基于示蹤法的土石壩裂縫發(fā)育深度檢測及成因分析

胡濤 賈軍 陸俊 范向前 董茂干

摘要：根據(jù)探地雷達的檢測原理，引入與土體介電常數(shù)差異較大、具有強烈反射性的示蹤劑，結(jié)合探地雷達技術(shù)來檢測某黏心墻土石壩裂縫的發(fā)育深度。通過對灌入示蹤劑前后探地雷達檢測剖面圖像裂縫深度的對比分析，發(fā)現(xiàn)裂縫深度檢測值提高了20%～50%。通過對壩體監(jiān)測資料中壩體變形、庫水位和裂縫開度進行相關(guān)性分析，發(fā)現(xiàn)土石壩正常運行情況下，壩體前后變形、水平豎向變形的不一致會引起壩體的開裂，庫水位的變化是導致土石壩壩體開裂的主因。通過對壩體的裂縫發(fā)育深度的檢測以及裂縫成因分析，為土石壩工程的管理和維修加固提供了科學的決策依據(jù)。

關(guān) 鍵 詞：裂縫; 示蹤法; 探地雷達技術(shù); 相關(guān)性分析; 土石壩

裂縫是十分常見的一種險情，由于裂縫的衍生擴展，導致結(jié)構(gòu)承載力和安全穩(wěn)定性降低，結(jié)構(gòu)壽命減短，嚴重的會導致結(jié)構(gòu)整體的失效破壞，造成巨大的財產(chǎn)損失和人員傷亡，因此對裂縫的發(fā)育深度和成因分析，及時掌握結(jié)構(gòu)的安全狀態(tài)具有重要的實際意義。目前，裂縫的探測方法主要有：超聲波法、表面波法、探地雷達探測法和地震映像法[1]，以上各種裂縫探測方法，只能探測得知裂縫的大概位置范圍，不能對裂縫的發(fā)育情況進行詳細地描述，特別是對結(jié)構(gòu)危害性較大的裂縫發(fā)育深度無法準確探測。本文通過南京水利科學研究院開發(fā)的裂縫深度示蹤法檢測技術(shù)[2]，將示蹤劑注入壩體裂縫中，采用探地雷達技術(shù)[3]結(jié)合監(jiān)測示蹤劑在裂縫中的流動狀態(tài)，檢測裂縫的真實發(fā)育深度。

裂縫發(fā)育深度的檢測能對裂縫做更好的表現(xiàn)性描述，但是僅憑檢測結(jié)果很難對壩體結(jié)構(gòu)的安全狀態(tài)進行評估分析[4]。本文結(jié)合壩體的監(jiān)測數(shù)據(jù)，通過相關(guān)性分析[5]，對裂縫成因進行分析，及時了解壩體結(jié)構(gòu)的安全狀態(tài)，可為壩體工程維修、加固決策提供更為科學的依據(jù)。

1 探地雷達工作原理

探地雷達基于探測目標體與周圍介質(zhì)間存在的介電差異，向目標體發(fā)射定向高頻（106～109Hz）脈沖電磁波，當高頻電磁波傳播過程中遇到有電性差異的界面或目標體時，就會發(fā)生反射和散射，通過分析來自截面或目標體反射回來的電磁波強度、波形、往返旅行時間、振幅、頻率和相位特征，來判斷電磁波所通過介質(zhì)的屬性，達到確定目標體性質(zhì)[6]。目前探地雷達技術(shù)已經(jīng)廣泛應用于質(zhì)量缺陷檢測[7-8]、工程地質(zhì)勘察[9]和地質(zhì)災害預報[10-11]等領域。

4 結(jié) 語

本文通過理論分析和工程實踐，表明探地雷達技術(shù)綜合監(jiān)測示蹤劑在裂縫深度檢測時，能獲得更真實的裂縫發(fā)育深度，裂縫檢測深度明顯提高，且對于土石壩土石裂縫的檢測也具有適用性，解決了目前土石壩裂縫無損檢測的空缺。通過對壩體的裂縫成因分析，和壩體壩前壩后變形、庫水位和裂縫開度進行相關(guān)系數(shù)的計算，表明土石壩庫水位的變化會引起壩體壩前土體的壓縮變形，導致壩體壩前壩后的沉降和水平位移不一致，引起壩體開裂。

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（編輯：劉 媛）