[發明專利]基于電刺激的三維層析成像堤壩隱伏滲漏通道掃描方法

在審

• 申請號: 202010513344.8
• 申請日: 2020-06-08
• 公開（公告）號: CN111721831A
• 公開（公告）日: 2020-09-29
• 發明（設計）人: 梁越;葉天齊;鄧智中;夏日風;孫志偉;張宏杰;汪魁;趙明階;邢冰
• 申請（專利權）人: 重慶交通大學
• 主分類號: G01N27/62
• 分類號: G01N27/62;G01N27/04;G01N15/08
• 代理公司: 重慶縉云專利代理事務所(特殊普通合伙) 50237
• 代理人: 王翔

1.基于電刺激的三維層析成像堤壩隱伏滲漏通道掃描方法，其特征在于：包括以下步驟：

1)選取所述探測區域，在探測區域鉆取若干電勢探井，若干電勢探井呈網狀分布；鉆取所述電勢探井時，采集到不同深度的土樣，對土樣進行室內的通電后的土體電阻率測量，并對土樣的含水率、滲透系數進行測量；

2)每個所述電勢探井內布設若干探測電極Ⅰ，若干探測電極Ⅰ沿電勢探井的深度方向間隔布設；所述探測區域的地表布設若干探測電極Ⅱ，所有探測電極Ⅰ、探測電極Ⅱ與探測裝置連接。

3)采用所述探測裝置測量探測區域的自然電位，自然電位用于對以后測得的電信號數據進行修正；

4)所述探測裝置與放電裝置連接，并在探測裝置內設計放電程序和接收程序；

5)啟動所述探測裝置，探測裝置通過放電程序對若干探測電極Ⅰ和探測電極Ⅱ進行重復且有序的放電，通過接收程序對探測電極Ⅰ和探測電極Ⅱ的電刺激響應進行接收和存儲；

6)根據所述電刺激響應的信息建立探測區域的三維地質正分析模型和反演分析模型，利用連續線性估計算法融合電刺激作用下獲得的電勢響應數據，進行探測區域地層三維結構反演；

7)利用電阻率在地層中的三維分布規律、滲透參數和電阻率的關系，分析堤壩的含水層、潛伏的滲透通道和預發展的滲透通道，將最終的成果繪制為精細的地層信息圖。

2.根據權利要求1所述的基于電刺激的三維層析成像堤壩隱伏滲漏通道掃描方法，其特征在于：步驟6)包括以下步驟：

6.1)根據步驟1)測量的土樣數據，得到地層電阻率的均值、方差和尺度參數；

6.2)將所述電阻率的均值賦予到探測區域內的每一個網格內，建立探測區域的三維電場正分析模型，結合邊界條件，利用三維電場正分析模型計算每一次電刺激下每個探測位置在估計參數條件下的電壓及電流值；

6.3)利用連續線性估計算法對探測區域內待估點的電阻率值進行估計，未知電阻率的迭代計算公式為：

式中，u_c為待估的探測區域電阻率參數向量，u_c^(r+1)為參數向量u_c在第r+1次的條件估計值，r＝0的參數來源于步驟6.2)正分析的結果以及先驗資料；d^*為每次電刺激作用下電壓電流的觀測值，d^(r)為電壓電流利用三維電場正分析模型的模擬值，T為轉置，ω^(r)T是第r次估計權重系數矩陣的轉置，權重系數矩陣ω計算公式為：

[ε_dd+λdiag(ε_dd)]ω＝ε_du (2)

其中ε_dd是觀測數據之間的協方差矩陣，而ε_du是觀測數據與參數之間的協方差矩陣；λ是Levenberg-Marquardt算法動態乘子，而diag()運算符代表取對角陣；協方差由敏感度得到：

式中，J_du是電壓電流觀測數據對探測區域電阻率變化的敏感度矩陣，參數協方差矩陣ε_uu在r＝0時由先驗地質信息給出，隨后每次迭代按照下式逐步更新：

6.4)重復式(1)的迭代過程，直至得到的參數估計值條件下得到的迭代結果較上一次迭代結果改進量較小，即相對誤差小于等于個臨界值時，停止迭代，這個臨界值取0.1％或0.01％。