电阻率法（精选12篇）
电阻率法 篇1
用选定的装置沿剖面进行视电阻率测量, 所得的视电阻率剖面曲线反映了该剖面一定深度范围内岩石电性的横向变化。因此电阻率剖面法主要用于:进行地质填图;确定覆盖层下不同导电性岩层的接触带位置;发现并追索断裂破碎带、古河道和地下暗河;寻找裂隙水;调查溶洞、古窑洞的分布等。
常用的电阻率剖面装置有中间梯度;联合剖面;对称四极和偶极剖面。装置的选择要由工作的目的、任务以及地电体的电性特点和几何特点来确定, 既要考虑到方法的有效性, 又要考虑到工作效率和成本。在面积性工作中, 测网密度应由勘查目的、工作性质、勘查对象规模和所采用的装置形式来确定。
1 中间梯度法
1.1 球体上的中梯异常
与球心投影点对应, 两侧有对称的次极值。高阻球体上方为正异常, 而低阻球体上方为负异常。
如果观测的均方相对误差为土5%, 并以大于3倍均方相对误差的异常作为可靠异常的下限, 那么中间梯度法对良导球体的最大勘查深度不超过2.37m, 而对高阻球体的最大勘查深度不超过1.88m, 由此可见, 中梯装置对低阻球体的探查能力优于对高阻球体的探查能力。
1.2 脉状体的中Pa异常
1.2.1 直立脉状体
高阻直立脉状体会产生很大的Pa异常。这是由于高阻脉体对水平方向的电流排斥作用最强, 致使脉顶电流密度大为增加而造成的。利用pa可以定性地说明这一点。如果剖面方向垂直脉体走向, 则Pa异常具有对称的形状, 在高阻直立脉体正上方, 有极大值, 而两侧有对称的次级极小值。
如果直立脉体是低阻的, 而且很薄, 那么它对水平方向电流的影响就很微弱, 脉顶围岩的电流密度变化不明显, 因此仅在薄脉顶端出现不大的负异常。所以中间梯度装置常用于追索陡倾斜的高阻脉状体。如果用它来追索低阻陡立的含水断裂破碎带, 效果就不好。
1.2.2 倾斜脉状体
高阻倾斜脉状体的Pa异常曲线在脉顶投影位置上仍有主极大值。由于高阻体的屏蔽作用, 大部分电流仍从脉顶围岩中通过。然而在脉顶两侧, 电流的分布是不对称的, 这导致Po异常曲线的不对称, 在高阻脉倾向一侧, Pa曲线斜率较小并且有较明显的次极小值, 而在另一侧, Pa曲线斜率较大, 次极小值不明显。
由于界面低阻一侧的电流密度切向分量较大, 因此低阻倾斜脉吸引电流并使电流沿斜面向上汇集。这使得低阻倾斜脉倾向一侧电流密度减小而形成Pa的极小, 另一侧则形成Pa的极大, 在脉顶投影位置附近, Pa接近背景值。
1.2.3 水平板体
由于电流平行板面流过, 因此当板体为低阻时, 板内电流密度切向分量远大于围岩, 近地表处电流密度明显减小, 从而形成一个较宽的低阻异常。如果板体为高阻而且很薄, 则它对水平方向电流的排斥作用较弱, 于是在水平高阻薄板上方产生较弱的宽平的高阻异常。所以中梯装置不宜用来探查水平高阻薄板, 但可用于探查水平的或倾角不大的低阻薄脉。
2 联合剖面法和对称四极剖面法
把联合剖面和对称四极放在一起讨论是因为, 在AO和MN相同的条件下, 对称四极装置的视电阻率PaAB等于联剖装置视电阻率PaA和PaB的平均值, 因此很容易从联剖的视电阻率曲线获得对应的对称四极视电阻率曲线。
2.1 垂直界面的联剖和对称四极Pa曲线
在地质填图中, 常遇到两种不同电性岩层分界线的划定问题, 因此, 研究垂直界面上的Pa曲线特征有实际的意义。用电象法很容易导出单点电流源情况下垂直界面两侧的视电阻率表达式。推导时设MN→0, 并且以界面与测线之交点作为坐标原点。
2.2 复合对称四极剖面法
