地震波CT在塑性混凝土防渗墙检测中的应用.pdf

第 3 4卷第 1 期 2 0 1 3年 2月 华北水利水 电学院学报 J o u r n a l o f N o rth C h i n a I n s t i t u t e o f W a t e r C o n s e r v a n c y a n d Hy d r o e l e c t r i c P o we r Vo 1 3 4 NO 1 Fe b2 01 3 DOI ： 1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 0 0 25 6 3 4 2 01 3 0 1 0 2 0 地震 波 C T在 塑性 混凝 土防渗墙检测 中的应用 孙文怀 ， 刘 伟 ，李长征 ， 张清明 ， 王 锐 。 ( 1 华北水利水 电学院 ， 河南 郑州 4 5 0 0 4 5 ； 2 黄河水利科学研究院 ， 河南 郑州 4 5 0 0 0 3 ； 3 黄河水利委员会 基本建设工程质量检测 中心 ， 河南 郑州 4 5 0 0 0 3 ) 摘 要 ： 针对地下隐蔽工程 塑性混凝土防渗墙的特点 ， 采用 电火花作 为震 源的地震 波 C T技术对 某水利工程 塑 性 混凝 土防渗墙 的质量进行无损检 测 ， 并对部分墙体进行钻孔 取芯和注水试 验验证 结果表 明 ： 地震波 C T 技术用于防渗墙质量无损检测可直观地反映墙体 介质分 布的连续 性 ， 并 可有效 地分辨墙 体可能存 在 的质 量 缺陷 ， 在 防渗墙质量无损检测 中具有广 阔的应用前景 关键 词 ： 塑性混凝土 ； 质量检测 ； 地震波 C T； 电火花震源 中图分类 号： P 6 3 1 4 ； T V 6 9 8 1 文献标识码 ： B 文章编号 ： 1 0 0 25 6 3 4 ( 2 0 1 3 ) 0 1 0 0 8 3 0 3 塑性混凝土防渗墙作为地下隐蔽工程 ， 在水利 工程建筑物的稳定 、 防渗、 截流等方面起着至关重要 的作用 由于其施工工艺复杂， 质量控制和检测的制 约因素也相对较多 ， 我国水利部门于 2 0世纪 8 0年 代在 防 渗 墙 质 量 无 损 检 测 中 引 入 了 地 震 波 C T ( C o m p u t e r i z e d T o mo g r a p h y ) 技 术 它 主要 是 利 用 地震 波波 速与 介质 力 学 性 质 之 间密 切 的关 系 ， 来 获 得地 下介 质 中地震 波速度 的空 间分 布 ， 进 而全 面 、 细 致地反映探测 区域异常体的大小 、 形态及空间分布 在将 近 3 0年 的发展历 程 中 ， 此 项技术 得 到 了不 断 的 完 善 ， 激发震 源 由最 初 的炸 药震 源发 展 到 现 在 的 大 功率 电火 花震 源 ， 大大 减 小 了对 塑 性 混 凝 土 防 渗 墙 的损 坏 ， 提高 了检测 的精 准度 电火 花震 源利 用 电 容充电， 在激发井充满水的情况下释放高压电， 形成 图 1观测 系统 示 意 图 把每一条射线 的激发点坐标 、 接收点坐标和地 震波初至时间输入计算机， 使用 弹性波 C T专用反 “ 水 电效应” 从而产生地震波 笔者采用 电火花作为 震源的地震波 C T技术对 塑性混凝土 防渗墙 的质量 进 行无 损检 测 1 地震波 C T技术检测 防渗墙质量原理 电火 花震 源又 称 为“ 液 电效应 ” ， 它 是利 用 电容 储存电能， 通过高压电缆及 电火花在井下充水的条 件下释放 电能， 把电能转化为脉冲力 ， 就形成了人工 地震波 通过地震波 C T对被检测 防渗墙墙体进 行 扫描 ， 如 图 1所 示 ， A， B 为 同 一 平 面 内的 2个 钻 孔 ， 在 A孔 个位 置激 发 地震 波 ， 并 在 曰孔 中 个 等问隔位置接收 ， 在两孔之间作出大量交叉的地震 波射 线 ， 得 到多 个地 震波旅 行 时 ， 以及 各旅 行时 在检 测体 内部不同介质的初至时间波形图， 如图 2所示 图 2 地 震波旅行 时示意图 演软件 ， 将断面之间划分为 M N个混凝土小单元 ， 经计算机多次迭代拟合运算 ， 得到断面上各混凝土 收稿 日期 ： 2 0 1 2 0 8 2 9 基 金项 目： 水利公益性行业专项资助项 目( 2 0 0 9 0 1 0 5 3 ) 作者简 介 ： 孙文怀 ( 1 9 6 1 一 ) ， 男 ， 河北张家 1：3 人 ， 教授 ， 硕导 ， 主要 从事地质工程与岩土工程方面的研究 8 4 华北水利水 电学院学报 2 0 1 3年 2月 单元的地震波速度 试验研究表明 ， 在塑性混凝土配 合 比一定 的情 况下 ， 地 震 波 在 塑性 混 凝 土体 中的 传 播速度与塑性混凝土的浇筑质量高度相关 ， 凝 固好 、 密度大 、 强度高 的区域波速高 ； 密度小 