基于地温数据探测岩土体多重集中渗漏位置的方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于地温数据探测岩土体多重集中渗漏位置的方法，基于现场地质勘察及地温特征分析，判断集中渗漏的补给方式并进行温度梯度校正，提取最低温异常温度数据及其位置，利用温度或者温度修正残差分布特点确定分步优化时的集中渗漏数量及初始值，先优化出强烈渗漏的集中渗漏以便消除对较小集中渗漏的影响；通过坐标转换建立优化目标函数。结合具体物理特征确定了混合遗传算法各种参数，由温度修正残差大小及温度测量的精度决定是否终止。上述分步确定不同规模渗漏的初始位置及数量，最后一并优化能够消除集中渗漏的相互影响，确定的集中渗漏的位置更加精确，且能探测各种渗漏强度的集中渗漏，并可应用到水力不连续的区域。
【专利说明】基于地温数据探测岩土体多重集中渗漏位置的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及地质工程及水利水电工程【技术领域】，尤其涉及一种基于地温数据探测 岩土体多重集中渗漏位置的方法。
【背景技术】
[0002] 水利工程等人工或者天然土体中经常发生多个集中渗漏，造成水资源损失并危及 工程安全问题。我国先后研制了基于时间域电磁法、自然电场法、电阻率法、地震波、雷达波 等方法的堤坝隐患探测仪器。同时河海大学研究的同位素测井技术、天然示踪技术和中南 大学提出的"流场法"经工程实践验证，能有效发现堤坝隐患。但是，传统的地球物理勘探 法探测渗漏通道，不仅成本高，而且探测精度低；同位素示踪法探测堤坝渗漏精度虽高，但 属于有损探测，且国内外对放射性元素使用限制较多；温度示踪法探测堤坝渗漏有着简便 易行，探测精度高且无污染及广泛的应用性等特点。
[0003] 温度探测堤坝渗漏隐患的研究，是由地温研究发展而来的。我国温度示踪探测堤 坝渗漏隐患的研究，经历了定性分析判断和初步理论探索阶段。在定性分析判断阶段，主要 利用钻孔中水的温度判断坝体的温度分布情况。根据温度异常点，判断坝体渗漏隐患埋深 和规模等参数。初步理论探索阶段，主要基于热源法探测及其多重集中渗漏的初步试验研 究，利用土体的传热方法建立初始温度场均匀的土体中多个集中渗漏发生后的温度场解析 式，再利用反分析方法一拟合、优化等技术实现多个集中渗漏通道的探测。目前存在的主 要问题有一般的分析要经过多次的试算；难以确定不同规模的渗漏通道数量；反分析中的 集中渗漏特征参数过多；目标函数不连续等。然而，由于堤坝边界条件的复杂性以及渗漏情 况的多样性，该理论目前仍处于探索阶段。
[0004] 彻底整治多个集中渗漏就需要准确定位。现有计算判断方法，对于集中渗漏的定 位准确性较差，要么位置偏差较大或者依赖更多的物探资料；同时，针对单个的集中渗漏的 研究，易造成小的集中渗漏遗漏，容易存在后期隐患。通过直观或者最低温残差分析，运用 异常地温拟合或者优化方法计算集中渗漏的多个位置时，由于不能准确考虑较小集中渗漏 对较大集中渗漏的影响，造成结果误差较大。当主要的集中渗漏整治后，被遗漏的次要通道 就会发展并继续危机水利工程的安全。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的是提供一种基于地温数据探测岩土体多重集中渗漏位置的方法，能 够减缩繁琐的计算过程，提高探测精度。
[0006] 本发明采用的技术方案为：
[0007] -种基于地温数据探测岩土体多重集中渗漏位置的方法，包括以下步骤：
[0008] A:布置勘探点：在集中渗漏区域，将勘探线垂直于地下水流动方向布置，根据地 质情况选取勘探点间距，布置N个勘探点，并对N个勘探点进行坚向温度采集；