使用两个不同极距的对称四极装置称为复合对称四极装置。复合对称四极剖面法在工程电勘查中用得较多, 它主要用来快速查明基底的起伏情况, 但不能提供定量信息。
3 偶极剖面法
偶极剖面法具有装置轻便, 横向分辨能力强的优点, 但由于偶极场的电流密度与距离三次方成反比, 因此接收信号强度随距离衰减很快, 为保证有足够强的电位差信号, 需加大供电电流。
偶极剖面法的主要缺点是受地表局部不均匀体的干扰较大, 同时, 异常形态与极距有关, 这给解释工作增加了难度。为了辅助对异常的解释, 常常使用多种极距, 并制作Po等值断面图。
4 电阻率剖面法的资料解释
电阻率剖面法的野外测量数据经系统检查合格后, 可制作下列解释图件:
4.1 视电阻率剖面平面图
成图比例尺一般应等于工作比例尺, 有特殊需要时可放大或缩小比例尺成图。参数比例尺应根据测区具体情况来确定, 以能突出有意义的异常又能适当压制局部不均匀干扰为原则, 同时曲线不能过多地相互重叠。
利用剖面平面图可以了解脉状体的延伸情况, 电性特征, 在理想条件下可以判断脉状体的倾向。
4.2 视电阻率等值线平面图
等值线的间距可以采用等差或等比的方式, 但其最小间距应为实达观测精度的3倍。利用等值线平面图可以定性地确定异常的性质和平面分布;并确定异常的中心部位;确定进一步工作的地段等等。
4.3 综合平面图
它应包含地质、物探和化探的主要资料或成果。如果在一个测区内进行了多种不同装置的电阻率剖面法或其它物、化探方法, 就应制作综合平面图。这时应对物、化探成果进行综合分析, 把无关紧要的或虚假的异常予以删除, 然后成图。
4.4 推断成果图
包括平面图和剖面图, 是通过物探工作反映其地质成果的图件。在推断平面图中, 应根据物探成果把岩层界线、含水及不含水的构造、岩溶发育地带、古河道、地下暗河、含水及不含水溶洞等等一一用相应符号标示出来。推断剖面图通常是一种地形、地质、物探的综合剖面图。剖面应该切过主要物探异常的中心, 并应垂直构造的走向。这种剖面有时候是在面积性工作结束后专门布置的。
在对物探资料进行解释时, 必须注意以下几点:首先, 要注意地电体和地质体的区别和联系, 电阻率异常仅表示地下不同地电体的存在。第二, 不同地质体或地形, 可以产生同一类型的视电阻率异常。第三, 不同导电性岩层的分界面在中间梯度及对称四极剖面上表现为Pa曲线的阶梯状变化, 而在联合剖面上则常表现为PaA与PaB的同步阶梯状变化, 并且在相邻测线的对应地段也可见这种变化, 由此可追索接触带。在实际工作中有些联剖交点是由地形或其它因素引起的, 有些交点则是毫无地质意义的。
摘要：用选定的装置沿剖面进行视电阻率测量, 所得的视电阻率剖面曲线反映了该剖面一定深度范围内岩石电性的横向变化。
关键词：物探,技术,电阻率,剖面法
参考文献
[1]王大纯, 张大权, 史毅虹等.地质学基础[M].北京:地质出版社, 1995.
[2]李红.地质勘查工作发展[J].中国科技信息, 2007.
电阻率法 篇2
利用高密度电阻率法确定滑坡面的正演研究
高密度电法探测是滑坡面探测的有效手段,适宜的现场工作方案和相应的资料解译模型,是获取可靠探测成果的前提.本文针对高密度电法勘探中常用的四类电极排列方式,即维纳、施伦贝谢、偶极、二极,利用有限元的方法二维正演模拟建立了均质土坡滑面、软弱夹层滑面、堆积层滑面、构造破碎带滑面的.标准地电模型剖面;明确了进行不同类型滑坡工程地质调查时不同电测装置的探测能力和视电阻率异常模式;提出复杂地质条件下斜坡问题探测数据有效处理的设计比值参数方法.最后给出若干利用高密度电阻率法进行滑坡工程地质调查的典型实例.