、 强度低 、 夹 泥、 空洞等严 重缺陷区域波速低 由此 可根据断 面地震波速度及分布情况评价混凝土的质量 ， 并查 找 内部缺 陷及其位 置 2 应用实例 2 1工程概 况 某水利 枢纽 工 程 为 大 (I I ) 型 ， 主 要 由大 坝 、 溢 洪道 、 泄洪洞、 灌溉引水发 电洞、 电站厂房等建筑物 组成 坝址为软土地基 ， 采用塑性混凝土防渗墙解决 地基和坝肩的渗透稳定问题 ， 塑性混凝土设计指标 见表 1 根 据设 计 任 务 需求 ， 进行 了左 、 右坝 肩 4个 断 面 ( z一1 ， z一 2 ， Y一1 ， Y一2 ) 的检测 ， 见表 2 表 1 塑性混凝土设计参数 名称 技 术 指标 墙深 墙宽 渗透系数 渗透 比降 弹性模量 地震波波速 抗 压 强 度 3 04 0 m 6 0 c m n 1 0- c ms 5 0 5 0 0 2 0 00 MP a 1 9 00 ms 1 5 5 O MPa 表 2截渗墙断面参数 断面 起止桩 号 深度 m 宽度 m 面积 m 2 2野外 工作 方法 施工现场激发设备采用大功率 HX D H H电火 花震 源 ， 接 收设 备 采 用 重 庆奔 腾 WZ G一2 4 A 型 2 4 通道 的数 字地震 仪 ， 配置两 串各 1 2道压 电式检 波器 串 ， 共计 2 4道 ， 检 波器 道 间距 为 2 m， 在 进 行 地震 波 C T检测前使用美国 S I N C O测斜仪测量钻孔的垂直度 根据 水 利 水 电 工 程 地 质 勘 察 规 范 ( G B 5 0 4 8 7 -2 0 0 8 ) 要求 ， 该 工程 中激 发孔 和 接 收 孔 均 为 2 0 m左 右 ， 采 用激 发孔一 点激 发 、 接 收孔 l 2道 检 波 器接收的规则系统地进行检测 为提高检测效率 ， 在 施工现场采用中间孔激发 ， 两端孔 同时接收的方式 进行 检测 ， 如 图 3所 示 在 激发孔 A孔 内进 行 电火花 地震波释放 ， ， 和 每个接收孔各有 1 2道检波器 接收地震波， 共计 2 4道 开始检测时 2 4个接收点先 不动 ， 依次移动激发点 ， 采用错动 1 i n的方式实现 1 m间距 的地震 波 C T测试 ， 直 至 完成 2 4个 点 的 扫 描任 务 ， 而后 再移 动 整 个 接 收 点 ， 如此 循 环 ， 直 至 完 成整个剖 面的地 震波记录 。 凸 接 寸 激 接 收 发 收 孔 孔 孔 I L 图 3墙 体 检 测 孔 位 置 示 意 图 2 3 数据 处理 现 场数 据 采集 后 ， 根 据外 业 所测 数据 利 用计 算 机 技术 反演被 测 防渗 墙体 内 的速 度场 ， 其 核 心任 务 是 建立 和解算 一种超 大型 、 稀疏 多元线性 方程 组 ， 通 过二级阻尼 S I R T算法， 选用直线 、 弯曲射线两种方 法成像 ， 统计 出地震波在塑性混凝土体内的波速大 小 、 分 布 ， 得 到断 面波速等值 线 图及色谱 图 2 4结果分 析 根据表 1工 程设 计 要 求 ， 在龄 期 达 到 2 8 d后 ， C 1 5塑性 混凝 土纵 波 波 速 应 1 9 0 0 m s 现 对 左 、 右两 岸 4个 断面结 果分 析如下 2 4 1 左 岸 Z一1和 Z一2段 Z一1段 剖 面 ， 孔 间距 1 9 IT I ，C T地震 波 等 值 线 及 色谱 图 如 图 4所 示 由图可 以看 出 ， 3 2 m深 度 以 上 部 位 波速 较 高 ( 1 9 0 0 m s ) ， 而且 波 速 比较 均 匀 ， 表 明这 部分墙 体 浇筑质量 符合设 计要 求 但 在此 断面底部 3 2 m深度 以下部位 出现一低速带 ( 1 8 0 0 m s 左 右 ) ， 初步 判 断 在 该 区域 底 部 混凝 土 可 能存 在质 量 缺 陷 图 4左岸 Z一1段墙体 结果图( 单位： m s ) 对 于 z一2段 墙 体 ， 孔 间 距 为 2 0 8 m， C T地震 波等值线及色谱图如图 5所示 由图可以看出， 整个 第 3 4卷第 1 期 黄银 伟 ， 等 ： 某高速公 路边坡稳定性分析及治理 8 9 3 ) 护坡防治措施可采用喷生态混凝土 ， 既可以 起到护坡作用 ， 防止雨水的渗入， 又可以获得绿化的 效果 4 ) 在边坡治 理的基础上 ， 结合 工程地质 、 水 文 地质条件及降雨条件 ， 制定合理的排水措施 ， 进一步 提高边坡的稳定性 参 考 文 献 1 重庆 市建设委 员会 G B 5 0 3 3 0 -2 0 0 2建 筑边坡 工程技 术规范 s 北京 ： 中国建筑工业 出版社 ， 2 0 0 2 2 中交第二公路勘察设计研究 院 J T G D 3 0 2 o o 4公路路 基设计规范 s 北 京 ： 人 民交通 出版社 ， 2 0 0 4 3 刘浩 潭邵高速公路 