成层土地基中防渗结构缺陷和深度检测系统及方法与流程

本发明涉及对堤坝、水闸、基坑以及填埋场等工程的地基中防渗结构缺陷的探测，尤其是指一种成层土地基中防渗结构缺陷和深度检测系统及方法。

背景技术：

1、渗流问题是堤坝、水闸、基坑等涉水建筑物重点关注的问题，土中的渗流异常会产生非常严重的问题。通常的解决方法是在地基中设置防渗结构以延长渗径、降低水力比降。此外，危废填埋场也通常在周边地基中设置防渗结构，以阻隔污染物向外迁移扩散，避免造成污染。故此，检测地基中防渗结构质量是否存在缺陷对工程服役具有重要意义。

2、防渗结构通常可为在地基开槽、下放钢筋笼、浇灌混凝土形成的钢筋混凝土防渗墙，或者在地基钻孔、向孔内灌入水泥浆等形成的灌浆帷幕，或者以水泥搅拌桩、高压旋喷桩等方式将喷入地基中的水泥与土搅拌形成的地连墙等多种形式。

3、目前对地下防渗结构进行缺陷检测的方法主要是钻孔法，即沿着深度方向进行钻孔取芯，然后对芯样进行外观或试验测定以判断防渗结构有无质量缺陷。但钻孔法存在以下几个问题：钻孔法属于有损检测法，回填不密实会对防渗结构造成破坏，形成人为缺陷；防渗结构如钢筋混凝土材质通常较硬，钻孔费时费力、造价昂贵；钻孔时通常需利用循环水冷却钻头以保障钻头能够顺利钻进，水的掺入可能会对质量缺陷判别带来影响；以及防渗采用薄膜，无法钻孔。还有基于电法的防渗结构缺陷检测方法，但存在以下几个问题：多假定地基为单层均质土，实际上根据土体成因分析，自然中地基多为成层土，成层土地基不同土质电阻率的差异会对电法检测结果产生重要影响；电法检测未考虑背景值对检测结果的影响，容易引起误判；不能实现防渗结构深度检测。

4、因此，迫切需要提供一种能够解决现有检测方法费时费力费钱、无法适用成层土地基、易误判、不能实现防渗结构深度检测等问题的成层土地基中防渗结构缺陷检测系统。

技术实现思路

1、为此，本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术中存在的技术缺陷，而提出一种成层土地基中防渗结构缺陷和深度检测系统及方法，其能够解决现有检测系统费时费力费钱、无法适用成层土地基、易误判、不能实现防渗结构深度检测等问题，具有结构简单、便于操作以及易于推广的优点。

2、为解决上述技术问题，本发明提供了一种成层土地基中防渗结构缺陷和深度检测系统，成层土地基包括地面、地基和防渗结构，检测系统包括：

3、电场源装置，其包括插入所述地面上的正电极和负电极，所述正电极和负电极对称布置于所述防渗结构的两侧，以使所述地基处于电场环境中；

4、探测装置，其包括探测探头和信号采集仪，所述探测探头用于采集处于电场环境中的地基的电信号，所述信号采集仪用于接收并处理所述电信号；

5、探测孔，其设置于所述地基中，且所述探测孔沿着所述防渗结构的深度方向延伸布置，所述探测孔用于探测所述防渗结构深度和/或质量缺陷位置；

6、其中，在探测探头被压入探测孔内的过程中采集沿探测孔深度方向分布的电场真实值，并根据电场真实值与计算得到的电场背景值获得防渗结构深度和/或质量缺陷位置。

7、在本发明的一个实施例中，当仅需检测所述防渗结构质量缺陷位置时，所述探测孔的深度超过防渗结构深度的1/5，当需检测所述防渗结构深度时，所述探测孔的深度超过防渗结构深度的1/3。

8、在本发明的一个实施例中，所述探测装置还包括多个接续杆，多个接续杆首尾连接形成整体，其中第一个接续杆的首部与所述探测探头连接。

9、在本发明的一个实施例中，所述探测装置还包括加压贯入模块，所述加压贯入模块用于对所述接续杆施加压力，以使所述探测探头能以设定的速率贯入地基中。

10、在本发明的一个实施例中，所述探测探头包括：

11、锥尖；

12、探头身，其具有沿轴向延伸布置形成的第一端和第二端，所述第一端与所述锥尖连接；

13、探头尾，其连接所述探头身的第二端；

14、至少一对测量电极环，其套设于所述探头身上，所述测量电极环用于采集所述探测孔处的电信号。

15、在本发明的一个实施例中，所述探测装置还包括信号电缆，所述信号电缆的一端连接所述测量电极环，所述信号电缆的另一端连接信号采集仪。

16、在本发明的一个实施例中，所述锥尖背离所述探头身的一端呈圆锥形。

17、此外，本发明还提供了一种成层土地基中防渗结构缺陷和深度检测方法，该方法通过如上述所述的成层土地基中防渗结构缺陷和深度检测系统实现，该方法包括：

18、步骤s11、确定探测方案，当仅需检测防渗结构质量缺陷位置时，将探测孔的深度设计为超过防渗结构深度的1/5，当需检测防渗结构深度时，将探测孔的深度设计为超过防渗结构深度的1/3；

