基于高密度电阻率法的水分迁移模型试验研究

在土工模型试验中,常用的应用于水分及溶质迁移过程量测的传感器量测、图像分析及取样分析等方法并不能充分满足三维、无损、实时的量测需求。高密度电阻率成像法为土工模型试验中三维、无损、实时量测需求提供了新的解决思路。基于高密度电阻率成像法发展一套适用于常规物理模型及超重力离心环境中土体电阻率测试设备和分析方法,并通过开展模型试验验证其应用于水分迁移过程量测的适用性及有效性。常规物理模型试验(1g)表明,该设备及方法能够获得模型土体中电阻率的三维时空分布,入渗过程中电阻率与含水率的分布及变化合理反映电阻率与含水率定性关系;在低有效饱和度区间,电阻率法具有很高的灵敏度。离心模型试验结果表明,重力水平的变化可导致水分在模型土柱中的分布发生显著变化;实时量测技术及分析方法可为土工离心环境中渗流及溶质运移过程的分析提供更为准确的依据。高密度电阻率成像法可以成功应用于常规物理模型及超重力离心环境中水分迁移过程量测,并保证一定的精度和灵敏度。     

土遗址墙体含水量与电阻率关系研究

 多孔介质电阻率的影响因素很多,对于特定结构的土遗址墙体,电阻率的变化取决于水分和温度的变化。对交河故城土遗址墙体夯土电阻率模型分析,结合改进的Archie模型,建立特定结构墙体电阻率模型,通过室内电阻率与含水量的关系试验,确定模型公式中的结构参数和土性参数。根据试验建立的墙体电阻率反演含水量关系式,采用高密度电阻率层析法,对交河土遗址现场试验墙体进行尝试性测试。测试结果论证了该模型公式的实用性,为土遗址文物本体水分运移监测中的实际应用奠定基础。     

高密度电阻率成像法监测静水中溶质运移过程

本文应用高密度电阻率成像法对静水中溶质运移过程进行了二维的监测研究。通过在50cm×40cm×30cm的水槽中,高密度地布置多个电极的方法,获得了水溶液中不同时间的二维平面上的视电阻率值。利用电导率与含盐量之间的线性关系,分析了溶质在水溶液当中的运移过程。对电阻率数据采用补修法进行了成像,图像所得结果表明溶质在水槽中是一种侧向扩散和垂向扩散的叠加,证实了高密度电阻率成像法在溶质运移过程监测中的有效性,为高密度电阻率成像法广泛应用于水体污染监测创造了条件。     

电阻率层析成像法监测系统在矿井突水模型试验中的应用

 为实现矿井突水过程中岩层断裂和渗流通道形成过程的实时监测和前兆信息捕捉,将三维电阻率层析成像法作为一种实时成像监测手段尝试引入到矿井突水模型试验的监测工作中。采用具有自动采集功能的电阻率层析成像监测系统,实现介质电阻率变化数据的实时动态监测。提出优化反演效率的计算方法,利用Cholesky分解法求解电阻率层析成像正演中的大型线性方程组,利用预条件共轭梯度法求解反演方程,由此建立三维电阻率层析成像实时反演方法,实现原始数据的快速反演和动态图像的实时输出。提出以电阻率层析成像法为主,结合原始视电阻率数据分析和关键点数据时程曲线分析的多参数监测分析方法。在试验过程中,利用层析成像法得到防突层裂隙产生、扩展直至贯通的实时动态图像,得到主要裂隙和渗流通道的产生位置、形成过程等信息,与实际情况基本一致。综合3种方法的分析结果,得出防突层发生突水断裂的诱因,并确定捉到确切前兆信息的最早时,该时刻比突水发生时刻提前998 s。模型试验证明,电阻率层析成像系统有效地反映岩层断裂及渗流通道的形成过程,成功地捕捉到一系列前兆信息,为突水灾害的及时预警预报提供重要参考。     