作 者：郭秀军 黄潇雨 贾永刚 Guo Xiujun Huang Xiaoyu JIA Yonggang 作者单位：中国海洋大学,山东,青岛,266003刊 名：应用地球物理(英文版) SCI英文刊名：APPLIED GEOPHYSICS年，卷(期)：2(1)分类号：关键词：高密度电阻率法 滑坡面探测 地电模型 电阻率响应 典型实例 multi-electrode electric method sliding face survey electric model resistivity response and case history
电阻率法 篇3
关键词：高密度电阻率层析成像法；水文地质；应用
上个世纪80年代，日本地质计测株式会社首次就高密度电阻率探查法研制成功。其工作原理即基于常规直流电阻率法，将多个电极同时布置在探测剖面上，通过人工方式将电流发送至地下，促使地下形成较为稳定的电流层，利用自动控制转换装置，自动观测和记录所布设的剖面的物探方法。该方法可实施二维地电断面测量，此外，还具有测深法及剖面法功能，不仅点距小，且在采样密度方面也较高。当将导线敷设一次后，可观测数千个记录点的实时数据，不仅在施工效率方面较高且信息量大，是一种对地质滑坡体、岩溶空洞及隐伏断层构造等进行探测的有效方法。
1. 高密度电法原理分析
1.1 基本原理
所谓高密度电法实质为电阻率法，是一种将电测深法和剖面法进行组合式运用的剖面装置，其相比于传统的电阻率法，所存在的不同点在于可一次对多个测试电极进行设置，通过一次勘探过程，便能对纵横2维的相应测试给与完成，针对地电结构来讲，其同样具有一定的成像能力。所以，介质不同，则在探测成果图方面都具有比较直观的体现和反应。同一介质或者不同介质在具体成分及结构方面存在较大差异，则其所具有的电阻率也不相同。如果将介质假定为均质各向同性，可通过以下公式对地下介质视电阻率进行计算：
ρ=KΔV/I
在公式当中，ρ所代表的是岩土层视电阻率（Ω·m）；△V则表示为电位差（V）；I则表示为供电电流（A）；K表示为装置系数。
1.2 数據采集原理
首先将一系列电极在固定点距x沿测线进行布置，用x表示相邻电极距，将装置电极间距设置为a=nx （n=1， 2，3，……，n+1），将电极间距为a的1组连接到仪器上，并且还应经过转换开关，利用转换开关将装置类型进行改变，就该测试点相应各种装置的视电阻率观测予以一次性完成（将记录点设置在电极排列重点），当将一个测点观测完毕之后，利用转换开关便可实现向下一组电极进行自动转换的目的（即将点距x自动向前推移）然后采用同样的方法，对该点实施对应观测，直至将整条剖面相应电极间距为a观测完成即可。然后对其余不同间距装置进行选择，诸如a=2x，a=3x，……，a=（n+1）x，并对上述观测进行重复操作。
1.3 资料处理与解释
可利用高密度电阻率成像处理系统，对数据处理和解释数据进行相应处理。该方法通过实施佐迪反演，以此实现横向分辨率及纵向分辨率提高的目的，促使电性剖面对于地下介质能够真实的进行反应。
可依据高密度电法电阻率成像断面图当中所存在的电阻率分布状况，可将地质异常状况进行相应划分。通常情况下，第四系土层在电阻率方面普遍较低，一般情况下其区间为10～208Ω·m；如果第四系砂层内不存在水分状况即处于干燥使，则其电阻率相对较高，可达到100Ω·m，如果其存在含水状况，其电阻率与土层中相应含水量和含沙量之间存在密切关系，即第四系砂层在含水量方面越强，则其电阻率就会越低，此外，其含砂量越大，则同样电阻率越高，通常情况下数值为10～50Ω·m。一般情况下煤系地层当中的砂页岩及砂岩所具有的电阻率为30～80Ω·m，其煤层电阻率通常为200～500Ω·m。比如当煤炭经过开采之后，其相应冒裂带及采空区上部的覆岩层则会出现程度不一的坍塌和裂隙，致使电阻率值出现增大状况。针对地下所具有的空洞来讲，其所存在的电性会随着空洞充填物的性质而发生相应变化，如果空洞处于充满水的状况，则其在电阻率方面就会极低，通常情况下<20Ω·m；如果空洞处于干燥状态，则其电阻率就会非常高通常>200Ω·m。因此，针对地下采空区、异常地质体的位置及空洞解释，便可运用上述规律落实此内容。
2. 工程应用
张庄冲沟作为该地区重要的冲沟形式，其位置处于张庄井田的西部。该冲沟字南部开始经过水流汇集向北流动，并穿过煤系露头流入到小汶河当中。在七十年代中期在张庄冲击沟的西部位置，以及在磁莱铁路桥北部大约30～50m处，十一层采空区保留岩柱距离冲沟底部为5.6m，当雨季时，沟底就会出现突然塌陷并发生相应透水事故，以此对其进行及时抢修，并在塌陷坑当中将大量的农作物填充其中。通过对其进行大致推算可知，经过近三十几年的填充操作，其原始填充物则可能出现活化状况，因此，其就预示着该地区还将可能发生塌陷现象，进而发生透水事故，所以，所以，必须地质探测该区域的裂隙通道及隐患，在治理方面还要有针对性，从而以保证矿井安全为最终目标。
通过高密度探测冲沟，并就运用高密度电阻率成像处理系统所获取的具体数据，利用计算机进行相应处理，最终便可得到高密度电阻率成像图。如图1所示。
通过图1可知，在电阻率剖面当中，电性异常区出现3个，分别为1个高阻区和2个低阻区。针对异常区1来讲，其实质为低阻区，其相应平面位置则在桩号25～50m位置处，则可将其断定为为十一层浅部塌陷区或者采空区，并且在其内部还含有水；针对异常2来讲，其实质为为高阻区，其位置具体在桩号55～120m处，因此，则可将其判定为十一层浅部采空区，还有可能是十三层开采影响区，其中不存在水；针对异常3来讲，其为低阻区，其位置在于于桩号135～155m位置处，其存在较大异常范围，且深度大致为10～30m，则可将其判定为十一层浅部采空区，或者是煤覆岩裂隙发育带，该异常区具有较强的含水性，并且在顶部位置上还具有高阻异常，并与地面直接连通，因此，可断定为裂隙通道的反映。上述三个异常区域之间可能会存在局部煤柱间隔。
3. 结语
高密度电法具有与其它探测方法相同点，均需要对一定地球物理予以满足，尤其是围岩和探测目的体之间所存在的电性差异，对其造成困扰的因素较小时，其地质效果则会令人满意，可在许多地质工程及水文地质当中进行运用。
参考文献：
[1]周启友. 从高密度电阻率成像法到三维空间上的包气带水文学[J]. 水文地质工程地质， 2004， 30（6）：97-104.
