堤坝渗漏的综合示踪方法理论研究与工程应用

论文摘要

堤坝渗漏探测是一个复杂重要的研究课题。传统的基于地球物理勘探手段的渗漏探测的各种方法，由于都有其条件性、局限性和多解性，特别在埋深大而空间尺寸相对小的渗漏通道探查方面显得无能为力。基于地下水流场、温度场、化学场等的示踪法可以弥补地球物理勘探的不足。本文在分析总结前人的堤坝渗漏探测的示踪法的基础上，对示踪方法做了一些理论和工程应用上的进一步探讨，研究内容和结果如下： 1．讨论了测温仪器的种类和精度，及钻孔温度的影响因素和除地下水活动外的其它因素的消除校正方法。介绍了线热源作用对地层温度的热源函数。将堤坝集中渗漏通道中的渗漏水流概化为持续线热源，基于热传导的热源法，建立集中渗漏通道的持续线热源模型，并结合一定的边界条件，推导出计算水平渗速公式。在工程实例中，应用钻孔测温资料，用推导的公式计算出的渗透流速与放射性同位素示踪方法测出的渗速基本一致。 2．由于单孔中计算水平渗透流速的传统的点稀释公式和前人推导的广义示踪稀释公式存在着问题和不足，在钻孔中存在垂向流的情况下，在合理的物理模型的基础上，考虑了渗透流速是示踪剂稀释时间的函数，重新推导了示踪方法测流速的稀释公式。通过3个公式的实例计算比较和误差分析，在钻孔中存在垂向流干扰时，含水层上下垂向流速差的越大，新推导的公式与传统点稀释公式计算出的渗透流速的相对误差也越大，这一点与实际情况相吻合，因此新公式的计算结果更加可信。并对国内外同位素测流速示踪仪进行了论述和讨论。 3．利用稳定同位素、水化学的方法研究堤防渗漏，是一种十分有效的方法。但是人们大多只是定性的分析判断。本文尝试将稳定同位素和水化学值作为特征指标值，并根据在实际判断中的参数重要程度的不同赋予不同的权重，应用模糊聚类的方法进行聚类分析，在北江大堤石角段的渗漏探测和高水河堤防渗漏探测的两个工程实例中，其聚类结果与稳定同位素和水化学的定性分析结论一致。 4．将综合示踪方法应用到小浪底左坝肩渗漏调查中，通过在不同季节多次测量左坝肩的排水洞各排水孔中的排水的温度电导率，测定绕坝观测孔中的地下

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究意义
• 1.2 综合示踪方法的门类
• 1.3 天然示踪理论基础及目前研究动态
• 1.3.1 温度电导率示踪
• 1.3.2 水文地球化学
• 1.3.3 环境同位素示踪
• 1.4 人工示踪理论基础及目前研究动态
• 1.4.1 利用人工放射性同位素测定地下水水平渗透流速
• 1.4.2 利用人工放射性同位素测定地下水流向
• 1.4.3 利用人工放射性同位素测定地下水垂向流
• 1.4.4 连通试验
• 1.5 本文所做的工作
• 第2章 基于热传导理论的热源法研究堤坝渗漏
• 2.1 钻孔中温度的测量
• 2.2 钻孔温度影响因素
• 2.3 热源类型
• 2.4 线热源函数
• 2.5 堤坝渗漏的线热源模型
• 2.5.1 热源强度的确定
• 2.5.2 热源强度的确定的讨论
• 2.5.3 参数β的求解
• 2.6 工程实例
• 2.7 本章小结
• 第3章 孔中示踪法测定渗透流速流向原理和方法
• 3.1 单孔点稀释模型
• 3.2 流场畸变的校正系数α
• 3.3 点稀释法的局限性
• 3.4 广义示踪稀释公式的推导
• 3.4.1 模型的建立
• 3.5 孔中示踪稀释测流速公式的再讨论
• 3.6 垂向流的求解
• 3.7 工程实例分析
• 3.7.1 计算结果对比分析
• 3.8 国内外同位素示踪仪的研制情况
• 3.9 陈建生研制的同位素示踪仪
• 3.9.1 地下水同位素示踪仪探头的设计
• 3.9.2 投源设计
• 3.9.3 探测部件
• 3.9.4 孔中定位
• 3.10 现场试验平台设计
• 3.11 本章小结
• 第4章 堤坝渗漏分析的模糊聚类模型研究
• 4.1 普通集合和模糊集合
• 4.2 模糊模式识别
• 4.2.1 两个模糊集之间的距离
• 4.2.2 贴近度
• 4.2.3 模糊模式识别的方法
• 4.3 模糊聚类模型
• 4.3.1 层次分析法确定权重向量:
• 4.3.2 模糊聚类计算步骤
• 4.4 工程实例
• 4.4.1 北江大堤石角段渗漏通道探测
• 4.4.2 高水河堤防渗漏情况探测
• 4.5 本章小结
• 第5章 综合示踪法在小浪底左坝肩渗漏探测中的应用
• 5.1 小浪底左坝肩工程地质、水文地质条件及渗漏情况
• 5.1.1 工程地质、水文地质条件
• 5.1.2 左坝肩渗漏情况
• 5.2 综合示踪试验方法
• 5.3 当地降雨同位素和水化学分析
• #、28^#排水洞排水来源分析'>5.4 4^#、28^#排水洞排水来源分析
• #排水洞排水来源分析'>5.5 30^#排水洞排水来源分析
• #排水洞北侧排水来源的天然示踪分析'>5.5.1 30^#排水洞北侧排水来源的天然示踪分析
• #排水洞北侧排水来源的人工示踪分析'>5.5.2 30^#排水洞北侧排水来源的人工示踪分析
• 5.5.3 左坝肩绕坝渗漏的连通试验证实
• #排水洞其它侧主要排水的示踪分析'>5.5.4 30^#排水洞其它侧主要排水的示踪分析
• #排水洞排水孔排水来源分析'>5.6 2^#排水洞排水孔排水来源分析
• 5.7 本章小结
• 第6章 总结与展望
• 6.1 本文的主要研究成果
• 6.2 有待进一步研究的问题
• 参考文献
• 攻读博士期间发表的论文
• 博士期间参加的科研项目
• 致谢