显示埋藏物形状和深度。
第一检波器一般直接***土中，如果在抛石坝上或无土可插的情况下，可以在检波器位置安放一些压实的土或用石膏固定检波器。
锤击能量和激发频率方法可以通过试验确定，例如，一般对于深度在30m以内的地下目的物探测，使用12-20磅大锤人工冲击安放于地面的铝合金或铁合金等高强度垫板，即可获得满意的激发效果，垫板的外形一般可采用边长25-30cm的正方形。
为了降低随机干扰噪声及增强激发能量，在每个激发点可重复激发、采集叠加，每次激发后激发点和检波器排列向前移动一定的距离(点距)，重复上述过程直至一个剖面采集完成。
与常规的反射波地震勘探一样，地震映像法也需选用最佳偏移距，所谓最佳偏移距是指激发点到某个检波器之间的距离，如果有多个检波器，这时候就选择各个检波器到激发点的距离，目的是为了各个检波器获得地下目的物的有效波，提高地震映像法的信噪比。从多波地震时间剖面上可以看到，面波、折射波、声波、反射波由于传播速度不同，在时间剖面上互相分离，因此可选择不同的偏移距来利用某种需要的波，将其他不需要的波作为干扰波进行压制。
优选地，通过所述第一检波器检测并记录同相轴的各子波波形的连续性、频率和振幅能量的变化，并在此基础上结合已有资料综合分析异常体在测线位置的分布范围，然后再圈定异常位置加密测网，准确获得异常体在平面上的分布情况。
然后再利用多道瞬态面波技术。优选地，所述多道瞬态面波技术的应用包括：根据所述高密度地震映像的检测结果，在所确定的异常体在平面上的分布范围内设置第二多道瞬态面波探测点和第二激发点；在所述第二激发点激发震源，通过所述第二多道瞬态面波探测点检测和记录所述震源产生的弹性波的波形；根据所述第二多道瞬态面波探测点的检测结果分析异常体的埋深、厚度和横波波速。
具体地，第二多道瞬态面波探测点为沿测线方向布置的24个检波器，并且每个检波器与连接线上设置的24道接头相接，并且该24个检波器设置在该第二激发点的前方。
当在地表激发地震波后，沿测线布设检波器接收并记录体波和面波所引起的地面振动情况以及波从震源出发至地面各接收点的传播时间。从多道地震记录各波形同相轴的分布形态(面波振幅能量最强、波形频率低)，提取面波的频散数据，对于层状的地层，再由频散的数据进一步反演出地层的剪切波速分层界面，达到面波勘探的目的。
因此，优选地，通过所述第二多道瞬态面波探测点检测并记录面波中同相轴的各波形在地震记录图中的分布形态，提取面波的频散数据。然后利用多到瞬态面波技术，获得异常体的埋深和厚度，以及横波波速。
优选地，在步骤二中，利用24磅大锤人工激发震源。
以上所述的物探方法不需要在坝体上打孔等，因此不会损坏坝体，可以在汛期等阶段进行施工，以确定异常体的位置。随后，在步骤三中，可以对异常体进行取样分析，以确定异常体所存在的安全问题。
优选地，在汛期后对坝体的异常体进行取样试验并分析该试样的物理参数。通常地，在汛期后，选择一些典型的异常体进行勘探或者坑探取样，然后对试样进行室内土工试验以获得该试样的物理参数。优选地，在步骤三中，所述物理参数包括含泥量、密实度、颗粒成分、塑性指数。
最后，步骤四，优选地，通过所述步骤二获得的物探结果和/或步骤三的物理参数判断异常体的分布、类型和安全隐患。具体地，优选地，在步骤四中，将所述异常体的物理参数与同相轴的波形特征、地层的面波波速作相关性分析，求取其对应关系，以此对所述异常体的分布、类型和安全隐患做出判断。
利用步骤三中获得的异常体的物理参数，通过列表对照分析其对应异常段的高密度地震映像的波形的连续性、地震波走势、波形的频率范围、波形的振幅能量等特征，并结合多道瞬态面波勘察所获得各层的横波波速，综合判断异常体的颗粒成分、含泥量、密实度等参数，据此推断异常体的分布、类型和安全隐患。最后通过多道瞬态面波的频散曲线的拐点、斜率、频散点的疏密程度等划分各地层的界线和厚度，推断异常体的埋深和厚度，并根据面波等的速度剖面图确定异常体的分布范围。
下面以斋堂水库除险加固工程的安全鉴定阶段的施工为例，对本发明的检测方法进行介绍。
首先，根据本发明的检测方法的步骤一，在收集斋堂水库现有资料的基础上，通过现场踏勘和调查，初步了解到水库上游坝坡的施工质量较差，在水位波动位置，曾经出现过坝坡垮塌事故，据此确定检测范围为上游坝坡，物探测线按网格状布置。
在上游坝坡上部，通过分析已有资料可以判断，该位置坝体存在安全隐患较少，因此物探测线间距设置较大，而在坝坡中下部，测线间距缩小一半。
