近幾十年內(nèi),為了滿足人民生活及社會(huì)發(fā)展對(duì)水資源的需求,我國(guó)修建了許多堤壩水庫(kù),且堤壩水庫(kù)總數(shù)量早已位居世界前列。但是,我國(guó)堤壩質(zhì)量卻不高且存在著數(shù)量眾多的高危病險(xiǎn)堤壩水庫(kù),這些病危堤壩水庫(kù)由于年久失修,疏于管理,已經(jīng)超負(fù)荷運(yùn)行多年,隨時(shí)可能出現(xiàn)滲漏,管涌,蟻穴等隱患,且時(shí)刻威脅著人民群眾的財(cái)產(chǎn)及人身安全。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,很多學(xué)者對(duì)堤壩隱患探測(cè)進(jìn)行了研究并將其應(yīng)用到堤壩隱患探測(cè)中,例如高密度電法,核磁共振法等,皆有各自優(yōu)缺點(diǎn)。目前需要找出一種能夠無(wú)損,快速,高效且精確的探測(cè)方法,對(duì)堤壩內(nèi)部的隱患進(jìn)行探測(cè),對(duì)我國(guó)數(shù)量眾多的堤壩進(jìn)行徹底的隱患排查和工程修繕。瞬變電磁法作為一種快速、無(wú)損的探測(cè)方法,使用發(fā)射源激發(fā)一次場(chǎng),瞬間關(guān)斷后接收二次場(chǎng),已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于礦產(chǎn)勘查,隧道突水突泥超前預(yù)報(bào)探測(cè),采空區(qū)調(diào)查,礦井涌水,工程勘察選址等方面。本文主要在前人的研究基礎(chǔ)上,將瞬變電磁陣列源引入到堤壩隱患探測(cè)方面。分析了陣列源的輻射特性,并對(duì)陣列源瞬變電磁探測(cè)堤壩隱患進(jìn)行了模擬,為后期進(jìn)行裝備的制作及現(xiàn)場(chǎng)施工提供了理論支持。陣列源瞬變電磁法是一種體現(xiàn)“復(fù)雜發(fā)射,復(fù)雜接收”理念的電磁勘探方式。“復(fù)雜發(fā)射”是指,通過(guò)改變加載在發(fā)射源上的發(fā)射波形來(lái)獲取被探測(cè)目標(biāo)的最佳二次場(chǎng)響應(yīng)。由于發(fā)射波形決定了場(chǎng)的頻譜特征,可以通過(guò)縮短、延長(zhǎng)發(fā)射波形的脈寬或者改變發(fā)射波形,以此來(lái)獲得被探測(cè)目標(biāo)體的最佳響應(yīng)。梯形波是目前瞬變電磁法應(yīng)用最為廣泛的發(fā)射波形,通過(guò)傅氏變換可知,縮短脈寬時(shí)間可以提高發(fā)射波形頻譜中的高頻諧波成分所占百分比,頻譜成分中的低頻成分的主要作用是增加穿透深度,而高頻成分的主要作用是對(duì)探測(cè)目標(biāo)的分辨作用。當(dāng)高頻諧波成分增多,就會(huì)對(duì)探測(cè)目標(biāo)的分辨率大大增強(qiáng),但是縮短發(fā)射波形脈寬會(huì)使得發(fā)射能量的減小同時(shí)也會(huì)造成頻譜幅值的減小。通過(guò)使用陣列源并且增加陣列源規(guī)模的方法,可以在不增加發(fā)射電流的情況下提高發(fā)射源能量,提高頻譜幅值,在保證低頻諧波成分不減少的情況下,增加高頻諧波成分,提高分辨率,壓制噪聲提高信噪比。本文通過(guò)三維時(shí)域有限差分方法模擬堤壩隱患響應(yīng),在前人研究的基礎(chǔ)上修改了三維時(shí)域有限差分在輻射源處的加載方法,實(shí)現(xiàn)了陣列源的三維時(shí)域有限差分模擬;模擬并對(duì)比了不同規(guī)模陣列源及發(fā)射電流情況下的二次場(chǎng)三分量響應(yīng)幅值,證實(shí)了陣列源可以通過(guò)擴(kuò)大規(guī)模來(lái)提高響應(yīng)幅值;模擬并對(duì)比了不同深度的河水及不同河水電阻率條件下的陣列源瞬變電磁響應(yīng)的特征及其電磁場(chǎng)的分布;通過(guò)正演壩體滲漏,壩底滲漏,堤壩裂隙滲漏及管涌危害,分析其響應(yīng)特征及電磁場(chǎng)分布,并發(fā)現(xiàn)了衰減電壓的y分量較衰減電壓的x分量對(duì)探測(cè)異常體在衰減曲線上顯示更加明顯。并與回線源對(duì)比得出陣列源在管狀滲漏隱患下有較好的探測(cè)效果。基于三維正演結(jié)果,本文所研究的陣列源探測(cè)堤壩隱患響應(yīng)特征會(huì)對(duì)今后的儀器裝備的制作及現(xiàn)場(chǎng)施工給予指導(dǎo)與幫助。
【學(xué)位單位】：長(zhǎng)安大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：P631.325;TV871
【部分圖文】：

時(shí)需要考慮到麥克斯韋方程的第四個(gè)公式，否式（2.3）改寫(xiě)為 和公式（2.5）就是非源區(qū)域的 Maxwell 方程的場(chǎng)共 6 個(gè)分量用下圖中 Yee 晶胞來(lái)進(jìn)行空間離

(2.17)因?yàn)殛嚵性吹募虞d只與電場(chǎng) Z 分量有關(guān)，所以只需對(duì)式（2.8）進(jìn)行添加場(chǎng)源項(xiàng)便可得到有源媒介的麥克斯韋方程，在計(jì)算源處的其它方程與無(wú)源處方程一致。2.3 陣列源的加載方式陣列源的加載的位置是位于源所在網(wǎng)格 Z 方向的相鄰的多條棱邊上，加載為數(shù)條有限長(zhǎng)的“無(wú)體積”的源。如圖 2.3 所示為兩個(gè)相鄰的 Yee 晶胞，其中紫色的加粗線表示為陣列源，加載的源為 2 3 規(guī)模大小的陣列源，陣列源中的源都加載于網(wǎng)格的 Z 方向上的棱邊上。

陣列源中的源都加載于網(wǎng)格的 Z 方向上的棱邊上。圖 陣列源 Yee 晶胞加載方式示意圖2.4 邊界條件及穩(wěn)定性條件本文中所討論的三維時(shí)域有限差分方法選擇使用第一類邊界條件。為了滿足第一類

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2815936