堤壩管涌滲漏流場擬合法理論及應(yīng)用研究.pdf

1、地球物理勘探技術(shù)在堤壩管涌滲漏無損探測中所發(fā)揮的作用越來越重要,但由于地球物理探測技術(shù)是一種間接勘探方法,有其應(yīng)用的條件性、局限性和多解性,尤其是對埋深較大而空間尺寸相對較小的管涌滲漏通道的探查,現(xiàn)有勘探方法在可靠性和時效性等方面存在不足,很難用于汛期緊急搶險中。本文選題來源于國家自然科學(xué)基金委員會與長江水利委員會聯(lián)合資助重大項目《洪水特性與減災(zāi)方法研究》(項目編號：50099620)以及科技部項目《堤壩隱患快速探測技術(shù)及裝備研究》(項

2、目編號：2000年科學(xué)事業(yè)費農(nóng)業(yè)與社會公益專項),基于何繼善院士提出的堤壩管涌滲漏流場擬合探測法基礎(chǔ)上,論文對流場擬合法理論和工程應(yīng)用進行了系統(tǒng)的研究,為流場擬合法探測系統(tǒng)的優(yōu)化和升級奠定了基礎(chǔ)。全文主要研究內(nèi)容包括水流場與電流場擬合理論研究、堤壩管涌滲漏流場擬合法探測數(shù)值模擬、流場擬合法物理模擬研究以及流場擬合法在復(fù)雜條件下的工程應(yīng)用研究。
　　 在水流場與電流場擬合理論研究中,通過對流場擬合法基本原理的推導(dǎo),從理論上分析確認

3、了水流場和電流場的相似性。通過解析分析,論證了通過固定點源電流場擬合管涌滲漏水流場的合理性,根據(jù)這一結(jié)果,從理論上證明了幾種理想情況下電流密度與水流場速度分布的擬合關(guān)系,這是數(shù)值模擬計算和堤壩管涌滲漏擬流場探測技術(shù)的基礎(chǔ)。
　　 在堤壩管涌滲漏流場擬合法探測數(shù)值模擬中,提出基于ANSYS平臺溫度場來模擬電流場,算例結(jié)果表明ANSYS溫度場計算精度完全達到模擬要求。通過對堤防大壩管涌滲漏的擬流場法探測數(shù)值模擬,討論了電流密度三分量

4、和矢量場異常形態(tài)特點,得出了如下特征：X分量在滲漏入水口部位會產(chǎn)生一個雙極性異常；Y分量和Z分量存在極值；在水底測量靈敏度最好,測量效果最好；Z分量區(qū)分滲漏異常的效果最好；電流密度矢量匯聚于滲漏入水口部位。在此基礎(chǔ)上,分析了水底局部低阻體、傳感器傾斜、遠極距離以及滲漏通道電性參數(shù)對探測結(jié)果的影響,為野外實際查漏工作提供了理論支撐。
　　 在堤壩管涌滲漏流場擬合法探測物理模擬研究中,通過室內(nèi)模型試驗完成了電流密度的三分量測量試驗分

5、析,試驗結(jié)果與數(shù)值模擬計算結(jié)果相一致。通過野外試驗場地模擬試驗,獲得了電流密度Z分量的空間分布特征,試驗結(jié)果與數(shù)值模擬結(jié)果相吻合。從而通過物理模擬試驗進一步證明了水流場異常和電流密度異常的相關(guān)關(guān)系,為方法技術(shù)的生產(chǎn)試驗和儀器裝備的研發(fā)升級奠定了基礎(chǔ)。
　　 復(fù)雜條件下流場擬合法工程應(yīng)用研究選取了瀏陽市株樹橋水庫滲漏、漢壽縣閣金口閘特大管涌以及洪澤湖大堤管涌等三個典型案例,應(yīng)用DB系列堤壩管涌滲漏探測儀準確地探查出了管涌滲漏的入水

6、口部位,為這些工程的及時治理提供了依據(jù)。眾多成功應(yīng)用的工程實例,表明流場擬合法能夠用于地質(zhì)地球物理條件復(fù)雜的水庫查漏、汛期惡劣條件下江河堤防管涌滲漏的快速探測,同時也為儀器的定型及批量生產(chǎn)提供了依據(jù)。
　　 通過對流場擬合法的理論研究、數(shù)值模擬、物理模擬試驗以及工程應(yīng)用研究,表明流場擬合法是一種抗干擾能力強、工作效率高、分辨率高的堤壩管涌滲漏探測方法,根據(jù)流暢擬合法研制生產(chǎn)的儀器裝備適用于各種工作條件下堤壩管涌滲漏的快速探查任務(wù)