在现场勘探过程中，发现地震映像记录在检波器的桩号0+120～0+186处地震波形出现明显异常，如图2所示。为此，在该测线两侧又加密测线，并且对异常位置增加横向测线。通过对各测线的地震映像记录中同相轴映像的连续性、波形的频率、振幅的能量等变化情况进行分析，准确圈定异常体在平面上的分布范围。根据高密度地震映像推断的结果，在有异常的测线上布设多道瞬态面波，通过对面波频散曲线的解释，获得异常体的埋深、厚度和横波波速，最后再结合收集的已有资料，初步推断该异常体为不良地质体，施工质量较差，是造成当时坝坡垮塌的原因。
在汛期后，选择一些典型的异常体进行勘探或坑探取样，然后对试样进行室内土工试验。通过分析试样的含泥量、试样密实度、颗粒成分、塑性指数等指标，与映像同相轴的波形特征及各层的横波波速变化相结合，建立对应关系，获取资料解释的参数。
利用上述土工试验所获得的物理参数，通过列表对照分析其对应异常段高密度地震映像波形的连续性、地震波走势、波形的频率范围、波形的振幅能量等特征，并结合多道瞬态面波勘察所获得各层的横波波速，综合判断异常体的颗粒成分、含泥量、密实度等参数，据此推断异常体的类型和安全隐患等级。最后通过多道瞬态面波频散曲线的拐点、斜率、频散点疏密程度等划分各地层的界限和厚度，推断异常体的埋深和厚度，如图3，并根据面波等速度剖面图确定异常体的分布范围，如图4。
上表为根据步骤三对坝体钻孔和试验的资料以及相对应的物探结果解释资料的对照表。
本发明的坝体安全鉴定的检测方法的步骤中包括利用地球物理勘探的方法确定坝体上异常体的分布，然后再对确定异常的部位进行勘探取样并对样本进行试验，根据试验数据以及勘探结果来对坝体进行安全鉴定。通过上述技术方案，能够提高检测的精度和效率，而且能够避免对坝体的大范围勘探，减少了工程量、提高了检测效率和准确度，还能够避免了因在坝体上大范围地打孔取样而对坝体造成的损害。
以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。
Claims (10)
1.一种坝体安全鉴定的检测方法，其特征在于，该检测方法包括：
步骤一：确定坝体的检测范围；
步骤二：在所述检测范围内进行地球物理勘探，以确定坝体上异常体的分布；
步骤三：在汛期后对坝体的异常体进行取样试验并分析该试样的物理参数；
步骤四：通过所述步骤二获得的物探结果和/或步骤三的物理参数判断异常体的分布、类型和安全隐患。
2.根据权利要求1所述的检测方法，其特征在于，
步骤一中的检测范围是根据建立水库的资料和水库运行期间的观测资料，再结合现场踏勘和调查结果进行综合判断而确定。
3.根据权利要求1所述的检测方法，其特征在于，步骤二中的地球物理勘探包括：
首先在所述检测范围内利用高密度地震映像技术获得异常体在平面上的分布情况；
然后再利用多道瞬态面波技术获得异常体的埋深、厚度和横波波速。
4.根据权利要求3所述的检测方法，其特征在于，所述高密度地震映像技术的应用包括：
根据步骤一所确定的所述检测范围设置第一检波器和第一激发点；
在所述第一激发点激发震源，通过所述第一检波器检测并记录所述震源产生的弹性波的波形，然后沿测线每隔1米同时移动第一激发点激发震源和第一检波器；
根据所述第一检波器在同一测线上的检测结果，综合判断并分析异常体在平面上的分布位置。
5.根据权利要求4所述的检测方法，其特征在于，通过所述第一检波器检测并记录同相轴的各子波波形的连续性、频率和振幅能量的变化。
6.根据权利要求3所述的检测方法，其特征在于，所述多道瞬态面波技术的应用包括：
根据所述高密度地震映像的检测结果，在所确定的异常体在平面上的分布范围内设置第二多道瞬态面波探测点和第二激发点；
在所述第二激发点激发震源，通过排列上24道检波器检测和记录所述震源产生的弹性波的波形；
根据所述排列上24道检波器的检测结果分析第二多道瞬态面波探测点获得异常体的埋深、厚度和横波波速，然后在异常范围内每隔6米同时移动第二多道瞬态面波探测点和第二激发点震源。
7.根据权利要求6所述的检测方法，其特征在于，通过所述第二多道瞬态面波探测点24道检波器检测并记录面波中同相轴的各波形在地震记录图中的分布形态，提取面波的频散数据。
8.根据权利要求3所述的检测方法，其特征在于，在步骤二中，利用24磅大锤人工激发震源。
9.根据权利要求3所述的检测方法，其特征在于，
在步骤四中，将所述异常体的物理参数与同相轴的波形特征、地层的面波波速作相关性分析，求取其对应关系，以此对所述异常体的分布、类型和安全隐患做出判断。
10.根据权利要求1所述的检测方法，其特征在于，
在步骤三中，所述物理参数包括含泥量、密实度、颗粒成分、塑性指数。
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