基于示蹤法的土石壩裂縫發(fā)育深度檢測(cè)及成因分析

胡濤 賈軍 陸俊 范向前 董茂干

摘要：根據(jù)探地雷達(dá)的檢測(cè)原理，引入與土體介電常數(shù)差異較大、具有強(qiáng)烈反射性的示蹤劑，結(jié)合探地雷達(dá)技術(shù)來(lái)檢測(cè)某黏心墻土石壩裂縫的發(fā)育深度。通過(guò)對(duì)灌入示蹤劑前后探地雷達(dá)檢測(cè)剖面圖像裂縫深度的對(duì)比分析，發(fā)現(xiàn)裂縫深度檢測(cè)值提高了20%～50%。通過(guò)對(duì)壩體監(jiān)測(cè)資料中壩體變形、庫(kù)水位和裂縫開(kāi)度進(jìn)行相關(guān)性分析，發(fā)現(xiàn)土石壩正常運(yùn)行情況下，壩體前后變形、水平豎向變形的不一致會(huì)引起壩體的開(kāi)裂，庫(kù)水位的變化是導(dǎo)致土石壩壩體開(kāi)裂的主因。通過(guò)對(duì)壩體的裂縫發(fā)育深度的檢測(cè)以及裂縫成因分析，為土石壩工程的管理和維修加固提供了科學(xué)的決策依據(jù)。

關(guān) 鍵 詞：裂縫; 示蹤法; 探地雷達(dá)技術(shù); 相關(guān)性分析; 土石壩

裂縫是十分常見(jiàn)的一種險(xiǎn)情，由于裂縫的衍生擴(kuò)展，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)承載力和安全穩(wěn)定性降低，結(jié)構(gòu)壽命減短，嚴(yán)重的會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)整體的失效破壞，造成巨大的財(cái)產(chǎn)損失和人員傷亡，因此對(duì)裂縫的發(fā)育深度和成因分析，及時(shí)掌握結(jié)構(gòu)的安全狀態(tài)具有重要的實(shí)際意義。目前，裂縫的探測(cè)方法主要有：超聲波法、表面波法、探地雷達(dá)探測(cè)法和地震映像法[1]，以上各種裂縫探測(cè)方法，只能探測(cè)得知裂縫的大概位置范圍，不能對(duì)裂縫的發(fā)育情況進(jìn)行詳細(xì)地描述，特別是對(duì)結(jié)構(gòu)危害性較大的裂縫發(fā)育深度無(wú)法準(zhǔn)確探測(cè)。本文通過(guò)南京水利科學(xué)研究院開(kāi)發(fā)的裂縫深度示蹤法檢測(cè)技術(shù)[2]，將示蹤劑注入壩體裂縫中，采用探地雷達(dá)技術(shù)[3]結(jié)合監(jiān)測(cè)示蹤劑在裂縫中的流動(dòng)狀態(tài)，檢測(cè)裂縫的真實(shí)發(fā)育深度。

裂縫發(fā)育深度的檢測(cè)能對(duì)裂縫做更好的表現(xiàn)性描述，但是僅憑檢測(cè)結(jié)果很難對(duì)壩體結(jié)構(gòu)的安全狀態(tài)進(jìn)行評(píng)估分析[4]。本文結(jié)合壩體的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，通過(guò)相關(guān)性分析[5]，對(duì)裂縫成因進(jìn)行分析，及時(shí)了解壩體結(jié)構(gòu)的安全狀態(tài)，可為壩體工程維修、加固決策提供更為科學(xué)的依據(jù)。

1 探地雷達(dá)工作原理

探地雷達(dá)基于探測(cè)目標(biāo)體與周?chē)橘|(zhì)間存在的介電差異，向目標(biāo)體發(fā)射定向高頻（106～109Hz）脈沖電磁波，當(dāng)高頻電磁波傳播過(guò)程中遇到有電性差異的界面或目標(biāo)體時(shí)，就會(huì)發(fā)生反射和散射，通過(guò)分析來(lái)自截面或目標(biāo)體反射回來(lái)的電磁波強(qiáng)度、波形、往返旅行時(shí)間、振幅、頻率和相位特征，來(lái)判斷電磁波所通過(guò)介質(zhì)的屬性，達(dá)到確定目標(biāo)體性質(zhì)[6]。目前探地雷達(dá)技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于質(zhì)量缺陷檢測(cè)[7-8]、工程地質(zhì)勘察[9]和地質(zhì)災(zāi)害預(yù)報(bào)[10-11]等領(lǐng)域。

4 結(jié) 語(yǔ)

本文通過(guò)理論分析和工程實(shí)踐，表明探地雷達(dá)技術(shù)綜合監(jiān)測(cè)示蹤劑在裂縫深度檢測(cè)時(shí)，能獲得更真實(shí)的裂縫發(fā)育深度，裂縫檢測(cè)深度明顯提高，且對(duì)于土石壩土石裂縫的檢測(cè)也具有適用性，解決了目前土石壩裂縫無(wú)損檢測(cè)的空缺。通過(guò)對(duì)壩體的裂縫成因分析，和壩體壩前壩后變形、庫(kù)水位和裂縫開(kāi)度進(jìn)行相關(guān)系數(shù)的計(jì)算，表明土石壩庫(kù)水位的變化會(huì)引起壩體壩前土體的壓縮變形，導(dǎo)致壩體壩前壩后的沉降和水平位移不一致，引起壩體開(kāi)裂。

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（編輯：劉 媛）