一种土体电阻率的近似模型及应用

把"双水模型"转化成土体的电阻率近似模型,该模型中各组份为并联联结。把土的导电组分分为孔隙水和土骨架,在土质相似的情况下,测得有限个土样的电阻率后,换算出孔隙水和土骨架的电阻率,即可用该模型公式直接计算其他土样的电阻率。这样在工程实践中,可以减少土体电阻率室内试验的工作量。在对四极法室内测土体电阻率的研究中发现,电极间距为4 cm时的测试值更加合理,在实际应用中宜采用此间距。     

水泥固化铅污染土的电阻率特性与经验公式

为探讨电阻率法在水泥固化重金属污染土性能评价中的应用潜能,室内配制人工铅污染土,采用水泥固化后测试其电阻率和无侧限抗压强度,分析固化土电阻率的变化规律,建立固化铅污染土的电阻率公式,并探讨电阻率与无侧限抗压强度的相关关系。试验结果表明,固化土电阻率随铅含量增大而减小,随着水泥掺入量和养护龄期的增加而增大,随着孔隙率和饱和度的减小而增大。提出了一个能够综合反映铅含量、水泥掺入量和养护龄期等因素对固化土电阻率影响规律的表征参数(nt·Pb100ew)/(aw·T0.5),用该参数替换Archie电阻率公式中的孔隙率,得到了水泥固化重金属污染土的电阻率经验公式,将Archie电阻率公式扩展应用到固化重金属污染土领域。固化土电阻率与强度之间近似服从幂函数关系。电阻率法是一种有效的重金属污染土固化效果评价方法,且其具有快捷、无损等优势,可推广应用。     

高密度电法在岩溶勘查中的应用

简要介绍了采用高密度电阻率法对建筑工程区内岩溶进行探测,获得了测区部位的视电阻率二维成像图,并通过对视电阻率二维成像异常形态、视电阻率等特征的分析,推断岩溶、洞穴、土洞的分布范围和埋深,与工程钻探证实吻合,取得了良好的地质效果。     

土的电阻率特性及其工程应用研究

在阐述电阻率层析成像理论的基础上,采用改进的MillerSoilBox进行土样的室内电阻率试验,根据4因素3水平正交试验得出影响土的电阻率变化的主次因素顺序是:含水率、孔隙水的导电性、饱和度、土的种类。依据大量试验数据,分析了电阻率与土的基本物理指标之间的相关性,建立一个基于推广阿尔奇公式的黏土电阻率模型。对实测结果进行电阻率层析成像,能较好地发现地下目标。     

考虑基质势影响的非饱和土水分运移规律测试系统研制

借助于国内外先进的吸力探头传感器、水分传感器、相应的采集系统、计算机系统和自加工的有机玻璃土样桶等,研制出国内外首台考虑基质势影响的非饱和土水分运移规律测试装置。其结构简单,设计新颖,实用可靠,操作简单方便,能够将不同初始体积含水率的土样的水分运移变化情况,全面的进行数据化的统计、比较,并能够得出可靠的试验数据,能够定量研究不同基质势土样相互接触(水气混合)或不接触(气态水)时非饱和土中不同基质势对水分运移的影响规律;定量研究不同基质势、不同断面和不同时期非饱和土中水分变化和运移情况;直接、实时量测同一断面非饱和土在不同基质势作用下的非饱和土土水特征曲线,解决了非饱和土土水特征曲线无法直接量测或量测不准确的难题;量测范围广,适合多种非饱和土基质势组合时的量测,对基质势影响下的非饱和土水分运移规律做出数据化的展现,能够作为岩土工程、交通工程、水利工程和农业工程相关研究领域的可靠工具。     

河水渗流对旱季砂土区杆塔接地电阻的影响研究

为研究旱季砂土地区河水渗流对附近杆塔接地电阻的影响,采用实验结合有限元方法研究了渗流的发展规律及土壤电阻率分布,在CDEGS中构建接地模型,计算渗流存在时对杆塔接地电阻的影响,为此引入渗流系数的概念,定义渗流系数为渗流存在与无渗流下的接地电阻比值。研究表明:旱季砂土电阻率对水分十分敏感,渗流会改变土壤饱和度的分布,引起土壤电阻率降低,使接地电阻下降;离河道越远,杆塔接地电阻越大,渗流系数越大,渗流系数呈上升缓慢-迅速-缓慢的趋势,320 m外渗流无影响。     

