一种走航式快速探测海床土电阻率的技术方法研究

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土壤电阻率包含了土壤品质和物理性质的丰富信息,在海床土的研究中有着广泛的应用前景。近几十年来,海床土的电阻率已经逐渐应用于近海工程地质环境评价、地基土稳定性评价;各类海洋矿产资源探测;沉积物固结沉降;污染物运移;海底管线腐蚀以及海床的侵蚀监测等问题研究;并且在防灾减灾方面也具有重要的现实意义。相对于多电极直流电阻率法在陆上浅层土体测试中的广泛应用,鲜有国内外学者将其直接用于海底土层的调查研究。究其原因有三:(1)水下供电时,海水将分流绝大多数的电流,只有少量电流供入海床土中;(2)走航式的测量方式需要数据采集具有较高的采存速度,一般的电阻率采集仪尚难实现;(3)瞬时实现不同深度电阻率探测的采集方式和实现方式尚难实现。基于目前技术研究现状,本文基于静电场理论,计算了不同供电点设置下,海水及海床土中电场分布,讨论最佳供电、测量方式;根据理论计算结果和室内模拟试验以及现场原位试验结果设计出一种走航式海床电阻率测量系统;最后通过工程实例评价系统的有效性,对装置改进提出建议。全文共分七章。第一章主要阐述国内外相关研究现状、论文主要研究内容、研究方法及研究成果。第二章主要介绍了电阻率的基本理论;电法勘探的基本原理、几种常用方法和常用装置;以及国内外电阻率探测仪器的发展现状。第三章建立了海底电阻率探测的地电模型,通过镜象法求解出了海底电场的电位计算方程,得出了海底直流电场分布特征,并对供电点与测量点到海床距离的变化、海水与海床土电阻率的变化对视电阻率的影响及电流在海水与海床土中的分流等问题进行了分析。研究发现,供电点与测量点位于海水面上和位于海床土中,二极装置与三极装置,都有各自的优缺点,探测时,应根据现场条件及探测目标体的要求,进行供电点与测量点位置及探测装置的选择。第四章对走航式的多电极电阻率测试装备进行了初步设计。第五章通过室内模拟试验与现场原位试验的方法研究了多电极直流电阻率法对海底砂层及海床土内目标体的探测能力。研究表明,海水环境下多电极直流电阻率法对于砂土电阻率的变化具有良好的探测能力,只是相对于陆地环境所需探测仪器的精度要高。将电极传感器布设于水底时,多电极直流电阻率法对于水下目标体尤其是高阻目标体具有良好的探测效果。第六章给出了水下多电极直流电阻率法野外工作的一个工程实例。通过对工程实例的分析,得出了一些在工程应用中应该注意的问题。第七章则给出了论文的整体研究结论及下一步工作建议。本文基于不同直流供电条件下,海床土中静电场特征分析,设计出了一种走航式的多电极电阻率测试装备;试验结果显示该系统可有效测量水下一定深度内地层电阻率分布和电阻率异常体;并且通过在工程实践中的应用,对实际应用中的一些问题进行了总结分析,对以后的类似工程问题具有重要的指导意义。
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