一种阻隔帷幕复电阻率信号与渗透性关系的确定方法

1.本发明涉及污染场地调查技术领域，更具体的，涉及一种阻隔帷幕复电阻率信号与渗透性关系的确定方法。


背景技术：

2.阻隔技术是针对污染地块地下水修复的重要手段。目前常用的阻隔方式主要通过铺设阻隔帷幕控制污染物的迁移，不同类型的阻隔帷幕在施工运行过程中常会出现不同的质量问题，比如塑性混凝土阻隔帷幕出现的墙体开裂、空洞等问题、深层搅拌混凝土帷幕出现的墙体连续性差的问题以及高压喷射帷幕的墙体离析和架空等问题。针对可能出现的各种质量问题，需要对阻隔帷幕进行质量检测，保证墙体的完整和防渗作用的发挥。
3.传统方法主要以钻探取样和利用注水实验研究其渗透特性为主，存在耗时长，成本高，容易对墙体造成破坏，且无法实现长时间监测等问题，利用地球物理勘探技术对阻隔帷幕进行检测，无损、快速，可实现连续检测，并且可针对阻隔帷幕的固结特性进行时移复电阻率测量，获取阻隔帷幕不同固结状态的渗透特性。


技术实现要素：

4.本发明的目的是为克服现有技术的不足，为了解决上述技术问题，本发明提出了涉及一种阻隔帷幕复电阻率信号与渗透性关系的确定方法。
5.本发明第一方面提供了一种阻隔帷幕复电阻率信号与渗透性关系的确定方法，包括：获取阻隔帷幕材料样品，对所述阻隔帷幕材料样品进行微观结构测试，分析阻隔帷幕材料的微观结构特性；采集不同固结状态下阻隔帷幕复电阻率响应数据；基于阻隔帷幕材料结构特征参数，建立阻隔帷幕复电阻率频谱参数与渗透系数的关系模型；以微观结构参数为纽带，利用复电阻率频谱参数评价阻隔帷幕材料不同固结状态下的渗透特性。
6.本方案中，所述阻隔帷幕材料样品为浇筑前充分搅拌的注浆充填材料，或通过取样钻孔于浇筑完成后获得，钻探取样应在浇筑完成后立即进行，取样位置为阻隔帷幕正上方，取样深度在2~4m为宜，不可对帷幕造成明显破坏，取样后应及时封孔，避免影响其防渗作用的发挥。
7.本方案中，表征材料微观结构特征的参数包括：颗粒直径、孔隙度。
8.本方案中，所述不同固结状态根据下述公式确定：；其中：表示监测周期（h）；表示不同固结阶段，取值为 ，n为固结完成
时间；表示温度等效系数，，表示浇筑现场的温度,表示标准温度，取值为20℃；表示修正系数，一般取1.02~1.04。
9.本方案中，所述复电阻率信号通过跨孔电阻率ct法采集，同时采集电阻率和极化率信号；采集方法为时移复电阻率法，即在同一位置，采用相同的数据采集系统，获取不同时间的复电阻率信号。
10.本方案中，所述不同固结状态下材料的孔隙度由下述公式确定：；其中：表示初始孔隙度，表示不同固结阶段，取值为 ，n为固结完成时间。
11.本方案中，所述建立关系模型步骤为：步骤s1：利用下述公式得到复电阻率参数：；其中：表示复电阻率；表示供电时间无限长时多孔介质的电阻率；表示多孔介质的极化率；表示弛豫时间；表示角频率；表示频率相关系数；表示虚数单位；提取弛豫时间等复电阻率频谱特征参数；步骤s2：基于前期阻隔多孔介质材料微观结构参数，利用下述公式：；其中：表示渗透系数；表示颗粒直径；表示胶结指数；表示孔隙度；获取阻隔多孔介质材料微观结构参数与渗透系数k之间的关系；结合前期复电阻率数据采集结果，基于公式:；获取复电阻率频谱参数与材料微观结构之间的关系；总结阻隔多孔介质材料微观结构参数与复电阻率频谱特征相应参数弛豫时间的关系如下：；步骤s3：基于步骤s1-s2，以阻隔多孔介质材料结构特征参数为纽带，通过建立的复电阻率频谱参数与渗透系数的关系模型求取阻隔帷幕材料不同固结状态下的渗透系数，评价其渗透特性。
12.本发明解决了背景技术中存在的缺陷，本发明具备以下有益效果：本发明以污染场地注浆阻隔多孔介质材料为研究对象，基于阻隔多孔介质材料的微观结构与复电阻率理论，对阻隔材料样品进行微观结构测试，针对阻隔帷幕不同固结状态下渗透性能不同，开展了时移复电阻率测量，利用最小二乘法拟合复电阻率测量数据与频率域cole-cole模型，开展不同固结状态阻隔帷幕材料复电阻率信号响应研究，提取特征
频谱参数弛豫时间，以材料的微观结构特征为纽带，建立复电阻率频谱特征参数弛豫时间与渗透系数之间的定量关系，提出了不同固结状态下阻隔材料基于复电阻率频谱特征参数弛豫时间的渗透性能的量化分析方法，完成了由弛豫时间到渗透系数的转化，为评价阻隔帷幕渗透性提供了一种新方法。相比利用传统钻探取样及注水实验分析帷幕渗透特性，该方法实现了无损探测、工作效率高、操作便捷，可实现连续检测。
附图说明
