用于改善硬化堤坝接触的装置及隐患体的电成像定向检测方法

摘要

本发明涉及堤坝隐患检测领域，具体是一种并行电法应用于硬化堤坝隐患探测方法和装置，用于改善硬化堤坝接触的装置，包括电法仪所用电极，所述电极内部骨架是由铜棒和输液导管构成，电极中间位置的外部依次包裹有导电海绵和导电绒布。本发明采用充电式电锤对硬化堤坝表层钻孔，现场作业方便，操作灵活，劳动强度低，应用环境广，同时钻孔孔径较小，方便后期堤坝硬化表层修复工作。

权利要求

1.用于改善硬化堤坝接触的装置，包括电法仪所用电极，其特征在于：所述电极内部骨架是由铜棒和输液导管构成，电极中间位置的外部依次包裹有导电海绵和导电绒布；所述铜棒为圆柱状，铜棒的底端为锥状尖头；

其使用步骤如下：

1）采用充电式电锤对堤坝硬化表层的钻孔作业；

2）将电极插入孔内；

3）利用喷壶通过输液导管的注液孔向钻孔内注入离子溶液，离子溶液能够从电极装置与孔壁之间的间隙中流向钻孔底部或孔口，进而保证了电极与周围介质的耦合；

4）利用双夹头导线连接电极和多芯测试电缆进行检测。

2.根据权利要求1所述的用于改善硬化堤坝接触的装置，其特征在于：所述输液导管通过细铜丝固定在铜棒上，输液导管的底端开口被滤网包裹。

3.根据权利要求1所述的用于改善硬化堤坝接触的装置，其特征在于：所述输液导管上端注液孔处具有防渗的塑料螺母。

4.根据权利要求1所述的用于改善硬化堤坝接触的装置，其特征在于：铜棒的另一段两侧设有凹槽。

5.根据权利要求1所述的用于改善硬化堤坝接触的装置，其特征在于：所述铜棒长度

400mm，底端为长度10mm的锥状尖头，顶端距端头100mm的长度上对应两侧设有凹槽，输液导管、导电海绵和导电绒布位于铜棒的中间200mm长度段。

6.权利要求1-5任一所述装置的使用方法，其特征在于：步骤如下：

1）采用充电式电锤对堤坝硬化表层的钻孔作业；

2）将电极插入孔内；

3）利用喷壶通过输液导管的注液孔向钻孔内注入离子，离子溶液能够从电极装置与孔壁之间的间隙中流向钻孔底部或孔口，进而保证了电极与周围介质的耦合；

4）利用双夹头导线连接电极和多芯测试电缆进行检测。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：所述充电式电锤能在冲击、转动、冲击与转动工作方式下自由切换，支持正逆转向功能。

8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：所述喷壶上设有用于和输液导管上的塑料螺母连接的空心螺杆和加压装置。

9.一种用于硬化堤坝的并行电法定向检测装置，包括用于数据采集与处理的并行电法仪和权利要求1-5任一所述的用于改善硬化堤坝接触的装置，所述电法仪通过多芯电缆线与用于改善硬化堤坝接触的装置的电极连接。

10.一种用于硬化堤坝的并行电法定向检测方法，其特征在于：利用双夹头导线的一端连接权利要求1-5任一所述电极的顶端，另一端连接多芯电缆线上裸露的垫片，一根多芯电缆线上连接的64道电极构成一个测站，利用多芯电缆线端头与并行电法仪连接，并行电法仪对测站上各道电极的供电电流、自然电位、一次场电位和二次场电位进行收录；一次测量完成后，再进行下一站的数据采集工作。

说明书

用于改善硬化堤坝接触的装置及隐患体的电成像定向检测

方法

技术领域

[0001] 本发明涉及堤坝隐患检测领域，具体是一种并行电法应用于硬化堤坝隐患探测方法和装置，该发明改进了检测堤坝内部隐患的工作方法和电极与硬化表层的接触耦合方式，主要应用于堤坝、山塘、公路、跑道、建筑地面等表层硬化设施，以及基岩裸露的山体、巷道、基坑等天然或人工地质体。

背景技术

[0002] 堤坝是防洪工程体系的重要组成部分，是防御洪水的最后屏障。随其运行年限的增长，堤坝渗漏问题越来越突出。为了有效开展除险加固工作，准确标定出渗漏隐患的位置、范围、连通情况是很有必要的。通常开挖或钻孔检测方法能比较直接地发现隐患问题，但会对堤坝造成不可恢复的破坏，并且费用较高而检查效率却极低，特别是遇到突发险情时难以及时、快速提供隐患的地质信息。直流电法是一种无损快捷检测手段，相比于浅层地震法、探测雷达、瞬变电磁、自然电位等物探方法，物性差异明显、信息丰富、成本低廉、结果直观可靠，尤其可能直接的识别出渗漏异常，在堤坝排险查漏中应用较广泛。