[2]刘晓民， 刘廷玺， 万峥. 高密度电阻率法在水文地质勘查中的应用[J]. 中国水利水电科学研究院学报， 2007（02）：154-157.
[3]汤博. 高密度电阻率法在水文地质勘察中的应用[J]. 水科学与工程技术， 2015（03）：12-15.
电阻率法测定水泥的凝结时间 篇4
一般说来，水泥水化是一个离子的溶解与沉淀过程。水泥加水后，水泥中的易溶组分，如碱金属盐、硫酸盐等迅速溶解于溶液中，同时C3A、C3S等水泥矿物发生水解，浆体的导电能力迅速增强;当溶液中的SO42-、Ca2+、OH-和Al (OH) 4-等离子浓度足够高时，水化物便从溶液中沉淀出，浆体变稠并凝结，该过程消耗水和离子，同时使固相体积增大，孔隙减小，造成浆体导电能力减小;在水化初期，前一过程占主导，随后，后一过程处于主导地位[1]。因此，水泥加水后的导电能力变化能很好地反映水泥的凝结与硬化过程。
乔龄山介绍了一种用最高电导率时间作为水泥初凝时间的方法[2];肖忠明根据水泥水化电导率变化特性确定水泥的凝结时间，且发现与维卡仪法的凝结时间相关性很好[3];Gu用水泥水化电阻率曲线的突变来估计硅酸盐-铝酸盐复合水泥的凝结时间[4];而Wolfgang则发现水化电导率-时间微分曲线的第一个极小值时间与初凝时间接近[5]。
在本文中，测定了不同类别、不同强度等级硅酸盐水泥水化电阻率-时间曲线，研究水化电阻率变化与水泥凝结时间的关系，提出了根据电阻率最小值及其对应时间测定水泥凝结时间的方法，并将该方法与现行标准方法(维卡仪法)做了对比。
1 试验
随机选取P·Ⅱ、P·C、P·O、P·S、P·F和M等类别，强度等级包含有32.5、42.5、52.5的31个硅酸盐系列水泥样，按GB/T1346—2001《水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检验方法》测定凝结时间。
采用无电极电阻率仪，在水灰比为0.4的情况下，测试水泥水化时浆体电阻率随时间变化，并测得最小电阻率及其对应时间。浆体的搅拌方式与测定凝结时间的方法一致，将搅拌好的浆体倒入模具, 振捣后启动测试程序，电脑读数并保存数据，一分钟一次。仪器配备有温度探头，可埋入浆体，以测定浆体内部温度随水化时间的变化。
仪器测试的重复性检验见图1。2台不同仪器测得的数据在水化早期几乎可以完全重合，这说明仪器有较好的重复性。
2 结果及讨论
2.1 水泥水化的电阻率变化
水泥水化时浆体电阻率及温度随时间的变化见图2，可以描述如下：
Ⅰ—起始期;Ⅱ—诱导期;Ⅲ—加速期;Ⅳ—减速期[1]
1)在阶段Ⅰ，由于水泥易溶组分的溶解，电阻率随水化时间而减小，浆体温度逐渐上升;
2)电阻率达到最低点后，在高饱和度条件下，水化物沉淀，电阻率突然上升(图2Ⅱ开始段);
3)形成的水化物包裹在水泥颗粒表面，形成保护层，阻止水泥颗粒与水接触，水化进入诱导期，电阻率变化很小，浆体温度增加速度也较慢(图2Ⅱ末段);
4)保护层因化学反应、渗透压、重结晶等原因破裂，水化进入加速期，电阻率、浆体温度都迅速增长(阶段Ⅲ);
5)水化物形成的扩散屏蔽层，使水化减速，电阻率增长速率减缓，浆体温度也下降(阶段Ⅳ)[1]。
阶段Ⅲ的变化平台，有研究认为是钙钒石(AFt)转化为单硫型硫铝酸钙(AFm)引起，该转化发生时每摩尔C3A反应消耗电解质和水的质量减小，而使曲线出现平台[1]。
2.2 参数的选择
试验发现，浆体初凝大多发生在阶段Ⅱ末。而对于阶段Ⅰ，根据M·伊什-沙洛姆的水泥流变学研究结果[6]，水泥加水后一段较长时间内，浆体的塑性黏度和极限剪切应力几乎不变，此后才开始增长，由于阶段Ⅰ主要为矿物溶解的阶段，因此可认为该阶段对浆体的塑性黏度没什么影响，所以将阶段Ⅰ持续的时间，即最低电阻率对应的时间Tmin作为测量参数之一。
