本發(fā)明涉及堤壩隱患檢測領域，具體是一種并行電法應用于硬化堤壩隱患探測方法和裝置，該發(fā)明改進了檢測堤壩內部隱患的工作方法和電極與硬化表層的接觸耦合方式，主要應用于堤壩、山塘、公路、跑道、建筑地面等表層硬化設施，以及基巖裸露的山體、巷道、基坑等天然或人工地質體。

背景技術：

堤壩是防洪工程體系的重要組成部分，是防御洪水的最后屏障。隨其運行年限的增長，堤壩滲漏問題越來越突出。為了有效開展除險加固工作，準確標定出滲漏隱患的位置、范圍、連通情況是很有必要的。通常開挖或鉆孔檢測方法能比較直接地發(fā)現(xiàn)隱患問題，但會對堤壩造成不可恢復的破壞，并且費用較高而檢查效率卻極低，特別是遇到突發(fā)險情時難以及時、快速提供隱患的地質信息。直流電法是一種無損快捷檢測手段，相比于淺層地震法、探測雷達、瞬變電磁、自然電位等物探方法，物性差異明顯、信息豐富、成本低廉、結果直觀可靠，尤其可能直接的識別出滲漏異常，在堤壩排險查漏中應用較廣泛。

電阻率法是一種傳導類的測試方法，不適用于堤壩表層被混凝土、塊石等材料硬化后的環(huán)境。當前主要解決方案分為兩類：一類是采用大面積機械或局部人工錘擊破壞硬化堤壩表面，這種方法可以直接揭露出堤壩土體，但工作量大，勞動強度高，在一些偏僻的山塘查漏中應用局限性大，并且破碎表層修復成本也較高，屬于有損破壞；二類如本申請人前面已申請專利(張平松,譚磊,王軒,等.一種硬質介質地電場快速測試裝置[P].中國專利：204731425U,2015-10-28)的方法，是通過改進電極構架，促使電極與硬質介質緊密接觸，有利于快速測試，但該發(fā)明仍未克服硬質介質對測試信號的干擾，并且裝置不易攜帶，不易大量使用。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明為了解決當前直流電法用于硬化堤壩上安裝電極困難的難題，提出了利用充電電錘在一定的間距位置上鉆孔，把發(fā)明的電極裝置插入孔中，利用噴壺通過注液孔向鉆孔內注入離子溶液，保證了電極與孔壁、堤壩土體之間的耦合，利用雙夾頭導線連接電極和多芯測試電纜，利用并行電法儀進行數(shù)據(jù)的采集與處理，根據(jù)堤壩不同部位上多道測站的電阻率圖像的聯(lián)合比較分析，最終解譯出隱患的位置、范圍、連通性等地質信息，為除險加固提供技術支撐。

首先，本發(fā)明提供了一種用于改善硬化堤壩接觸的裝置。

用于改善硬化堤壩接觸的裝置，包括電法儀所用電極，所述電極內部骨架是由銅棒和輸 液導管構成，電極中間位置的外部依次包裹有導電海綿和導電絨布。

優(yōu)選的，所述輸液導管通過細銅絲固定在銅棒上，輸液導管的底端開口被濾網(wǎng)包裹。

優(yōu)選的，所述輸液管上端注液孔處具有防滲的塑料螺母。

優(yōu)選的，所述銅棒為圓柱狀，銅棒的底端為錐狀尖頭，銅棒的另一段兩側設有凹槽。

優(yōu)選的，所述銅棒長度400mm，底端為長度10mm的錐狀尖頭，頂端距端頭100mm的長度上對應兩側設有凹槽，輸液導管、導電海綿和導電絨布位于銅棒的中間200mm長度段。