[0003] 电阻率法是一种传导类的测试方法，不适用于堤坝表层被混凝土、块石等材料硬化后的环境。当前主要解决方案分为两类：一类是采用大面积机械或局部人工锤击破坏硬化堤坝表面，这种方法可以直接揭露出堤坝土体，但工作量大，劳动强度高，在一些偏僻的山塘查漏中应用局限性大，并且破碎表层修复成本也较高，属于有损破坏；二类如本申请人前面已申请专利(张平松,谭磊,王轩,等.一种硬质介质地电场快速测试装置[P].中国专利：204731425U,2015-10-28)的方法，是通过改进电极构架，促使电极与硬质介质紧密接触，有利于快速测试，但该发明仍未克服硬质介质对测试信号的干扰，并且装置不易携带，不易大量使用。

发明内容

[0004] 本发明为了解决当前直流电法用于硬化堤坝上安装电极困难的难题，提出了利用充电电锤在一定的间距位置上钻孔，把发明的电极装置插入孔中，利用喷壶通过注液孔向钻孔内注入离子溶液，保证了电极与孔壁、堤坝土体之间的耦合，利用双夹头导线连接电极和多芯测试电缆，利用并行电法仪进行数据的采集与处理，根据堤坝不同部位上多道测站的电阻率图像的联合比较分析，最终解译出隐患的位置、范围、连通性等地质信息，为除险加固提供技术支撑。

[0005] 首先，本发明提供了一种用于改善硬化堤坝接触的装置。

[0006] 用于改善硬化堤坝接触的装置，包括电法仪所用电极，所述电极内部骨架是由铜棒和输 液导管构成，电极中间位置的外部依次包裹有导电海绵和导电绒布。

[0007] 优选的，所述输液导管通过细铜丝固定在铜棒上，输液导管的底端开口被滤网包裹。

[0008] 优选的，所述输液管上端注液孔处具有防渗的塑料螺母。

[0009] 优选的，所述铜棒为圆柱状，铜棒的底端为锥状尖头，铜棒的另一段两侧设有凹槽。

[0010] 优选的，所述铜棒长度400mm，底端为长度10mm的锥状尖头，顶端距端头100mm的长度上对应两侧设有凹槽，输液导管、导电海绵和导电绒布位于铜棒的中间200mm长度段。

[0011] 另外，本发明提供了用于改善硬化堤坝接触的装置的使用方法，步骤如下：

[0012] 1)采用充电式电锤对堤坝硬化表层的钻孔作业；

[0013] 2)将电极插入孔内；

[0014] 3)利用喷壶通过输液导管的注液孔向钻孔内注入离子溶液；

[0015] 4)利用双夹头导线连接电极和多芯测试电缆进行检测。

[0016] 其中，所述充电式电锤可在冲击、转动、冲击与转动等工作方式下自由切换，支持正逆转向功能。

[0017] 所述喷壶上设有用于和输液导管上的塑料螺母连接的空心螺杆和加压装置。

[0018] 另外，本发明还提供了一种用于硬化堤坝的并行电法定向检测装置和方法。

[0019] 一种用于硬化堤坝的并行电法定向检测装置，包括用于数据采集与处理的并行电法仪和用于改善硬化堤坝接触的装置，所述电法仪通过多芯电缆线与用于改善硬化堤坝接触的装置的电极连接。

[0020] 用于硬化堤坝的并行电法定向检测方法，利用双夹头的导线一端连接用于改善硬化堤坝接触的装置的电极的顶端，另一端多芯连接电缆线上裸露的垫片，一根多芯电缆线上连接的64道电极构成一个测站，利用多芯电缆线端头与并行电法仪连接，并行电法仪对测站上各道电极的供电电流、自然电位、一次场电位和二次场电位进行收录；一次测量完成后，再进行下一站的数据采集工作。

[0021] 优选的，一个堤坝隐患体探测布置2～4道测站，布置位置集中在坝前坡、坝顶、坝后坡和后期防渗加固断面。

[0022] 下面对本发明做进一步描述：

[0023] 用于硬化堤坝内隐患体并行电法定向检测方法及装置，包括用于钻孔的充电式电锤，发明了易于与硬化堤坝耦合的电极装置和用于数据采集与处理的并行电法仪，具体分为以下几个部分：