P.Barnes认为，凝结取决于从水泥组分释放出来进入溶液的离子发生反应生成固体颗粒的相对速率[7]，由于反应的速率主要与离子的浓度有关，离子浓度越高，反应越快，而电阻率间接反映了离子浓度(同水灰比的情况下，可以认为电阻率越小，离子浓度越高)，因此有理由相信水泥凝结时间与其电阻率有关，故选取电阻率最小值ρmin作为测量参数之一。
综上，可将水泥的凝结时间Tsetting写成：
2.3 f (ρmin) 的确定
将式(1)变换为：
对31个水泥样的电阻率数据以及用维卡仪法测得的凝结时间进行统计分析，发现维卡仪法的凝结时间Tsetting与最低电阻率时间Tmin之差与最低电阻率值ρmin成线性关系(见图3和图4)，因此f (ρmin) 可表示为：
a、b为待定系数，对于初凝时间：a=165.95, b=22.424(见图3);对于终凝时间：a=174.24, b=31.315(见图4)。
2.4 公式的验证
将求得的参数代入式(1)，则有电阻率法下的初凝时间计算公式为：
终凝时间计算公式为：
将测得的各水泥样的Tmin、ρmin值分别代入，计算得各水泥样的初、终凝时间，并将其与现行标准方法(维卡仪法)测得的初、终凝时间对比，见图5和图6。
从图5、图6可以看出，两种方法测得的初、终凝时间对应点分布趋于y=x的方程曲线，即两种方法测得的结果接近相等。其中初凝时间与维卡仪法相比，平均偏差为9.3min，平均偏差率4.8%;终凝时间平均偏差为22.2min，平均偏差率9.4%。再考虑到维卡仪法本身的误差[3,8]，两种方法有相当好的一致性，因此可以通过测量水泥水化最小电阻率及其对应时间方法来测定水泥的凝结时间。
3 结论
1)水泥水化过程中，浆体的电阻率变化明显表现出阶段性、规律性，且与浆体的温度变化有较好的对应性。
2)水泥的凝结时间与浆体水化过程中的最小电阻率值及其对应时间有关，经处理计算得到的电阻率法的初、终凝时间与标准方法测得的接近，电阻率法可以用于测定水泥的凝结时间。
参考文献
[1]隋同波, 曾晓辉, 谢友均, 等.电阻率法研究水泥早期行为[J].硅酸盐学报, 2008, 36 (4) :431-435.
[2]乔龄山.水泥凝结时间的新检测方法——电阻率测定[J].水泥, 2005, (1) :65.
[3]肖忠明.利用水泥电性能进行水泥物理性能测试的研究[J].水泥, 2007, (6) :45-48.
[4]Ping Gu, Yan Fu, Ping Xie and J J Beaudoin.A study of the hydration and setting behavior of OPC-HAC pastes[J].Cement and Concrete Research, 1994, 24 (4) :682-694.
[5]Wolfgang Brameshuber, Tanja Brockmann.Electrical conductivity measurements to characterize the setting and hardening of mortars[A].International Symposium of NDT in Civil Engineering[C], Rome, Italy, 2003.
[6]袁润章.胶凝材料学[M].武汉:武汉工业大学出版社, 1996.
[7]P BARNES.水泥的结构与性能[M].吴兆琦, 汪瑞芬, 等译.北京:中国建筑工业出版社, 1991.
电阻率法 篇5
高密度电阻率法在地下水勘查中的应用
高密度电阻率法兼具剖而法与电测深法的`效果,并具点距小、数据采集密度大、能直接反映基岩起伏状态,高密度电法测最的二维地电断面能较直观地反映基岩界线基岩构造,能够了解与围岩存在电性差异的断裂构造[1],在寻找地下水,查明采空区,探测岩溶发育带和划分地层诸方面得到了应用[2].本次高密度电法勘探工区为某宾馆拟建场址,勘探结果证明高密度电法应用在山区地下水勘查中具有较好的实际效果和应用前景,但也存在一定的局限性.