另外，本發(fā)明提供了用于改善硬化堤壩接觸的裝置的使用方法，步驟如下：

1)采用充電式電錘對堤壩硬化表層的鉆孔作業(yè)；

2)將電極插入孔內；

3)利用噴壺通過輸液導管的注液孔向鉆孔內注入離子溶液；

4)利用雙夾頭導線連接電極和多芯測試電纜進行檢測。

其中，所述充電式電錘可在沖擊、轉動、沖擊與轉動等工作方式下自由切換，支持正逆轉向功能。

所述噴壺上設有用于和輸液導管上的塑料螺母連接的空心螺桿和加壓裝置。

另外，本發(fā)明還提供了一種用于硬化堤壩的并行電法定向檢測裝置和方法。

一種用于硬化堤壩的并行電法定向檢測裝置，包括用于數(shù)據(jù)采集與處理的并行電法儀和用于改善硬化堤壩接觸的裝置，所述電法儀通過多芯電纜線與用于改善硬化堤壩接觸的裝置的電極連接。

用于硬化堤壩的并行電法定向檢測方法，利用雙夾頭的導線一端連接用于改善硬化堤壩接觸的裝置的電極的頂端，另一端多芯連接電纜線上裸露的墊片，一根多芯電纜線上連接的64道電極構成一個測站，利用多芯電纜線端頭與并行電法儀連接，并行電法儀對測站上各道電極的供電電流、自然電位、一次場電位和二次場電位進行收錄；一次測量完成后，再進行下一站的數(shù)據(jù)采集工作。

優(yōu)選的，一個堤壩隱患體探測布置2～4道測站，布置位置集中在壩前坡、壩頂、壩后坡和后期防滲加固斷面。

下面對本發(fā)明做進一步描述：

用于硬化堤壩內隱患體并行電法定向檢測方法及裝置，包括用于鉆孔的充電式電錘，發(fā)明了易于與硬化堤壩耦合的電極裝置和用于數(shù)據(jù)采集與處理的并行電法儀，具體分為以下幾個部分：

1.用于鉆孔的充電式電錘：充電式電錘主要用于對堤壩硬化表層的鉆孔作業(yè)，可在沖擊、 轉動、沖擊與轉動等工作方式下自由切換，支持正逆轉向功能，拓展了使用范圍；鉆孔最佳直徑范圍為4～26mm，特別地，硬化表層需孔徑25mm；工作長度范圍為50mm～400mm，特別地，硬化表層需最佳孔深100～300mm，具體根據(jù)硬化表層厚度自動調節(jié)；采用36v可攜帶充電電池供電，一次充電完成，可鉆上述特性孔30～40個，配置多塊標準電池，可完成野外偏僻地區(qū)的硬化堤壩鉆孔作業(yè)的需求。

2.電極裝置內部骨架：內部骨架是由一根圓柱狀銅棒和輸液導管構成。銅棒長度400mm，直徑10mm銅棒一段打磨成長度10mm的錐狀尖頭，另一段距端頭100mm的長度上對應兩側打磨成凹槽。一根直徑為5mm的輸液導管被細銅絲纏繞在上述銅棒上，輸液導管的底端距銅棒底端尖頭處100mm，開口被濾網(wǎng)包裹；輸液管另一開口處具有防滲的塑料螺母?，F(xiàn)場使用該發(fā)明電極裝置的過程中，可通過輸液導管向鉆孔內部輸送離子溶液，離子溶液可以從電極裝置與孔壁之間的間隙中流向鉆孔底部或孔口，進而保證了電極與周圍介質的耦合。

3.電極裝置外部包裝：電極裝置在分別距兩端100mm的中間段用導電海綿和導電絨布包裹，中間段長度200mm，利用導電海綿纏繞銅棒、銅絲以及輸液導管，上述海綿具有吸水膨脹的功能；導電絨布包裹在最外層，具有極強抗磨損性能，主要為達到保護內部海綿及貼緊孔壁的效果。特別地，其中裸露的最底端100mm銅棒還具有采用人工錘擊的方式向堤壩土層繼續(xù)鉆進的功能；特別地，其中裸露的最頂端100mm銅棒打磨成凹槽易于夾頭連接。