[0024] 1.用于钻孔的充电式电锤：充电式电锤主要用于对堤坝硬化表层的钻孔作业，可在冲击、 转动、冲击与转动等工作方式下自由切换，支持正逆转向功能，拓展了使用范围；钻孔最佳直径范围为4～26mm，特别地，硬化表层需孔径25mm；工作长度范围为50mm～
400mm，特别地，硬化表层需最佳孔深100～300mm，具体根据硬化表层厚度自动调节；采用
36v可携带充电电池供电，一次充电完成，可钻上述特性孔30～40个，配置多块标准电池，可完成野外偏僻地区的硬化堤坝钻孔作业的需求。

[0025] 2.电极装置内部骨架：内部骨架是由一根圆柱状铜棒和输液导管构成。铜棒长度400mm，直径10mm铜棒一段打磨成长度10mm的锥状尖头，另一段距端头100mm的长度上对应两侧打磨成凹槽。一根直径为5mm的输液导管被细铜丝缠绕在上述铜棒上，输液导管的底端距铜棒底端尖头处100mm，开口被滤网包裹；输液管另一开口处具有防渗的塑料螺母。现场使用该发明电极装置的过程中，可通过输液导管向钻孔内部输送离子溶液，离子溶液可以从电极装置与孔壁之间的间隙中流向钻孔底部或孔口，进而保证了电极与周围介质的耦合。

[0026] 3.电极装置外部包装：电极装置在分别距两端100mm的中间段用导电海绵和导电绒布包裹，中间段长度200mm，利用导电海绵缠绕铜棒、铜丝以及输液导管，上述海绵具有吸水膨胀的功能；导电绒布包裹在最外层，具有极强抗磨损性能，主要为达到保护内部海绵及贴紧孔壁的效果。特别地，其中裸露的最底端100mm铜棒还具有采用人工锤击的方式向堤坝土层继续钻进的功能；特别地，其中裸露的最顶端100mm铜棒打磨成凹槽易于夹头连接。

[0027] 4.离子溶液注入方法：离子溶液相对于水导电能力更强，喷壶内充满了多种材料配置的混合离子溶液，利用输液导管上的塑料螺母和喷壶上的空心螺杆旋转连接；利用喷壶上加压装置和溶液自重，离子溶液由输液导管抵达导管底部开口处，通过滤网向钻孔内溢流，最终充满整个钻孔，进一步增强电极装置与硬化介质、堤坝土层之间的耦合效果。

[0028] 5.并行电法工作方法：利用双夹头的导线一端连接铜棒的凹槽部位，一端连接电缆线上裸露的垫片，一根多芯电缆线上连接的的64道电极构成一个测道，利用多芯电缆线端头与并行电法仪连接，并行电法仪对测站上各道电极的供电电流、自然电位、一次场电位和二次场电位进行收录；一次测量完成后，再进行下一站的数据采集工作。一般地，一个堤坝隐患体探测可布置2～4道测站，布置位置主要集中在坝前坡、坝顶、坝后坡等处，特别地，后期防渗加固断面上应至少布置一道。

[0029] 6.数据处理与解译：利用并行电法配套的软件一个测站的数据进行解编、去噪、坐标输入、测深校正等过程手段，成果以视电阻率等值线图表达出来；特别地，测试数据也可采用并行电法正反演手段，最终获取堤坝的真电阻率反演图像，进一步使异常区更加明显、收敛。进一步，把每个测站按照相应的测网空间位置拼接在一起，结合堤坝前期运行资料，进一步解译出引起堤坝隐患的产生原因以及堤坝隐患位置、范围、走向等特征信息，进而为后期除 险加固方案的设计提供有益的资料。

[0030] 本发明的优点：

[0031] 1.本发明采用充电式电锤对硬化堤坝表层钻孔，现场作业方便，操作灵活，劳动强度低，应用环境广，同时钻孔孔径较小，方便后期堤坝硬化表层修复工作。

[0032] 2.该电极装置内部采用铜棒骨架，在硬化堤坝使用过程中电极中间部位可以与硬化介质实现良好接触的同时，底部铜棒可以保证与堤坝土体良好的耦合效果，进一步该电极装置具有应用于硬化和普通堤坝面的双重功能，该电极采用模块化集成构制，携带方便，制作简单，价格低廉，施工快捷，循环使用能力强，可以达到现场规模化使用需求。

[0033] 3.采用由输液导管向孔底注入离子溶液，利用反循环式溶液流动工艺技术，充分保证电极与孔壁之间的充分耦合，大大降低了接地电阻，有效地降低硬化介质对地电数据的干扰，提高了测试信号的信噪比。