生活垃圾渗滤液污染砂土电阻率法量化检测研究

为分析电阻率法对生活垃圾渗滤液污染区边界和污染程度量化检测能力,在室内模拟渗滤液渗漏污染过程,分别利用二维,三维电阻率映像法和电极探杆法对污染过程进行检测.检测结果显示,土层被渗滤液污染后,在二维和三维视电祖率剖面图中均表现为低阻异常区.异常区边界和污染区边界具有对应关系,并随渗滤扩散范围和污染程度变化而改变.电极探杆法测量电阻率值和污染土中的渗滤液含量具有对应关系,基于建立的Archie型公式可反算求取土体中污染物含量,计算相对误差低于10%.基于电测结果的渗滤液含量求取过程需开展渗滤液稀释过程的电阻率测试试验和不同含水饱和度土样电阻率测试试验以确定相关参数.     

非饱和红黏土受压过程中的电阻率特性及其模型试验研究

文章从现有的三相介质导电模型出发，假定非饱和黏性土存在四种电流导电路径，理论推导得出非饱和黏性土的三维电阻率模型。基于改进的土体固结压缩电阻率测试装置，探讨了红黏土受压过程中的饱和度、孔隙率及电阻率特性的变化规律，结合红黏土的电阻率测试结果对理论模型进行验证，构建未受压、受压情况下的非饱和红黏土三维电阻率模型。结果表明：在连续分级荷载作用下，红黏土电阻率及其结构特性参数(结构因子F、形状因子■以及各向异性系数A)随着荷载的逐渐增大呈现出减小趋势，当荷载较大时电阻率变化不明显；在红黏土压缩过程中，伴随着孔隙率的减小，饱和度逐渐增大，且电阻率随着饱和度的增大而逐渐减小；采用三元相图分析了非饱和红黏土三维受压导电模型的可靠性，该模型能较好的揭示荷载作用下红黏土电阻率的演化过程。可为以红黏土为建筑材料的碾压工程压实度评价提供理论模型，有利于拓展高密度电阻率法在碾压工程质量检测、监测及其评价方面的应用研究。     

NaCl溶液运移过程的电容成像法室内监测研究

电容成像法是根据被测物质各相具有不同的介电常数,当各相组分分布或浓度发生变化时,将引起被测介质介电常数发生变化,从而使测量电极对间的电容值发生变化。以这些电容测量值作为投影数据,通过一定的图像重建算法,便可以获得介电常数分布,从而获得物质分布的图像。本研究运用电容成像法对NaCl溶液运移过程进行了实时监测,首先通过小砂盒进行了用不同浓度NaCl溶液饱和的多孔介质测定,得到了电容标定曲线,从而说明了电容成像法的有效性,然后通过砂槽进行了非饱和带中NaCl溶液的运移试验,并利用电容成像法进行了同步的动态监测,得到横纵向电容时间变化曲线,以及影像图,并通过三维电容相对值变化明显的看出NaCl溶液运移过程。这说明利用电容成像法对非饱和多孔介质中NaCl溶液的空间分布范围进行圈定并监测其迁移过程是完全可行的。     

基于地下水渗流中地电场响应的矿井 水害预警试验研究

 通过建立渗流–电测模型,在渗流过程中采用网络并行电法仪进行时空域地电场参数试验,首次取得渗流中地电场参数的空间瞬态响应。以电位、电流等时线和视电阻率等时面特征为依据,发现渗流过程中自然电场在时空域均表现为上升趋势,自然电位等时线的极值点指示渗流位置,并具有超前感应能力。激励一次场电压、电流可以精确确定渗流液面与渗流速度,适合于非均匀地质体渗流规律的研究。实时视电阻率图像具备跟踪识别渗流区域和相对水量变化的能力,随着视电阻率变低,地下水渗流趋向饱和。通过对五沟煤矿的实际地电场监测,提前2 d成功预报了1013工作面底板出水,巷道自然电位极值点指示出水位置,视电阻率等时面指示出水水源层位。采用井下地电场的空间同步监测技术,可用来进行煤层底板水害的实时监测研究,在矿井突水灾害防治中具有应用前景。     