4.離子溶液注入方法：離子溶液相對于水導電能力更強，噴壺內充滿了多種材料配置的混合離子溶液，利用輸液導管上的塑料螺母和噴壺上的空心螺桿旋轉連接；利用噴壺上加壓裝置和溶液自重，離子溶液由輸液導管抵達導管底部開口處，通過濾網(wǎng)向鉆孔內溢流，最終充滿整個鉆孔，進一步增強電極裝置與硬化介質、堤壩土層之間的耦合效果。

5.并行電法工作方法：利用雙夾頭的導線一端連接銅棒的凹槽部位，一端連接電纜線上裸露的墊片，一根多芯電纜線上連接的的64道電極構成一個測道，利用多芯電纜線端頭與并行電法儀連接，并行電法儀對測站上各道電極的供電電流、自然電位、一次場電位和二次場電位進行收錄；一次測量完成后，再進行下一站的數(shù)據(jù)采集工作。一般地，一個堤壩隱患體探測可布置2～4道測站，布置位置主要集中在壩前坡、壩頂、壩后坡等處，特別地，后期防滲加固斷面上應至少布置一道。

6.數(shù)據(jù)處理與解譯：利用并行電法配套的軟件一個測站的數(shù)據(jù)進行解編、去噪、坐標輸入、測深校正等過程手段，成果以視電阻率等值線圖表達出來；特別地，測試數(shù)據(jù)也可采用并行電法正反演手段，最終獲取堤壩的真電阻率反演圖像，進一步使異常區(qū)更加明顯、收斂。進一步，把每個測站按照相應的測網(wǎng)空間位置拼接在一起，結合堤壩前期運行資料，進一步解譯出引起堤壩隱患的產(chǎn)生原因以及堤壩隱患位置、范圍、走向等特征信息，進而為后期除 險加固方案的設計提供有益的資料。

本發(fā)明的優(yōu)點：

1.本發(fā)明采用充電式電錘對硬化堤壩表層鉆孔，現(xiàn)場作業(yè)方便，操作靈活，勞動強度低，應用環(huán)境廣，同時鉆孔孔徑較小，方便后期堤壩硬化表層修復工作。

2.該電極裝置內部采用銅棒骨架，在硬化堤壩使用過程中電極中間部位可以與硬化介質實現(xiàn)良好接觸的同時，底部銅棒可以保證與堤壩土體良好的耦合效果，進一步該電極裝置具有應用于硬化和普通堤壩面的雙重功能，該電極采用模塊化集成構制，攜帶方便，制作簡單，價格低廉，施工快捷，循環(huán)使用能力強，可以達到現(xiàn)場規(guī)?；褂眯枨?。

3.采用由輸液導管向孔底注入離子溶液，利用反循環(huán)式溶液流動工藝技術，充分保證電極與孔壁之間的充分耦合，大大降低了接地電阻，有效地降低硬化介質對地電數(shù)據(jù)的干擾，提高了測試信號的信噪比。

4.采用具有擬地震化數(shù)據(jù)采集優(yōu)勢的并行電法測試技術，一次測量完成，可獲得全電場作用下的海量數(shù)據(jù)體，提高了工作效率，增加了地質體的信息量，更加準確、有效的識別堤壩內部的隱患位置、范圍、走向等特征信息，為后期除險加固方案的設計提供可靠的資料。

5.該測試技術現(xiàn)場施工快捷、結果可靠，彌補了當前堤壩硬化表層電阻率法測試的弊端，采用多個斷面測試的視電阻率或真電阻率結果立體化綜合對比技術，提高了解譯的可靠性。

附圖說明

圖1是發(fā)明電極裝置的內部骨架結構示意圖，圖2是用于硬化堤壩內隱患體并行電法定向檢測裝置的工作方式圖。

1―圓柱狀銅棒；2―尖頭；3―凹槽；4―輸液導管；5―濾網(wǎng)；6―防滲連接螺母；7―細銅絲；8―鉆孔；9―導電海綿；10―導電絨布；11―夾子；12―導線。

