【土石坝不同渗漏类型模拟试验分析案例2800字】

土石坝不同渗漏类型模拟试验分析案例1.1REFLEXW的探地雷达正演反演模拟软件Reflex地质雷达正演模拟软件，它是以有限时差法为基础的地质雷达信号正演模拟的软件，为了得到大坝不同渗漏类型的探测结果，运用relfexw软件对土石坝的渗漏类型进行系统的模拟。通过研究与分析得到的图像，得到地质雷达在识别渗漏的规律，同时进一步正演图像进行反演，探究模拟的正确性。是与有限差分法是求解麦克斯韦方程的一种计算方法，被广泛应用于众多领域，KaneS.Yee于1966年首次提出，通过使用Yee氏网格的空间离散方式，经过后来的不断完善，成为研究雷达信号波区域的有效方法。1.1.1FDTD基本方程麦克斯韦方程组是基础，它是电磁波在空间中传播的形式，方程式为：∇×E=−∂B∇×H=J+∂D∂t∇∙B=0（4-1c）∇∙D=ρ（4-1d）式中：ρ——电荷密度（C/m）；J——电流密度（A/m）；D——电位移（C/m）;H——磁场强度（A/m）；E——电场强度（V/m）；B——磁感应强度（A/m）.在线性，静止的各向同性介质中，D=εEB=μHJ=σ（E+E'）=式中：Ε——介电常数；σ——电导率；μ——磁导率；JcE'令fx，y，z，t关于时间空间取一阶偏导数的中心差分近似为（4-2）在直角坐标系中，麦克斯韦的FDTD三维模式ρ（4-3）FDTD离散中电场与磁场各节点的分布图如下图4-1表4-1Yee元胞中E、H个分量节点位置4．2正演模拟建立由前几张的对渗漏类型的介绍，可以知道，大坝渗漏区主要包括两部分，一部分是渗漏部分中间饱和土壤区，另一块就是饱和区外侧的大坝土体部分，为了试验效果，本次模拟试验主要采用一些同心圆表示，通过改变圆内介质的介电常数，以及在不同电导率下用reflexw建立模型，模拟大坝渗漏区不同深度，不同部位和病害导致的地下空穴等地质问题所显示的图像，土壤不同含水率的介电常数如表所示。本文主要通过研究不同天线中心频率下的的不同深度不同部位发生渗漏以及周围土体对地质雷达所产生的效应。本文模拟的情况主要有：不同深度：为达到区分不同深度下地质雷达的分辨率，结合渗漏发生的深度范围，分别设置了不同深度的地质雷达的模拟，目的是得到不同病害下的雷达的分辨率。不同的地质条件：在不同的土壤环境下，土体的介电系数也不相同，这样都会影响地质雷达探测时的信号，所以，不同大小的渗透系数都会对渗漏区产生不同的影响，在地质雷达探测过程中出现不同的结果。不同的渗漏部位以及病害发育时间：病害发育时间的不同会导致渗漏区的范围以及电介质出现在不同部位，本文主要模拟不同渗漏位置、不同阶段的地质雷达模拟的对象。4．3正演模拟结果因为地质雷达不同频率下，探测不同深度的探测结果是受到影响的，因此，先以一定直径的圆代替渗漏区，模拟相同土体环境中，相同的土体介质下，不同频率，不同深度。1、无渗漏模拟无渗漏的情况，假设渗漏区用圆形代替，内部介质用空气填充，介电常数与导电率分别为1，0.0001模拟在同一深度，本次试验设定试验深度为4m，不同位置的渗漏形态填充后的图如下图4-2无渗漏图4-3地质雷达50MHz成果图图4-4地质雷达100MHz成果图图4-5地质雷达200MHz成果图图4-3给出了无渗漏情况下地质雷达50、100、200MHz三个成果图，模拟中，已知土壤的介电常数和导电率，研究电磁波的探测深度，本实验采用的土的介电常数是6，电导率取0.005S/m。模拟结果分析：由图可知，圆形渗漏区在雷达接收数据的剖面分析图中一般是双曲线的形态。从图中可以看出2-3米处，3-5米处，5-6米处，深度与之对应的1-2m，3-4m，4-6m处强发射异常，为脱空区域。