13.为了更清楚地说明本发明实施例或示例性中的技术方案，下面将对实施例或示例性描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以按照这些附图示出的获得其他的附图。
14.图1示出了本发明一种阻隔帷幕复电阻率信号与渗透性关系的确定方法的流程图；图2示出了本发明一种阻隔帷幕复电阻率信号与渗透性关系的确定方法的示意图；图3示出了本发明实施例中监测周期和不同固结阶段关系曲线；本发明目的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
15.为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
16.在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。
17.图1、2示出了本发明一种阻隔帷幕复电阻率信号与渗透性关系的确定方法的流程图及示意图。
18.如图1所示，本发明第一方面提供了一种阻隔帷幕复电阻率信号与渗透性关系的确定方法，包括：s102，获取阻隔帷幕材料样品，对所述阻隔帷幕材料样品进行微观结构测试，分析阻隔帷幕材料的微观结构特性；需要说明的是，所述阻隔帷幕材料样品为浇筑前充分搅拌的注浆充填材料，或通过取样钻孔于浇筑完成后获得，仅需能反映出阻隔帷幕材料特性即可，钻探取样应在浇筑完成后立即进行，取样位置为阻隔帷幕正上方，取样深度在2~4m为宜，不可对帷幕造成明显破坏，取样后应及时封孔，避免影响其防渗作用的发挥。
19.在本发明实施例中，污染场地典型注浆阻隔帷幕类型为土壤-膨润土墙和混凝土-膨润土墙。对膨润土进行水化操作时，膨润土和水的配比为1：7，搅拌完成后放置24h。之后利用场地的原状土和混凝土分别进行阻隔帷幕材料的配置，通过搅拌桩和喷射桩完成浇筑。
20.需要说明的是，所述样品微观结构特性可采用 ct 扫描技术、核磁共振方法、低温氮气吸附法和压汞法等获取。所述表征材料微观结构特征的参数包括：颗粒直径、孔隙度。
21.在本发明实施例中，采用ct扫描方法，对阻隔帷幕材料进行x-射线衍射测试，对样品的中部1/3高度进行结构扫描，扫描结束利用阈值分割对图像进行二值化处理，对所得ct图像进行去噪。
22.s104，采集不同固结状态下阻隔帷幕复电阻率响应数据；需要说明的是，所述不同固结状态根据下述公式确定：；其中：表示监测周期（h）；表示不同固结阶段，取值为 ，n为固结完成时间（n为固结完成时间，此处1表示固结时间为1天，为第一固结阶段，2表示完成对第一固结阶段监测后的下一固结阶段，以此类推）；表示温度等效系数，，表示浇筑现场的温度,表示标准温度，取值为20℃；表示修正系数，一般取1.02~1.04。
23.在本发明实施例中，a取值为1.02，浇筑现场温度为25℃，监测周期及不同固结阶段之间的关系如图3所示，随着固结阶段的推移，监测周期逐渐变长，即监测频率逐渐降低，在第15个固结阶段时，监测周期为每15天监测一次。
24.具体的，所述复电阻率信号通过跨孔电阻率ct法采集，采集方法为时移复电阻率法，即在同一位置，采用相同的数据采集系统，获取不同时间的复电阻率信号，采集信号为电阻率和极化率信号，每次采集时间即为监测周期t。
25.在本发明实施例中，跨孔电阻率ct测量电极间距为0.5m，单条测线电极共18个，总测线长度为8.5m，首电极埋深根据水位埋深确定，为2.5m，即钻孔孔深为11m。测量阵列采用am-bn型阵列，通过 res2dinv 软件进行数据反演，最大迭代次数为7次。
26.s106，基于阻隔帷幕材料结构特征参数，建立阻隔帷幕复电阻率频谱参数与渗透系数的关系模型；在本发明实施例中，所述颗粒直径和初始孔隙度均已通过x射线衍射获取。由于帷幕固结时颗粒直径不变而孔隙度逐渐减小，因此需计算不同固结状态下阻隔帷幕的孔隙度。
27.需要说明的是，所述不同固结状态下材料的孔隙度由下述公式确定：；其中：表示初始孔隙度，表示不同固结阶段，取值为 ，n为固结完成时间。
28.由初始孔隙度和上述公式计算得到不同固结状态下的孔隙度 。
29.s108，以微观结构参数为纽带，利用复电阻率频谱参数评价阻隔帷幕材料不同固结状态下的渗透特性。
30.需要说明的是，所述建立关系模型步骤为：步骤s1：利用下述公式得到复电阻率参数：
