地震波CT在塑性混凝土防渗墙检测中的应用.pdf
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1、第 3 4卷第 1 期 2 0 1 3年 2月 华北水利水 电学院学报 J o u r n a l o f N o rth C h i n a I n s t i t u t e o f W a t e r C o n s e r v a n c y a n d Hy d r o e l e c t r i c P o we r Vo 1 3 4 NO 1 Fe b2 01 3 DOI : 1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 0 0 25 6 3 4 2 01 3 0 1 0 2 0 地震 波 C T在 塑性 混凝 土防渗墙检测 中的应用 孙文怀 , 刘 伟 ,李长征 , 张清明
2、, 王 锐 。 ( 1 华北水利水 电学院 , 河南 郑州 4 5 0 0 4 5 ; 2 黄河水利科学研究院 , 河南 郑州 4 5 0 0 0 3 ; 3 黄河水利委员会 基本建设工程质量检测 中心 , 河南 郑州 4 5 0 0 0 3 ) 摘 要 : 针对地下隐蔽工程 塑性混凝土防渗墙的特点 , 采用 电火花作 为震 源的地震 波 C T技术对 某水利工程 塑 性 混凝 土防渗墙 的质量进行无损检 测 , 并对部分墙体进行钻孔 取芯和注水试 验验证 结果表 明 : 地震波 C T 技术用于防渗墙质量无损检测可直观地反映墙体 介质分 布的连续 性 , 并 可有效 地分辨墙 体可能存 在
3、的质 量 缺陷 , 在 防渗墙质量无损检测 中具有广 阔的应用前景 关键 词 : 塑性混凝土 ; 质量检测 ; 地震波 C T; 电火花震源 中图分类 号: P 6 3 1 4 ; T V 6 9 8 1 文献标识码 : B 文章编号 : 1 0 0 25 6 3 4 ( 2 0 1 3 ) 0 1 0 0 8 3 0 3 塑性混凝土防渗墙作为地下隐蔽工程 , 在水利 工程建筑物的稳定 、 防渗、 截流等方面起着至关重要 的作用 由于其施工工艺复杂, 质量控制和检测的制 约因素也相对较多 , 我国水利部门于 2 0世纪 8 0年 代在 防 渗 墙 质 量 无 损 检 测 中 引 入 了 地 震
4、 波 C T ( C o m p u t e r i z e d T o mo g r a p h y ) 技 术 它 主要 是 利 用 地震 波波 速与 介质 力 学 性 质 之 间密 切 的关 系 , 来 获 得地 下介 质 中地震 波速度 的空 间分 布 , 进 而全 面 、 细 致地反映探测 区域异常体的大小 、 形态及空间分布 在将 近 3 0年 的发展历 程 中 , 此 项技术 得 到 了不 断 的 完 善 , 激发震 源 由最 初 的炸 药震 源发 展 到 现 在 的 大 功率 电火 花震 源 , 大大 减 小 了对 塑 性 混 凝 土 防 渗 墙 的损 坏 , 提高 了检测 的
5、精 准度 电火 花震 源利 用 电 容充电, 在激发井充满水的情况下释放高压电, 形成 图 1观测 系统 示 意 图 把每一条射线 的激发点坐标 、 接收点坐标和地 震波初至时间输入计算机, 使用 弹性波 C T专用反 “ 水 电效应” 从而产生地震波 笔者采用 电火花作为 震源的地震波 C T技术对 塑性混凝土 防渗墙 的质量 进 行无 损检 测 1 地震波 C T技术检测 防渗墙质量原理 电火 花震 源又 称 为“ 液 电效应 ” , 它 是利 用 电容 储存电能, 通过高压电缆及 电火花在井下充水的条 件下释放 电能, 把电能转化为脉冲力 , 就形成了人工 地震波 通过地震波 C T对被
6、检测 防渗墙墙体进 行 扫描 , 如 图 1所 示 , A, B 为 同 一 平 面 内的 2个 钻 孔 , 在 A孔 个位 置激 发 地震 波 , 并 在 曰孔 中 个 等问隔位置接收 , 在两孔之间作出大量交叉的地震 波射 线 , 得 到多 个地 震波旅 行 时 , 以及 各旅 行时 在检 测体 内部不同介质的初至时间波形图, 如图 2所示 图 2 地 震波旅行 时示意图 演软件 , 将断面之间划分为 M N个混凝土小单元 , 经计算机多次迭代拟合运算 , 得到断面上各混凝土 收稿 日期 : 2 0 1 2 0 8 2 9 基 金项 目: 水利公益性行业专项资助项 目( 2 0 0 9 0
