弹性波大坝CT技术及在混凝土拱坝检测评估中的应用研究.PDF

中国水利水电科学研究院 13届青年学术交流会论文 文章编号： 弹性波大坝CT技术及在混凝土拱坝检测评估中的应用研究 ， ， ， 1 2 3 1 2 王荣鲁 何兰超 吕小彬 （1.中国水利水电科学研究院，北京 100038；2.流域水循环模拟与调控国家重点实验室，北京 100038； 3.水利部安全监督司，北京 100053） 摘要： 介绍了大坝CT技术的原理和分类，讨论了CT技术在大坝隐患检测中的应用和进展，重点介绍了通过“948” 项目引进的混凝土坝内部缺陷诊断系统，在此基础上，通过消化吸收建立了弹性波波速诊断水工大体积混凝土内部 缺陷的方法，并成功在某碾压混凝土拱坝检测评估中的应用，实践证明，检测结果真实可信，弹性波大坝CT技术可 作为大坝无损检测评估的有效手段，为大坝老化病害诊断提供科学依据，其应用前景广泛。 关键词：大坝CT；弹性波CT；混凝土拱坝；检测评估 中图分类号： 文献标识码：A 1 概述 我国有近十万座不同标准和类型的大坝。这些大坝运行一定年限后，大多存在一定程度的老化病害 [1] 现象 。其中碾压混凝土坝发展迅速，数量众多，但由于其典型的成层体系结构，层面往往因间歇时间 控制欠妥、处理不当成为一相对薄弱面，从而造成层面的强度特性和渗流特性变差，严重削弱了层间结 合质量，影响混凝土的耐久性和大坝的抗滑稳定性。为保证病险混凝土坝的安全运行，必须要对大坝混 凝土质量尤其是大体积混凝土的内部质量分布状况进行系统的检测，对其内部缺陷进行正确的诊断和评 估，为制定科学、合理的修复加固方案提供有力依据。但是，在我国目前的水利工程实践中，绝大多数 工程仍只局限于对混凝土坝外部质量的简单描述和检测，大坝混凝土内部质量检测主要采取钻孔取芯法， 该方法能直观反映混凝土质量，但由于是破损性方法，不能大量的钻孔检查，且其检测结果随机性大， [2] [3] 以点代面，往往给工程留下安全隐患 。近年来，大坝CT技术逐渐被引用到水工安全检测评估中 ，国 外部分大坝已成功用此技术进行了检测评估，技术逐渐成熟，并积累了一定经验。本文将对弹性波CT技 术、国外类似工程检测实例与国内最近研究进展及工程应用进行相关介绍。 2 大坝CT技术研究进展 2.1 CT 技术 近年来，CT 技术的应用已经拓展到科学和工程等诸多领域，特别在地球物理学和土木工 程质量无损检测等方面得到了广泛的应用。根据应用领域，CT 技术可分为医学 CT、工业 CT 和工程 CT 等。工程 CT 根据所使用的射线源不同，又可分为弹性波 CT、电磁波 CT 和电阻率 CT 等，其中弹性波 CT 精度最高，应用范围最广；其根据振源及信号频率又可分为声波 CT 和地震波 CT；根据投影数据类型可 分为走时层析、振幅层析和波形层析等；根据反演的物性参数，可分为波速层析和衰减系数层析等；根 [4] 据反演的理论基础，可分为以射线理论为基础的射线层析和以波动理论为基础的衍射层析和散射层析 。 收稿日期： 基金项目：水利部 “948”项目 （201301），973项目（2013CB035906 ） 作者简介：王荣鲁 （1979-），男，山东临沂，高级工程师，主要从事水工建筑物检测评估工作。E_mail:wangrl@ 弹性波 CT 技术是一种全面、直观评价混凝土内部质量，且结果的可靠性和准确性均比较好的无损 检测方法[1,2] 。当混凝土结构具有两个对立的可测临空面时（如大坝坝体、闸墩、基础等），在一侧布置 激振点（激振源），在另一侧布置受信点（高灵敏度加速度传感器）。 11 2.2 大坝CT 的研究进展 20 世纪 80 年代末，意大利率先将 CT 技术用于大坝安全检查，基于波在不同 媒质中传播速度的差异，对坝体介质的波速分布进行反演，建立大坝内部结构 CT 图像，迄今已完成了 [