作 者：方毅 张印 骆地雄 朱学仁 作者单位：浙江省地球物理技术应用研究所,浙江,杭州,310005刊 名：中国水运(下半月)英文刊名：CHINA WATER TRANSPORT年，卷(期)：09(6)分类号：P641.72关键词：高密度电阻率法 地球物理勘查 地下水系统 视电阻率 断层
浅谈伏安法测电阻 篇6
关键词：伏安法；电流表内接法；电流表外接法；限流电路；分压电路
伏安法测电阻是电阻测量最基本的方法，是高中物理电学部分的重要内容，在历年的高考中也被重点考查。伏安法测电阻常涉及电流表内、外接法的选择与滑动变阻器限流、分压式的选择，以及没有电压表或没有电流表等情况下电路的设计。在实际教学的过程当中，发现学生对伏安法测电阻往往认识不清。本文就伏安法测电阻的基本方法及其变式应用进行探讨。
一、伏安法测电阻基本原理
1.基本原理
伏安法测电阻的基本原理是欧姆定律，只要测出元件两端电压和通过的电流，即可由欧姆定律计算出该元件的阻值。
2.测量电路的选择及误差分析
（1）电流表内接法：由于电流表的分压作用，使电压表的测量值大于被测电阻两端电压的真实值，导致R测大于Rx。也就是R
（3）测量电路的选择：
如果Rx约为1000 Ω，RA=8 Ω，RV=5000 Ω，测量电路显然应该选择内接法；如果Rx约为10 Ω，RA=8 Ω，RV=5000 Ω，测量电路显然应该选择外接法；如果Rx约为300 Ω，RA=8 Ω，RV=5000 Ω，测量电路又应如何选择呢？
所以，当Rx约为300 Ω，RA=8 Ω，RV=5000 Ω，测量电路应选择电流表内接法。
如果Rx未知，测量电路应怎样选取？按图3接好电路，让开关S先后与a、b处接触一下，如果电压表的示数有较大变化，而电流表的示数变化不大，则可采用电流表外接法；如果电流表的示数有较大变化，而电压表的示数变化不大，则可采用电流表内接法。
3.控制电路的选择及误差分析
根据电路中各元件的安全要求及电压调节的范围不同，滑动变阻器有限流接法（如图4所示）与分压接法（如图5所示）两种选择。
（1）滑动变阻器限流接法：滑动变阻器串联在电路中，用以控制或调解电路中的电流。此电路中，待测电阻Rx两端电压的调节范围为。滑动变阻器用作限流时，在开关闭合前，要把滑动触头置于阻值最大的位置。
（2）滑动变阻器分压接法：待测电阻Rx可分得从零开始连续变化的电压，电压调节范围是0≤Ux≤E。滑动变阻器用作分压时，在开关闭合前，应使负载上的电压和电流最小。
（3）限流接法与分压接法的选择：
通常情况下（满足安全条件），由于限流接法电路能耗较小，电路结构简单，应优先考虑。但在下列情况下必须采用分压接法。
①要使某部分电路的电压从零开始连续调节，只有分压法才满足。
②如果电路中的最小电流也能超过用电器的额定电流，为了保护用电器，必须采用分压接法。
③伏安法测电阻实验中，当滑动变阻器的阻值远大于待测电阻时，若采用限流接法，待测电阻上的电流（或电压）变化很小，不利于多次测量取平均值或用图象法处理数据，也起不到保护用电器的作用。为了在上述情况下尽可能大范围地调节待测电阻上的电流（或电压），应选择分压接法。
二、伏安法测电阻原理的应用
在具体的解题过程中，常常会碰到缺少某一块电表而测量电阻的问题，这些问题同样可以从伏安法测电阻的原理得到启示并加以解决。
1.无电压表的情况
中的U无法直接得到，因此需要用已知的电压来代替，而不同的用电器的电压要能够相互代替就必须并联，例如：
（1）用已知电阻与理想电流表串联替代电压表（如图6所示），由伏安法测电阻的基本原理可知待测电阻阻值为；
（2）用已知内阻的电流表替代电压表（如图7所示），由伏安法测电阻的基本原理可知待测电阻的阻值为；
（3）无电压表时的等效替代法（如图8所示），调节变阻箱的阻值，使开关分别与待测电阻和变阻箱连接时电流表的读数相同，则由伏安法测电阻的基本原理可知待测电阻的阻值为Rx=R。
其实，只要我们稍做比较就会发现，三种情况的设计图和表达形式虽有不同，其实质是一样的。
2.无电流表的情况
中的I无法直接得到，因此需要用已知的电流来代替，而不同的用电器的电流要想能够相互代替就必须串联，例如：
（1）用已知电阻与理想电压表并联替代电流表（如图9所示），由伏安法测电阻的基本原理可知待测电阻阻值为；
（2）用已知内阻的电压表替代电流表（如图10所示），由伏安法测电阻的基本原理可知待测电阻阻值为；