具體實施方式

用于硬化堤壩內隱患體并行電法定向檢測方法及裝置，該發(fā)明針對當前堤壩被硬化后直流電法查漏工作難以安裝電極的難題，提出了一種新的裝置和檢測方法，達到對堤壩隱患有效識別的目的。具體工作方式分以下幾個方面：

1.發(fā)明電極裝置的骨架結構：如圖1所示，該電極裝置內部構架包括長度400mm的圓柱狀銅棒1，柱狀銅棒1的底端長度為10mm的圓錐狀尖頭2，圓錐狀尖頭2有利于插入地下介質；柱狀銅棒1的另一端兩側被打磨成長度為100mm的凹槽3，凹槽3的作用是方便夾頭11夾緊，以便更穩(wěn)定的采集數(shù)據(jù)；細銅絲7把一個長度為200mm的輸液導管4纏繞在銅棒1的中部，輸液導管4的下方開口距銅棒1的圓錐狀夾頭2頂端的長度為100mm，離子溶液由噴壺經(jīng)防滲連接螺母6進入輸液導管4中，并由輸液導管底部開口處流入鉆孔，為防止開口 阻塞，在開口處增加濾網(wǎng)5。

2.發(fā)明裝置的外部設計：如圖2所示，在圓柱狀銅棒1，銅絲7，輸液導管4的外層包裹導電海綿9，該導電海綿9具有吸水膨脹、持水的功能，有助于保證了發(fā)明裝置與孔壁的較好的接觸和較長時間的數(shù)據(jù)采集工作；進一步保護海綿9，在海綿9的外側增加有具有導電和抗磨損性質的導電絨布10。

3.該發(fā)明電極裝置采用了模塊化集成構架，現(xiàn)場使用中，只需把電極裝置插入鉆孔8中，利用雙夾頭的導線把電極與多芯電纜連接，特別地，導線12兩端的夾頭11一端夾住凹槽3，一端夾住多芯電纜線墊層；現(xiàn)場使用中要檢查夾子與凹槽、墊片的連接情況，避免出現(xiàn)松動，造成信號不穩(wěn)的情況發(fā)生。

4.一種并行電法應用于硬化堤壩隱患探測方法和裝置的工作方法：根據(jù)工作要求和現(xiàn)場工作環(huán)境，合理選擇并行電法進行堤壩隱患探測。結合堤壩滲漏點出露的位置，在壩前坡、壩頂、壩后坡等部位布置2～4道電法測站，尤其在后期防滲加固的斷面上應布置一道測線，測線長度應根據(jù)堤壩長度和探測目的綜合考慮。測線測網(wǎng)設計完成后，在測點處利用充電式電錘向硬化堤壩鉆進，鉆孔孔徑25mm，硬化表層孔深100～300mm左右。把電極裝置插入孔中，特別地，當硬化表層較薄時，可利用鐵錘錘擊銅棒更深地進入土層。利用防滲螺母把噴壺中的離子溶液輸入輸液導管中，并由輸液導管底部開口處流入鉆孔內，為防止開口阻塞，在開口處增加濾網(wǎng)。當鉆孔口有離子溶液溢出時，停止注入，利用雙夾頭導線把電極凹槽和電纜墊片相互連接，利用并行電法儀采集電法數(shù)據(jù)。

5.利用并行電法配套的軟件一個測站的數(shù)據(jù)進行解編、去噪、坐標輸入、測深校正等過程手段，成果以視電阻率等值線圖表達出來；特別地，測試數(shù)據(jù)也可采用并行電法正反演手段，最終獲取堤壩的真電阻率反演圖像，進一步使異常區(qū)更加突出、收斂。進一步，把每個測站按照相應的測網(wǎng)空間位置拼接在一起，結合堤壩前期運行資料，進一步解譯出引起堤壩隱患的產(chǎn)生原因以及堤壩隱患位置、范圍、走向等特征信息，進而為后期除險加固方案的設計提供有益的資料。