2、水平方向不同大小渗漏在不同频率下的试验研究图4-6同一深度不同大小渗漏填充图不同频率下的正演及反演结果如图示图4-7地质雷达50MHz成果图图4-8地质雷达100MHz成果图图4-9地质雷达200MHz成果图模拟了50,、100和200MHz下深度为4m处的不同直径的圆形渗漏区，已知土壤的介电常数和导电率，研究电磁波的探测深度，本实验采用的土的介电常数是6，电导率取0.005S/m。渗漏区取介质的介电常数为60，电导率为0.02S/m。由图可知，圆形渗漏区在雷达接收数据的剖面分析图中是双曲线的形态。有图像可以知道，当电磁波的频率较低时，仍然可以清楚地看到各个深度下的信号，当频率增大时，精度也随之提高，而且土壤对电磁波的损耗都比较小，反射波的信号值比较强，因此可以得到不同频率下的波的形态图，结合图形的形态可以计算渗漏的位置。从图像上可以看出水平方向上，在1.5-2.5m，3.5-1.5m，8m处，深度为1-5m，出现强反射，为渗漏区3、不同深度下的渗漏为了研究不同深度下的地质雷达波的形态图，本次模拟设定了渗漏区的大小固定，假设r=0.25m，分别模拟深度为2、4、6m是渗漏区不同频率下的波的形态图，圆形的坐标为（2,2），（4,4），（6,6），中心天线的频率50、100、200MHz。图4-10不同深度渗漏区填充图相同深度下渗漏区大小不同时在不同频率下的证验结果如图示图4-11地质雷达50MHz成果图图4-12地质雷达100MHz成果图图4-13地质雷达200MHz成果图正演结果分析：图4-11~4-13模拟了相同直径大小的圆形渗漏区分别在深度2、4、6m处的雷达探测，探测结果图显示深度1-2，3-4，5-6m处出现强反射，为渗漏区。4、接触面渗漏设置接触面深度为4m，渗漏区为长方形（2×1），中心点坐标为（8，4）。图4-9接触面渗漏模拟图像填充剖面图接触面处不同大小渗漏在不同频率下的正演模拟结果：图4-10地质雷达50MHz成果图图4-11地质雷达100MHz成果图图4-12地质雷达200MHz成果图正演结果分析：图4-10~4-12分别为地质雷达50、100、200NHz成果图，由图可以看出当频率较低时，图像比较模糊，当频率增高时，图像变得清晰，接触面4-5m，在8m深度3-6m处出现强反射，可以判断出渗漏的位置。裂缝本文模拟了水平与竖直两种情况，假设裂缝中的介质为空气与水，设置中心天线的频率为50,、100、200MHz得到的成果图如下水平裂缝介质为空气，成果图如下图4-13水平裂缝填图4-14地质雷达200MHz成果图图4-15地质雷达100MHz成果图结果分析：图4-14、图4-15位水平裂缝的地质雷达成果图，裂隙中填充介质为空气时，由正演反演结果，可以判断出渗漏的类型渗漏区的大小形态。介质为水图4-16水平裂缝图4-17地质雷达200MHz成果图图4-18地质雷达100MHz成果图图4-17、4-18分别为地质雷达200MHz、100MHz成果图，水平裂隙中填充介质是水，可以判断出渗漏区位置，形态反演可以判断出正演结果的正确性。竖直裂缝由于裂隙下部受到撕裂形成的类似水滴状的竖直裂隙，本文主要模拟了渗漏区介质为空气与水两种情况下中心天线频率为100,200MHz四种类型渗漏区介质是空气，图4-19竖直裂缝图4-20地质雷达200MHz成果图图4-21地质雷达100MHz成果图结果分析：图4-20,4-21为竖直渗漏下渗漏区填充空气的模拟，在设置中心天线频率分别为100，200MHz下的成果图，有反演结果可以判断出正演模拟的正确性。渗漏区介质为水图4-21竖直裂缝图4-22地质雷达200MHz成果图图4-23地质雷达100MHz成果图结果分析：与前面的过程相同，不同的是渗漏区的介质