（3）无电流表时的替代法（如图11所示），调节变阻箱的阻值，使开关分别与待测电阻和变阻箱连接时电压表的读数相同，则由伏安法测电阻的基本原理可知Rx=R。
同样，只要我们稍做比较仍然会发现，三种情况的实质是一样的。
近几年的高考中，对伏安法测电阻的实验命题不再局限于课本，而是出现了一些利用基本的实验原理、方法、器材重新组合的实验考题；同时，编制了一些半开放的试题，运用一些简单的、设计性的实验来考查考生独立解决问题的能力和迁移能力。因此，要在深刻理解伏安法测电阻的基本原理的基础上，不断总结实验过程应用的物理原理和实验方法，进而应用学过的原理和方法去创新设计实验，处理与实验相关的问题，真正学会利用伏安法测电阻。
电阻率法 篇7
在岩土工程实际应用往往会受到比较复杂的地形条件等问题限制而采用地球物理勘探方法对地下介质进行无损检测, 电阻率法是地球物理勘探的基本方法之一。随着工程规模的日渐扩大以及现场实际问题复杂程度的提高, 常规电阻率法很难满足实际工作的需要, 因而根据实际需求高密度电阻率法测试技术逐渐有了长足的进步和发展。
高密度电阻率法是在常规电阻率法的基础上进行的阵列式测试, 可以对电极进行一次性布设, 并通过多功能电极转换器进行自动的电极排列组合测试地下土层的视电阻率值, 之后对测试的高密度电阻率数据进行转换、处理, 并绘制正演和反演的地电断面图, 再从地电断面图中分析和解释地下异常地质体的形态及其位置等物理信息。但是在高密度电阻率数据测采集过程中, 因为仪器本身、电极的供电时间、或者工程现场噪声干扰等因素的影响, 会给实测数据带来一定的误差, 如果将这些数据送入计算机进行反演处理, 得到的结果可能会不可靠, 甚至可能会造成一些假象, 影响对真正地下异常情况的识别和判断。
为了减小这样的数据误差对解决实际岩土工程问题带来的影响, 本文探讨分析了几种避免和减少数据误差的方法, 以提高对岩土工程地下情况资料解释的可靠性。
2 高密度电阻率法数据分布
高密度电阻率法的数据分布根据隔离系数来进行逐层分布, 每条测线形成的断面中从上至下按隔离系数的增大排列各层数据剖面, 之后对这一系列的数据进行二维正反演处理计算得到相应的断面图。高密度电阻率法沿测线的观测数据点分布如图1所示。
3 高密度电阻率法数据误差
在高密度电阻率数据采集过程中, 会存在因各种影响因素而带来的不同的误差, 其中有仪器系统本身存在的误差, 有因电极布设位置、地形条件、供电时间或者是人为操作仪器失误带来的误差, 也有因工程现场的其它施工作业带来的不可避免的噪声干扰等, 纵观这些误差可以将其分为过失误差和偶然误差两大类。其中过失误差往往是因为在数据测试和采集时人为的操作错误或者是周围环境的干扰造成的。其特点是量值较大, 具有突变性和不连续性。如果不消除这种误差, 将会引起在电阻率反演图上产生局部的电阻率假象异常区, 直接影响对真实地电分布状态的识别与分析。这样的误差需要在数据采集后对其进行平滑滤波等预处理, 以减小误差对后面的结果造成的影响;偶然误差主要是测试仪器本身或者是测量大线带来的误差。具有随机性。它会引起视电阻率在小范围内的波动, 造成同一隔离系数剖面视电阻率曲线不光滑。
4 误差分析及处理方法
4.1 数据采集供电时间对比与选择
在高密度电阻率采集数据时需要对电极进行供电, 供电时间的正确选择与否对于数据所产生的误差将会有一定的影响。因为在测试过程中的供电会存在地电漂移, 由于地电漂移的存在, 不能把自然电位完全补偿掉, 也就是说虽然能将供电前的自然电位补偿掉, 但在供电期间自然电位仍然有变化。对于不同的供电时间, 有两个方面的因素共同影响测量结果误差的大小。其一, 供电时间的不同, 地电漂移的影响也不同, 其测量结果的误差就不同。通常, 供电时间越长, 地电漂移对测量结果的影响可能越大;其二, 对于仪器的测量而言, 供电时间越长, 信号越稳定, 其测量误差就越小。
在这两个因素的共同作用下, 供电时间太长和供电时间太短都会造成测量误差增大, 因此需要通过现场测试对比分析, 指导高密度电阻率法测试供电时间参数的最优选择。测试设备采用WDJD-3高密度数字直流激电仪, 测试是以同一种观测装置不同的供电时间进行对比测量。试验时, 选取了100ms, 250ms, 500ms三种供电时间进行对比。表1是这三种供电时间测量的部分数据, 表2是采用100ms, 250ms, 500ms三种不同供电时间测量数据反演结果误差对比表, 反演结果见图2。