19、步骤s12、获取地基电阻率分布，以及将探测探头压入探测孔内，并在压入过程中采集沿探测孔深度方向分布的电场真实值；

20、步骤s13、根据地基电阻率分布结果计算防渗结构在无质量缺陷条件下的探测孔处的电场分布，获得沿探测孔深度方向分布的防渗结构电场背景值，并延长防渗结构的深度至探测深度，计算无质量缺陷条件下的探测孔处电场分布，获得沿探测孔深度方向分布的防渗结构延深电场背景值；

21、步骤s14、将防渗结构电场背景值、防渗结构延深电场背景值以及电场真实值分别绘制为曲线l、曲线ii和曲线iii；

22、步骤s15、计算曲线iii和曲线l的差值，得到并绘制沿探测孔分布的缺陷判断电场差值曲线iv，以及计算曲线iii和曲线ii的差值，得到并绘制沿探测孔分布的深度判断电场差值曲线v；

23、步骤s16、根据曲线l、曲线ii、曲线iii、曲线iv和曲线v获得防渗结构深度和/或质量缺陷位置。

24、在本发明的一个实施例中，在步骤s16中，根据曲线l、曲线ii、曲线iii、曲线iv和曲线v获得防渗结构质量缺陷位置的方法，包括：

25、若曲线i和曲线ii未出现“s型”，曲线iii、曲线iv和曲线v均出现“s型”，则“s型”中部位置即为质量缺陷位置。

26、在本发明的一个实施例中，在步骤s16中，根据曲线l、曲线ii、曲线iii、曲线iv和曲线v获得防渗结构深度的方法，包括：

27、当曲线i、曲线iii和曲线v出现最后“峰值拐点”时，“峰值拐点”即为防渗结构深度位置。

28、本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：

29、本发明实现了防渗结构质量缺陷和深度等检测目标，能够解决现有检测系统费时费力费钱、无法适用成层土地基、易误判、不能实现防渗结构深度检测等问题，具有结构简单、便于操作以及易于推广的优点。

技术特征：

1.一种成层土地基中防渗结构缺陷和深度检测系统，成层土地基包括地面、地基和防渗结构，其特征在于：检测系统包括：

2.根据权利要求1所述的一种成层土地基中防渗结构缺陷和深度检测系统，其特征在于：当仅需检测所述防渗结构质量缺陷位置时，所述探测孔的深度超过防渗结构深度的1/5，当需检测所述防渗结构深度时，所述探测孔的深度超过防渗结构深度的1/3。

3.根据权利要求1或2所述的一种成层土地基中防渗结构缺陷和深度检测系统，其特征在于：所述探测装置还包括多个接续杆，多个接续杆首尾连接形成整体，其中第一个接续杆的首部与所述探测探头连接。

4.根据权利要求3所述的一种成层土地基中防渗结构缺陷和深度检测系统，其特征在于：所述探测装置还包括加压贯入模块，所述加压贯入模块用于对所述接续杆施加压力，以使所述探测探头能以设定的速率贯入地基中。

5.根据权利要求3所述的一种成层土地基中防渗结构缺陷和深度检测系统，其特征在于：所述探测探头包括：

6.根据权利要求5所述的一种成层土地基中防渗结构缺陷和深度检测系统，其特征在于：所述探测装置还包括信号电缆，所述信号电缆的一端连接所述测量电极环，所述信号电缆的另一端连接信号采集仪。

7.根据权利要求5所述的一种成层土地基中防渗结构缺陷和深度检测系统，其特征在于：所述锥尖背离所述探头身的一端呈圆锥形。

8.一种成层土地基中防渗结构缺陷和深度检测方法，该方法通过如权利要求1-7任一项所述的成层土地基中防渗结构缺陷和深度检测系统实现，该方法包括：

9.根据权利要求8所述的一种成层土地基中防渗结构缺陷和深度检测方法，其特征在于：在步骤s16中，根据曲线l、曲线ii、曲线iii、曲线iv和曲线v获得防渗结构质量缺陷位置的方法，包括：

10.根据权利要求9所述的一种成层土地基中防渗结构缺陷和深度检测方法，其特征在于：在步骤s16中，根据曲线l、曲线ii、曲线iii、曲线iv和曲线v获得防渗结构深度的方法，包括：

技术总结
本发明涉及一种成层土地基中防渗结构缺陷和深度检测系统及方法，成层土地基包括地面、地基和防渗结构，检测系统包括电场源装置、探测装置和探测孔，电场源装置包括对称布置于防渗结构的两侧的正电极和负电极；探测装置用于采集处于电场环境中的地基的电信号；探测孔设置于地基中，且探测孔沿着防渗结构的深度方向延伸布置，在探测探头被压入探测孔内的过程中采集沿探测孔深度方向分布的电场真实值，并根据电场真实值与计算得到的电场背景值获得防渗结构深度和/或质量缺陷位置。本发明能够解决现有检测系统费时费力费钱、无法适用成层土地基、易误判、不能实现防渗结构深度检测等问题，具有结构简单、便于操作以及易于推广的优点。

技术研发人员：胡江,李星,王春红,唐译,彭兵,吴凤先,李坤,徐宏亮,任杰,王雷,张妤涵,蒋晗,苏荟,叶伟,沈心哲
受保护的技术使用者：水利部交通运输部国家能源局南京水利科学研究院
技术研发日：
技术公布日：2024/3/21