7、 1 0 5 3 ) 作者简 介 : 孙文怀 ( 1 9 6 1 一 ) , 男 , 河北张家 1:3 人 , 教授 , 硕导 , 主要 从事地质工程与岩土工程方面的研究 8 4 华北水利水 电学院学报 2 0 1 3年 2月 单元的地震波速度 试验研究表明 , 在塑性混凝土配 合 比一定 的情 况下 , 地 震 波 在 塑性 混 凝 土体 中的 传 播速度与塑性混凝土的浇筑质量高度相关 , 凝 固好 、 密度大 、 强度高 的区域波速高 ; 密度小 、 强度低 、 夹 泥、 空洞等严 重缺陷区域波速低 由此 可根据断 面地震波速度及分布情况评价混凝土的质量 , 并查 找 内部缺 陷及其位 置
8、 2 应用实例 2 1工程概 况 某水利 枢纽 工 程 为 大 (I I ) 型 , 主 要 由大 坝 、 溢 洪道 、 泄洪洞、 灌溉引水发 电洞、 电站厂房等建筑物 组成 坝址为软土地基 , 采用塑性混凝土防渗墙解决 地基和坝肩的渗透稳定问题 , 塑性混凝土设计指标 见表 1 根 据设 计 任 务 需求 , 进行 了左 、 右坝 肩 4个 断 面 ( z一1 , z一 2 , Y一1 , Y一2 ) 的检测 , 见表 2 表 1 塑性混凝土设计参数 名称 技 术 指标 墙深 墙宽 渗透系数 渗透 比降 弹性模量 地震波波速 抗 压 强 度 3 04 0 m 6 0 c m n 1 0- c
9、 ms 5 0 5 0 0 2 0 00 MP a 1 9 00 ms 1 5 5 O MPa 表 2截渗墙断面参数 断面 起止桩 号 深度 m 宽度 m 面积 m 2 2野外 工作 方法 施工现场激发设备采用大功率 HX D H H电火 花震 源 , 接 收设 备 采 用 重 庆奔 腾 WZ G一2 4 A 型 2 4 通道 的数 字地震 仪 , 配置两 串各 1 2道压 电式检 波器 串 , 共计 2 4道 , 检 波器 道 间距 为 2 m, 在 进 行 地震 波 C T检测前使用美国 S I N C O测斜仪测量钻孔的垂直度 根据 水 利 水 电 工 程 地 质 勘 察 规 范 ( G
10、 B 5 0 4 8 7 -2 0 0 8 ) 要求 , 该 工程 中激 发孔 和 接 收 孔 均 为 2 0 m左 右 , 采 用激 发孔一 点激 发 、 接 收孔 l 2道 检 波 器接收的规则系统地进行检测 为提高检测效率 , 在 施工现场采用中间孔激发 , 两端孔 同时接收的方式 进行 检测 , 如 图 3所 示 在 激发孔 A孔 内进 行 电火花 地震波释放 , , 和 每个接收孔各有 1 2道检波器 接收地震波, 共计 2 4道 开始检测时 2 4个接收点先 不动 , 依次移动激发点 , 采用错动 1 i n的方式实现 1 m间距 的地震 波 C T测试 , 直 至 完成 2 4个
11、 点 的 扫 描任 务 , 而后 再移 动 整 个 接 收 点 , 如此 循 环 , 直 至 完 成整个剖 面的地 震波记录 。 凸 接 寸 激 接 收 发 收 孔 孔 孔 I L 图 3墙 体 检 测 孔 位 置 示 意 图 2 3 数据 处理 现 场数 据 采集 后 , 根 据外 业 所测 数据 利 用计 算 机 技术 反演被 测 防渗 墙体 内 的速 度场 , 其 核 心任 务 是 建立 和解算 一种超 大型 、 稀疏 多元线性 方程 组 , 通 过二级阻尼 S I R T算法, 选用直线 、 弯曲射线两种方 法成像 , 统计 出地震波在塑性混凝土体内的波速大 小 、 分 布 , 得 到
12、断 面波速等值 线 图及色谱 图 2 4结果分 析 根据表 1工 程设 计 要 求 , 在龄 期 达 到 2 8 d后 , C 1 5塑性 混凝 土纵 波 波 速 应 1 9 0 0 m s 现 对 左 、 右两 岸 4个 断面结 果分 析如下 2 4 1 左 岸 Z一1和 Z一2段 Z一1段 剖 面 , 孔 间距 1 9 IT I ,C T地震 波 等 值 线 及 色谱 图 如 图 4所 示 由图可 以看 出 , 3 2 m深 度 以 上 部 位 波速 较 高 ( 1 9 0 0 m s ) , 而且 波 速 比较 均 匀 , 表 明这 部分墙 体 浇筑质量 符合设 计要 求 但 在此 断面
13、底部 3 2 m深度 以下部位 出现一低速带 ( 1 8 0 0 m s 左 右 ) , 初步 判 断 在 该 区域 底 部 混凝 土 可 能存 在质 量 缺 陷 图 4左岸 Z一1段墙体 结果图( 单位: m s ) 对 于 z一2段 墙 体 , 孔 间 距 为 2 0 8 m, C T地震 波等值线及色谱图如图 5所示 由图可以看出, 整个 第 3 4卷第 1 期 黄银 伟 , 等 : 某高速公 路边坡稳定性分析及治理 8 9 3 ) 护坡防治措施可采用喷生态混凝土 , 既可以 起到护坡作用 , 防止雨水的渗入, 又可以获得绿化的 效果 4 ) 在边坡治 理的基础上 , 结合 工程地质 、
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