K 9 4+ 8 4 0一 K 9 5+ 0 4 0段路堑边坡失 稳及处治对策 J 湖南交通科技， 2 0 0 8 ， 3 4 ( 4 ) ： 6 0 6 2 4 徐 刚 ， 王舜 公路 边坡稳定 性分析及治 理浅析 J 四川 I 水力发电 ， 2 0 0 8 ， 2 7 ( 3 ) ： 5 1 5 3 5 钟铭 浅谈公路边坡生态治理 防护方案 J 广 东建材 ， 2 0 0 9( 8) ： 4 34 5 6 左 双英 ， 梁风 ， 史文兵 ， 等 贵 阳市顺 海公路 某路段边 坡 稳定性分析及治理 J 贵州大学学报， 2 0 0 6 ， 2 7( 1 ) ： 11 1 11 3 7 邹祖银 ， 陶连金 ， 朱 占元 ， 等 梅 城公路 K 9 3+9 4 6一K 9 4 + 0 8 2段边坡稳定性 分析 与加 固研 究【 J 水 文地 质工 程地质 ， 2 0 0 9 ( 6 ) ： 8 9 9 3 8 中国地质环境监测院 D Z 0 2 4 0 -2 0 0 4滑坡防治 工程设 计与施工技术规范 s 北京 ： 地质 出版社 ， 2 0 0 4 9 谢元玉 ， 刘文高 ， 姚海平 ， 等 内宜高速 K 4 3+ 2 0 02 5 6 段边坡治理措施 J 探矿工程 ， 2 0 0 9 ， 3 6 ( 2 ) ： 7 2 7 4 S t a bi l i t y An a l y s i s a nd Tr e a t m e nt o f a Hi g hwa y Sl o p e HUANG Yi n we i ，HAN Xi a o ，ZHANG Li s h a ( 1 N o rth Ch i n a I n s t i t u t e o f Wa t e r C o n s e r v a n c y a n d Hy d r o e l e c t r i c P o we r ，Z h e n g z h o u 4 5 0 0 4 5，C h i n a ； 2 C h i n a U n i v e r s i t y o f G e o s c i e n c e s ， B e i j i n g 1 0 0 0 8 3 ，C h i n a ) Abs t r a c t：Lo c a l s l u mpi n g o c c ur r e d o n t h e l e ft s l o pe a f t e r a hi g h wa y r o a db e d wa s e x c a v a t e dTh e s l o pe s t a b i l i t y wa s a n a l y z e d，a nd t he r e s u l t s s ho we d t h a t t h e s l o pe o f t h e n o n s l umpi n g d i s t ric t wa s i n u ns t e a d y s t a t eDi f f e r e nt t r e a t me n t me a s ur e s we r e a do p t e d t o t h e s l u m- p i n g a n d n o n - s l u mp i n g a r e a s ，w h i c h a n c h o r r o d s( r o p e )a n d l a t t i c e s w e r e u s e d f o r t h e s l o p e o f s l u mp i n g a r e a a n d a n t i s l i d e p i l e s we r e s e t a t t h e s e c o n d p a c k w a y ， b u t a n c h o r r o d s a n d l a t t i c e s j u s t fo r t h e n o n s l u m p i n g a r e a A ft e r t h e s l o p e s w e r e t r e a t e d ， t h e i r s t a b i l i t y w a s a l s o a na l y z e dTh e r e s u l t i nd i c a t e d t he t r e a t me n t me a s u r e s we r e r e a s o n a b l e K e y w o r d s ：s l u mp i n g ； a n c h o r r o d( r o p e ) ；a n t i s l i d e p i l e ；e c o c o n c r e t e ( 责任编辑 ： 乔翠平 ) ( 上接 第 8 5页) T h e Ap p l i c a t i o n o f S e i s mi c Wa v e C T t o Qu a l i t y T e s t i n g o n P l a s t i c C o n c r e t e C u t - o ff Wa l l s S U N We n h u a i ，L I U We i ，L I C h a n g z h e n g ， Z H A N G Q i n g rui n g ， WA N G R u i 。 ( 1 N o A h C h i n a I n s t i t u t e o f Wa t e r C o n s e r v a n c y a n d H y d r o e l e c t r i c P o w e r ， Z h e n g z h o u 4 5 0 0 4 5 ， C h i n a ； 2 Y e l l o w R i v e r I n s t i t u t e o f H y d r a u l i c R e s e a r c h ， Z h e n g z h o u 4 5 0 0 0 3 ， c h i n a ； 3 E n g i n e e r i n g Q u a l i t y T e s t i n g C e n t e r o f Y e l l o w R i v e r C o n s e r v a n c y C o mmi s s i o n，Z h e n g z h o u 4 5 0 0 0 3，c h i n a ) Abs t r a c t：I n v i e w o f c ha r a c t e r i s t i c s o f t he p l a s t i c c o nc r e t e c u t o ff wa l l i n t h e u n de r g r o u nd e n g i ne e r i n g，t he n o nd e s t r u c t i v e t e s t i ng o n t h e p l a s t i c c o n c r e t e c u t o ff w a l l s i n a w a t e r c o n s e r v a n c y p r o j e c t w a s c a r r i e d o u t b y t h e s e i s m i c w a v e C T t e c h n o l o g y u s i n g t h e e l e c t r i c s p a r k a s t h e e x c i t a t i o n s o u r c e T h e t e s t s o f d r i l l i n g for c o r e a n d wa t e r i n j e c t i o n f o r p a ns o f c u t o ff wa i l s we r e c o n d u c t e d t o v e r i f y t h e n o n d e s t r u c t i v e t e s t i n g T h e r e s u l t s s h o we d t h a t t h e s e i s mi c wa v e C T t e c h n o l o g y u s e d i n n o n d e s t ru c t i v e d e t e c t i o n o f t h e c u t o ff wa l l q u a l i t y c o u l d i n t u i t i v e l y r e fle c t t h e c o n t i n uo us d i s t r i b ut i o n o f wa l l me di um，a n d di s t i ng u i s h e f f e c t i v e l y t he po t e n t i a l q ua l i t y de f e c t s e x i s t i n g i n t h e wa l 1 Th e s e i s mi c wa v e CT t e c h no l o g y wi l l a pp l i e d wi de l y t o no n d e s t r u c t i v e t e s t i n g o n c ut o ff wa l l s Ke y wo r ds：p l a s t i c c o n c r e t e；q ua l i t y t e s t i ng；s e i s mi c wa v e CT；e l e c t r i c s pa r k ( 责任编辑 ： 乔翠平 )