基于示踪法的土石坝裂缝发育深度检测及成因分析

胡涛 贾军 陆俊 范向前 董茂干

摘要：根据探地雷达的检测原理，引入与土体介电常数差异较大、具有强烈反射性的示踪剂，结合探地雷达技术来检测某黏心墙土石坝裂缝的发育深度。通过对灌入示踪剂前后探地雷达检测剖面图像裂缝深度的对比分析，发现裂缝深度检测值提高了20%～50%。通过对坝体监测资料中坝体变形、库水位和裂缝开度进行相关性分析，发现土石坝正常运行情况下，坝体前后变形、水平竖向变形的不一致会引起坝体的开裂，库水位的变化是导致土石坝坝体开裂的主因。通过对坝体的裂缝发育深度的检测以及裂缝成因分析，为土石坝工程的管理和维修加固提供了科学的决策依据。

关 键 词：裂缝; 示踪法; 探地雷达技术; 相关性分析; 土石坝

裂缝是十分常见的一种险情，由于裂缝的衍生扩展，导致结构承载力和安全稳定性降低，结构寿命减短，严重的会导致结构整体的失效破坏，造成巨大的财产损失和人员伤亡，因此对裂缝的发育深度和成因分析，及时掌握结构的安全状态具有重要的实际意义。目前，裂缝的探测方法主要有：超声波法、表面波法、探地雷达探测法和地震映像法[1]，以上各种裂缝探测方法，只能探测得知裂缝的大概位置范围，不能对裂缝的发育情况进行详细地描述，特别是对结构危害性较大的裂缝发育深度无法准确探测。本文通过南京水利科学研究院开发的裂缝深度示踪法检测技术[2]，将示踪剂注入坝体裂缝中，采用探地雷达技术[3]结合监测示踪剂在裂缝中的流动状态，检测裂缝的真实发育深度。

裂缝发育深度的检测能对裂缝做更好的表现性描述，但是仅凭检测结果很难对坝体结构的安全状态进行评估分析[4]。本文结合坝体的监测数据，通过相关性分析[5]，对裂缝成因进行分析，及时了解坝体结构的安全状态，可为坝体工程维修、加固决策提供更为科学的依据。

1 探地雷达工作原理

探地雷达基于探测目标体与周围介质间存在的介电差异，向目标体发射定向高频（106～109Hz）脉冲电磁波，当高频电磁波传播过程中遇到有电性差异的界面或目标体时，就会发生反射和散射，通过分析来自截面或目标体反射回来的电磁波强度、波形、往返旅行时间、振幅、频率和相位特征，来判断电磁波所通过介质的属性，达到确定目标体性质[6]。目前探地雷达技术已经广泛应用于质量缺陷检测[7-8]、工程地质勘察[9]和地质灾害预报[10-11]等领域。

4 结 语

本文通过理论分析和工程实践，表明探地雷达技术综合监测示踪剂在裂缝深度检测时，能获得更真实的裂缝发育深度，裂缝检测深度明显提高，且对于土石坝土石裂缝的检测也具有适用性，解决了目前土石坝裂缝无损检测的空缺。通过对坝体的裂缝成因分析，和坝体坝前坝后变形、库水位和裂缝开度进行相关系数的计算，表明土石坝库水位的变化会引起坝体坝前土体的压缩变形，导致坝体坝前坝后的沉降和水平位移不一致，引起坝体开裂。

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（编辑：刘 媛）