土石坝隐患瞬变电磁检测方法研究

论文摘要

随着水利资源的深入开发利用，水库大坝运行环境的复杂多变，大坝的安全问题显得日益突出。尽管目前我国对病险水库大坝进行了大量的修复加固工作，但仍然有不少水库大坝存在不同程度的安全问题，其中以土石坝居多，因此，对于土石坝隐患的检测是水利工程的一个重要课题。本文首先以瞬变电磁理论为基础，说明了瞬变电磁法检测的基本原理和几项注意事项和瞬变电磁检测信号的特点，并简要的说明了利用瞬变电磁法检测土石坝的实际工作过程；其次，分析线圈暂态过程产生的机理过程，讨论了发射线圈匝数改变对发射频率、发射磁矩、关断时间的影响，以及接收线圈匝数改变对关断时间、信号幅值强度的影响，此外，讨论了发射频率和时窗的选择对试验结果的影响，为线圈匝数优化设计和试验参数设的优化匹配提供理论依据；最后，通过对线圈匝数的优化设计和试验参数的优化匹配，实现了对土石坝隐患的不同组合的检测，取得了良好的实验室检测效果。实验结果表明，瞬变电磁法对于土石坝的孔洞和裂缝隐患是可以检出的。通过对试验所测的视电阻率图进行分析，可以很清晰的看出异常信号点的位置，然后通过导出有用的数据估算出隐患的深度。此外，本文讨论了瞬变电磁法存在的一个最小检测深度，通过多次试验对此进行了验证，试验结果是可信的。本课题的研究为以后瞬变电磁法在堤坝隐患的探测应用中提供了一定的理论基础，不过仍需要进一步的完善。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究的背景和意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 主要的研究内容
• 第2章 土石坝隐患瞬变电磁法检测原理
• 2.1 瞬变电磁法的基本原理
• 2.1.1 瞬变电磁感应的基本过程
• 2.1.2 不同电阻率的物体感应的二次场
• 2.2 瞬变电磁检测信号的特点
• 2.2.1 信号的动态范围
• 2.2.2 信号的衰减特性
• 2.2.3 信号的频带
• 2.2.4 信号的取样
• 2.3 土石坝隐患瞬变电磁检测系统的构成
• 2.3.1 工作装置的选择
• 2.3.2 激发场源的选择
• 2.3.3 发射电流的脉冲宽度对瞬变电磁信号的影响
• 2.3.4 关断时间的影响13
• 2.4 土石坝隐患瞬变电磁系统实际工作原理
• 2.5 本章小结
• 第3章 传感器的分析与设计
• 3.1 线圈的暂态过程分析
• 3.2 数据分析与讨论
• 3.2.1 发射线圈匝数对试验的影响
• 3.2.2 接收线圈与关断时间的关系
• 3.2.3 接收线圈匝数对接收信号的影响
• 3.2.4 发射频率对试验结果的影响
• 3.3 传感器的设计
• 3.3.1 缺陷埋深较深的情况
• 3.3.2 缺陷埋深较浅的情况
• 3.4 本章小结
• 第4章 土石坝隐患的检测实验结果与分析
• 4.1 土石坝的电特性
• 4.2 土石坝的缺陷类别及其特点
• 4.3 室内检测试验
• 4.4 电压剖面异常分析
• 4.4.1 不同大小同一深度的孔洞
• 4.4.2 不同深度同一大小的孔洞
• 4.4.3 同一深度，有一定角度的裂缝
• 4.5 缺陷埋深的估算
• 4.5.1 孔洞的埋深计算
• 4.6 瞬变电磁法最小检测深度
• 4.6.1 发射线圈的自感
• 4.6.2 最小检测深度的计算
• 4.7 试验验证
• 4.8 本章小结
• 第5章 结论与展望
• 参考文献
• 攻读硕士期间发表的论文
• 致谢