；其中：表示复电阻率；表示供电时间无限长时多孔介质的电阻率；表示多孔介质的极化率；表示弛豫时间；表示角频率；表示频率相关系数；表示虚数单位；提取弛豫时间等复电阻率频谱特征参数；步骤s2：基于前期阻隔多孔介质材料微观结构参数，利用下述公式：；其中：表示渗透系数；表示颗粒直径；表示胶结指数；表示孔隙度；获取阻隔多孔介质材料微观结构参数与渗透系数k之间的关系；结合前期复电阻率数据采集结果，基于公式:；获取复电阻率频谱参数与材料微观结构之间的关系；基于上述公式，总结阻隔多孔介质材料微观结构参数与复电阻率频谱特征相应参数弛豫时间的关系如下：；步骤s3：基于步骤s1-s2，以阻隔多孔介质材料结构特征参数为纽带，通过建立的复电阻率频谱参数与渗透系数的关系模型求取阻隔帷幕材料不同固结状态下的渗透系数，评价其渗透特性。
31.在本发明实施例中，利用cole-cole模型拟合复电阻率参数，获取特征参数复电阻率 、零频电阻率 、极化率 和弛豫时间 。胶结指数根据 获取，式中q、p均为胶结常数， 为孔隙度。固结状态不同，采集到的复电阻率频谱参数和阻隔帷幕的孔隙度均不同，根据采集到的不同固结状态的弛豫时间 和利用公式 计算得到的不同固结状态的孔隙度 得到不同固结状态的阻隔帷幕的渗透系数 ，完成由复电阻率频谱特征参数弛豫时间到渗透系数的转化。若渗透系数小于 cm/s，则认为阻隔帷幕仍能发挥作用，否则需要通过堵漏、补浆等操作对其进行修复治理。
32.在本技术所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的设备和方法，可以通过其它的方式实现。以上所描述的设备实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，如：多个单元或组件可以结合，或可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另外，所显示或讨论的各组成部分相互之间的耦合、或直接耦合、或通信连接可以是通过一些接口，设备或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性的、机械的或其它形式的。
33.上述作为分离部件说明的单元可以是、或也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是、或也可以不是物理单元；既可以位于一个地方，也可以分布到多个网络单元上；可以根据实际的需要选择其中的部分或全部单元来实现本实施例方案的目的。
34.另外，在本发明各实施例中的各功能单元可以全部集成在一个处理单元中，也可
以是各单元分别单独作为一个单元，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中；上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用硬件加软件功能单元的形式实现。
35.本领域普通技术人员可以理解：实现上述方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成，前述的程序可以存储于计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，执行包括上述方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：移动存储设备、只读存储器（rom，read-only memory）、随机存取存储器（ram，random access memory）、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
36.或者，本发明上述集成的单元如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明实施例的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备（可以是个人计算机、服务器、或者网络设备等）执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分。而前述的存储介质包括：移动存储设备、rom、ram、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
37.以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