高密度电法在地下水渗流通道探测中的技术应用

地下水渗流可能会引起土体物理性质改变,引发地质灾害。高密度电法用于地下水探测宏观成像分辨率高,采用高密度电法对某居民区地下水渗流通道进行探测,通过观察分析视电阻率反演图像,追踪低电阻率异常来判断地下水渗流通道及富水区位置,最终发现场区内地下水在重力的作用下由西向东,通过地下车库顶板上方和地下车库外墙间两个渗流通道,在场区东南侧汇聚成富水区,造成下方毛石护坡局部涌水。该推断为下一步处理方案设计提供了准确的依据。     

高密度电法探测未知目标体的技术及其效果

高密度电阻率法在各个领域得到了广泛的应用,并取得了良好的效果。本文主要说明了高密度电阻率法探测地下未知目标体的工作方法和各种可能遇到的问题及解决方案,包括线路连接,测线布置等方面,以及资料处理的细节问题。高密度电法不同装置具有不同的特点,这里结合高密度电阻率法数据采集过程中的各种因素进行了综合阐述,通过实例说明了高密度电法探测未知目标体的装置特点及其适用领域。     

非饱和土稳态渗流试验装置的研制与应用

非饱和土稳态渗流试验装置是用于实验室量测非饱和土土水特性和导水系数参数的装置。该装置以在稳态渗流状态下测定土壤对水分的吸持能力为基础,用来量测非饱和土在脱水、吸湿两种循环状态下的土壤水分特征曲线;同时可以量测上述两种过程中各级基质吸力所对应的非饱和土的导水系数。在相同的条件下,所测试结果与美国Soilmoisture公司生产的1250型压力板仪所得的试验结果具有很好的一致性和稳定性,可以在实验室中推广应用。     

非饱和土空间分数阶渗流模型的有限差分方法研究

地下水在非饱和土体中的输运过程及渗流特性具有重要的研究意义。首先,从反常扩散方程的角度分析地下水在非饱和土中的输运过程,引入Conformable导数,得到了一维情况下非饱和土空间分数阶渗流方程;其次,用全隐式形式的有限差分法求解渗流方程离散格式,得到了求解的迭代矩阵;最后,根据已有论文的试验数据对渗流模型的有效性进行了验证,并对公式中的参数进行了敏感性分析。结果表明,新模型能够较好地描述地下水在非饱和土体中的输运过程,Conformable导数具有较好的适用性。     

高密度电法在公路岩溶勘察中的应用

简要介绍了高密度电阻率法的工作特点,应用该方法在南京长江第四大桥南接线中的某一段路面进行了探测,获得了测区内测线的视电阻率二维成像图,通过对视电阻率二维成像图异常形态、高低阻等特征的分析,推断出工区的基岩埋深以及地下岩溶、溶洞的分布范围、大小和埋深。经钻探资料证实,推断结果与实际情况基本吻合。     

隧道突水灾害电阻率层析成像法实时监测数值模拟与试验研究

突水灾害已成为危及隧道安全施工的重大问题,为了实现隧道突水灾变演化过程的监测和灾害预警,将电阻率层析成像法尝试引入到隧道突水的监测工作中,提出了一种基于图像灰度相关性理论的电阻率层析成像监测信息定量评价方法.首先,针对非地质缺陷类和地质缺陷类这两种典型的突水类型进行概化,得到了突水灾变演化过程不同阶段的地电模型,为隧道突水实时监测数值模拟奠定了基础.其次,采用有限单元法进行电阻率层析成像法突水实时监测数值模拟,揭示了电阻率图像对突水灾变演化过程的响应特征,通过对突水灾变演化过程电阻率图像灰度相关性的定量分析,发现相关性系数小于0.5(或0.3)的样本点数目大幅增多,且相关性分布和正演图像标准差急剧增大,是突水发生的重要前兆特征.最后,进行了隧道突水电阻率层析成像法实时监测模型试验,较准确地捕捉到了突水前兆信息,实现了突水灾害预警,表明电阻率层析成像法用于突水实时监测是可行的.