[0009] B:根据步骤A采集的地温数据，以温度为横坐标，以勘探点高程为纵坐标，绘制坚 向地温分布图，判定岩土体集中渗漏的补给类型，补给类型包括低温补给类型和高温补给 类型，当判定为低温补给类型时，进入步骤C;
[0010] C :再将步骤B绘制的坚向地温分布图，通过地温梯度矫正得各测点校正后的坚向 地温分布图，从中提取每个勘探点中的最低温度值和高程，对于高程基本一致的m个勘探 点进入步骤D;
[0011] D :以m个勘探点的起点为横坐标原点，以m个点构成的勘探线延长方向为横坐标 的正向；以温度值作为坚轴，根据m个勘探点间距及最低温度作图，得到吸引盆分析图，通 过折线的极值数量判断吸引盆的数量η及集中渗漏的初始位置；
[0012] E:建立反分析目标函数并优化，目标函数如公式⑴所示：
[0013]
【权利要求】
1. 一种基于地温数据探测岩土体多重集中渗漏位置的方法，其特征在于：包括以下步 骤： A:布置勘探点：在集中渗漏区域，将勘探线垂直于地下水流动方向布置，根据地质情 况选取勘探点间距，布置N个勘探点，并对N个勘探点进行坚向温度采集； B:根据步骤A采集的地温数据，以温度为横坐标，以勘探点高程为纵坐标，绘制坚向地 温分布图，判定岩土体集中渗漏的补给类型，补给类型包括低温补给类型和高温补给类型， 当判定为低温补给类型时，进入步骤C; C:再将步骤B绘制的坚向地温分布图，通过地温梯度矫正得各测点校正后的坚向地温 分布图，从中提取每个勘探点中的最低温度值和高程，对于高程基本一致的m个勘探点进 入步骤D; D:以m个勘探点的起点为横坐标原点，以m个点构成的勘探线延长方向为横坐标的正 向；以温度值作为坚轴，根据m个勘探点间距及最低温度作图，得到吸引盆分析图，通过折 线的极值数量判断吸引盆的数量η及集中渗漏的初始位置； E:建立反分析目标函数并优化，目标函数如公式⑴所示：
其中，f为目标函数值，max为求取最大值的函数，II·I|2为向量的二范数，erron为m个勘测点温度残差值向量，如公式⑵所示
其中，Ti为第i个测试点的温度值；k为第k步优化；1为第k-Ι步优化中的集中渗漏 数量，初次优化I= 〇 ;n为确定的集中渗漏的数量；β为系数，&.为第j个集中渗漏坐标， Xi为各测点的坐标； F:选择混合遗传算法进行反分析，参照吸引盆极值确定集中渗漏位置优化变量初始值 范围，其中，变量个数指标选取千倍级别，再生比例指标选取〇. 2 ; G:遗传算法终止条件的判断，对步骤F中混合遗传算法迭代结束后，判断温度残差值 的平均差值err〇ri/i的绝对值是否小于测量精测度： 是，则终止迭代，目标函数f最小时，对应的代表渗漏位置的参数取值Xtu，即为集中渗 漏横向位置； 否，则将目标函数f最小时的参数取值带入到公式⑵及公式⑶中，计算各测点修正温 度残差Xei,修正温度残差公式⑶所示Uei =errori-maxlierrori]⑶ H:根据修正温度残差对吸引盆分析图进行矫正，作图Xei?X，确定吸引盆个数及下次 集中渗漏通道的初始位置，并重复步骤E、F，直至满足步骤G的终止迭代条件，目标函数f最 小时所对应的代表渗漏位置的参数取值即为集中渗漏横向位置，即为所求。
2. 根据权利要求1所述的基于地温数据探测岩土体多重集中渗漏位置的方法，其特征 在于：步骤A中所述的坚向温度采集采用钻孔水温测量法或者基于钢钎测温的方法。
【文档编号】G01M3/00GK104458130SQ201410717113
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年12月1日 优先权日:2014年12月1日
【发明者】王新建, 李日运, 魏思民 申请人:华北水利水电大学