技术特征：
1.一种阻隔帷幕复电阻率信号与渗透性关系的确定方法，其特征在于，包括以下步骤：获取阻隔帷幕材料样品，对所述阻隔帷幕材料样品进行微观结构测试，分析阻隔帷幕材料的微观结构特性；采集不同固结状态下阻隔帷幕复电阻率响应数据；基于阻隔帷幕材料微观结构特征参数，建立阻隔帷幕复电阻率频谱参数与渗透系数的关系模型；以微观结构特征参数为纽带，利用复电阻率频谱参数评价阻隔帷幕材料不同固结状态下的渗透特性。2.根据权利要求1所述的一种阻隔帷幕复电阻率信号与渗透性关系的确定方法，其特征在于，所述阻隔帷幕材料样品可为浇筑前充分搅拌的注浆充填材料，或通过取样钻孔于浇筑完成后获得，仅需能反映出阻隔帷幕材料特性即可。利用取样钻孔进行取样时应在浇筑完成后立即进行，取样位置为阻隔帷幕正上方，取样深度为2～4m为，取样后及时封孔。3.根据权利要求1所述的一种阻隔帷幕复电阻率信号与渗透性关系的确定方法，其特征在于，表征阻隔帷幕材料样品微观结构特征的参数包括：颗粒直径、孔隙度。4.根据权利要求1所述的一种阻隔帷幕复电阻率信号与渗透性关系的确定方法，其特征在于，所述不同固结状态根据下述公式确定：其中：t表示监测周期；x表示不同固结阶段，x取值为1,2,3
…
n，n为固结完成时间；t表示温度等效系数，t
j
表示浇筑现场的温度,t0表示标准温度，取值为20℃；a表示修正系数，取1.02～1.04。5.根据权利要求1所述的一种阻隔帷幕复电阻率信号与渗透性关系的确定方法，其特征在于，所述复电阻率信号通过跨孔电阻率ct法采集，同时采集电阻率和极化率信号。6.根据权利要求5所述的一种阻隔帷幕复电阻率信号与渗透性关系的确定方法，其特征在于，所述复电阻率信号通过跨孔电阻率ct法采集，为时移复电阻率法，在同一位置，采用相同的数据采集系统，获取不同时间的复电阻率信号。7.根据权利要求3所述的一种阻隔帷幕复电阻率信号与渗透性关系的确定方法，其特征在于，所述不同固结状态下材料的孔隙度由下述公式确定：其中，e0表示初始孔隙度，x表示不同固结阶段，x取值为1,2,3
…
n，n为固结完成时间。8.根据权利要求3所述的一种阻隔帷幕复电阻率信号与渗透性关系的确定方法，其特征在于，所述建立关系模型步骤为：步骤s1：利用下述公式得到复电阻率参数：其中：σ
*
表示复电阻率；σ表示供电时间无限长时多孔介质的电阻率；m表示多孔介质的极化率；τ表示弛豫时间；ω表示角频率；c表示频率相关系数0<c<1；i表示虚数单位；
提取复电阻率频谱特征参数；步骤s2：基于前期阻隔多孔介质材料微观结构参数，利用下述公式：其中：k表示渗透系数；d表示颗粒直径；n表示胶结指数；e表示孔隙度；获取阻隔多孔介质材料微观结构参数与渗透系数k之间的关系；结合前期复电阻率数据采集结果，基于公式:τ＝5.4
×
108d2获取复电阻率频谱参数与材料微观结构之间的关系；总结阻隔多孔介质材料微观结构参数与复电阻率频谱特征相应参数弛豫时间的关系如下：步骤s3：基于步骤s1-s2，以阻隔多孔介质材料结构特征参数为纽带，通过建立的复电阻率频谱参数与渗透系数的关系模型求取阻隔帷幕材料不同固结状态下的渗透系数，评价其渗透特性。

技术总结
本发明公开了一种阻隔帷幕复电阻率信号与渗透性关系的确定方法，包括：获取阻隔帷幕材料样品进行微观结构测试，分析阻隔帷幕材料的微观结构特性；采集不同固结状态下阻隔帷幕复电阻率响应数据；基于阻隔帷幕材料结构特征参数，建立阻隔帷幕复电阻率频谱参数与渗透系数的关系模型；以微观结构参数为纽带，根据复电阻率频谱参数评价阻隔帷幕材料不同固结状态下的渗透特性。本发明考虑了阻隔帷幕不同固结状态下渗透系数不同，对阻隔材料进行了时移复电阻率测量，提出了不同固结状态下阻隔帷幕材料基于复电阻率频谱特征参数弛豫时间的渗透性能的量化分析方法，完成了由弛豫时间到渗透系数的转化，为评价阻隔帷幕渗透性提供了一种新方法。种新方法。种新方法。


技术研发人员：张家铭 李婧 毛德强 李书鹏 郭丽莉 赵瑞珏 邱景琮
受保护的技术使用者：山东大学
技术研发日：2023.07.26
技术公布日：2023/10/11