[0034] 4.采用具有拟地震化数据采集优势的并行电法测试技术，一次测量完成，可获得全电场作用下的海量数据体，提高了工作效率，增加了地质体的信息量，更加准确、有效的识别堤坝内部的隐患位置、范围、走向等特征信息，为后期除险加固方案的设计提供可靠的资料。

[0035] 5.该测试技术现场施工快捷、结果可靠，弥补了当前堤坝硬化表层电阻率法测试的弊端，采用多个断面测试的视电阻率或真电阻率结果立体化综合对比技术，提高了解译的可靠性。

附图说明

[0036] 图1是发明电极装置的内部骨架结构示意图，图2是用于硬化堤坝内隐患体并行电法定向检测装置的工作方式图。

[0037] 1―圆柱状铜棒；2―尖头；3―凹槽；4―输液导管；5―滤网；6―防渗连接螺母；7―细铜丝；8―钻孔；9―导电海绵；10―导电绒布；11―夹子；12―导线。

具体实施方式

[0038] 用于硬化堤坝内隐患体并行电法定向检测方法及装置，该发明针对当前堤坝被硬化后直流电法查漏工作难以安装电极的难题，提出了一种新的装置和检测方法，达到对堤坝隐患有效识别的目的。具体工作方式分以下几个方面：

[0039] 1.发明电极装置的骨架结构：如图1所示，该电极装置内部构架包括长度400mm的圆柱状铜棒1，柱状铜棒1的底端长度为10mm的圆锥状尖头2，圆锥状尖头2有利于插入地下介质；柱状铜棒1的另一端两侧被打磨成长度为100mm的凹槽3，凹槽3的作用是方便夹头11夹紧，以便更稳定的采集数据；细铜丝7把一个长度为200mm的输液导管4缠绕在铜棒1的中部，输液导管4的下方开口距铜棒1的圆锥状夹头2顶端的长度为100mm，离子溶液由喷壶经防渗连接螺母6进入输液导管4中，并由输液导管底部开口处流入钻孔，为防止开口 阻塞，在开口处增加滤网5。

[0040] 2.发明装置的外部设计：如图2所示，在圆柱状铜棒1，铜丝7，输液导管4的外层包裹导电海绵9，该导电海绵9具有吸水膨胀、持水的功能，有助于保证了发明装置与孔壁的较好的接触和较长时间的数据采集工作；进一步保护海绵9，在海绵9的外侧增加有具有导电和抗磨损性质的导电绒布10。

[0041] 3.该发明电极装置采用了模块化集成构架，现场使用中，只需把电极装置插入钻孔8中，利用双夹头的导线把电极与多芯电缆连接，特别地，导线12两端的夹头11一端夹住凹槽3，一端夹住多芯电缆线垫层；现场使用中要检查夹子与凹槽、垫片的连接情况，避免出现松动，造成信号不稳的情况发生。

[0042] 4.一种并行电法应用于硬化堤坝隐患探测方法和装置的工作方法：根据工作要求和现场工作环境，合理选择并行电法进行堤坝隐患探测。结合堤坝渗漏点出露的位置，在坝前坡、坝顶、坝后坡等部位布置2～4道电法测站，尤其在后期防渗加固的断面上应布置一道测线，测线长度应根据堤坝长度和探测目的综合考虑。测线测网设计完成后，在测点处利用充电式电锤向硬化堤坝钻进，钻孔孔径25mm，硬化表层孔深100～300mm左右。把电极装置插入孔中，特别地，当硬化表层较薄时，可利用铁锤锤击铜棒更深地进入土层。利用防渗螺母把喷壶中的离子溶液输入输液导管中，并由输液导管底部开口处流入钻孔内，为防止开口阻塞，在开口处增加滤网。当钻孔口有离子溶液溢出时，停止注入，利用双夹头导线把电极凹槽和电缆垫片相互连接，利用并行电法仪采集电法数据。

[0043] 5.利用并行电法配套的软件一个测站的数据进行解编、去噪、坐标输入、测深校正等过程手段，成果以视电阻率等值线图表达出来；特别地，测试数据也可采用并行电法正反演手段，最终获取堤坝的真电阻率反演图像，进一步使异常区更加突出、收敛。进一步，把每个测站按照相应的测网空间位置拼接在一起，结合堤坝前期运行资料，进一步解译出引起堤坝隐患的产生原因以及堤坝隐患位置、范围、走向等特征信息，进而为后期除险加固方案的设计提供有益的资料。