从表2分析可知, 在现场进行高密度电阻率法测试时, 250ms和500ms这两种供电时间有利于压制地电漂移, 是较优的供电时间;而100ms的供电时间对压制地电漂移不利。具体来说, 如果测量时间和测量误差综合考虑, 250ms的供电时间最优。很明显, 随着供电时间的增加, 信号变得越稳定, 但地电漂移的影响也随之增大。供电时间增大到250ms或500ms, 二者的影响基本达到平衡, 因此测量结果的误差较小。相对而言, 250ms的供电时间为最优。
4.2 剔除数据突变值
在高密度电阻率法实际测试工作中发现:由于电极接触不好或其它各方面的干扰原因, 常使数据断面出现一些虚假点或突变点, 忽大忽小, 和相邻电阻率值相比有数十倍的差距, 进而造成电阻率拟断面图的虚假异常, 难以对其进行准确解释。
在野外当电极安置好后, 同一根电极可能是供电电极或测量电极, 如果某个电极接触不好, 对于供电回路直接影响着供电电流的大小, 从而影响电位差的测量精度;对于测量回路, 会产生读数不稳定或出现假异常现象。图2是电极接触不好时的三种断面记录情况。 (a) 是接触不好或有问题的电极位于剖面中部, 使数据断面形成两个“八”字型假异常; (b) 是接触不好的电极靠近剖面的左边, 使断面记录成“/”型异常; (c) 是接触不好的电极靠近剖面的右边, 使断面记录成“”型异常。
(a) (b) (c)
在野外无法改善电极接触条件时, 只能先将数据记录下来, 在室内利用相应处理软件剔除数据断面中的虚假点或突变点。
4.3 数据平滑滤波处理
在高密度电阻率法的测试过程中会出现一些噪声的影响, 为了减小这些随机干扰所带来的误差, 采用平滑滤波方法对测试的数据进行预处理和分析, 根据图2-1的高密度数据分布图, 本文设置的滤波公式为:
d (1, n) = (1, Ws) ·d (1, n-1) /2+Wsd (1, n) + (1, Ws) ·d (1, n+1) /2 ( (4-1)
式中1, n表示数据点在高密度电阻率二维分布图中的位置, Ws为平滑度调节系数。通常情况下, 1/3≤Ws≤1。滑动平均数据排列示意图见图4。
若平滑度调节系数为2/3时, 则 (4-1) 式变为:
d (1, n) =d (1, n-1) /6+2d (1, n) /3+d (1, n) /3+d (1, n+1) /6 (4-2)
利用 (4-2) 式对一工程实例的原始测量数据进行了平滑滤波处理, 比较处理前后的两个图像 (图5与图6) 可知:在正演剖面图中, 滤波后正演断面相对于原始数据的正演断面图更加平滑, 各个电阻率不同的土层界限更加均匀和清晰。反演结果断面图中, 在浅层垂直方向1～2m, 水平方向5～9m, 15～17m, 23～25m处的位置存在高阻异常带, 在原始数据的反演结果图中的高阻异常带界限不明显, 尤其是水平方向5～9m位置的高阻体, 受到外界噪声干扰使得高阻体的形态和整体轮廓界限模糊, 存在假象的可能, 而且垂直方向2.5～5m位置处的低阻异常带形态被放大, 土层分界线变化不明显, 经过 (4-2) 式平滑处理后, 高频成分减少, 保留了有效的低频成分, 异常特征更加明显, 可以很清晰地圈出异常体结构位置及其平面形态, 尤其在垂直方向1～2m, 水平方向5～9m位置处的高阻异常体的形态可以很清晰的显示出来, 而垂直方向2.5～5m位置处的地租带同时经过平滑滤波后, 剖面深处位置的低阻异常带的过渡位置也比较清晰的显现出来, 其上部的土层分界线也更加平滑和趋于合理。
因此, 在现场测试条件有限, 周围噪声不可避免时, 对数据资料可以采用平滑滤波处理, 这样可以降低干扰异常, 减少误差, 增加资料解释的可靠性, 但同时也应注意不能平滑处理过度, 这样会造成分辨率降低。
5 结论与建议
(1) 高密度电阻率测试数据中存在过失误差和偶然误差的影响, 对数据资料进行误差分析和处理能够减少误差, 是增加资料解释可靠性的有效手段之一。
(2) 数据采集供电时间的合理选择是有效避免地电漂移方法。通过对现场实测数据的分析与对比, 认为选择250ms的供电时间是最优的选择。
(3) 对高密度电阻率法原始数据进行平滑滤波处理可以消除噪声干扰带来的误差, 使得反演结果的分辨率有所提高, 对准确反映岩土工程中地下实际情况有积极的帮助作用。
参考文献
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[5]《数学手册》编写组, 数学手册[M], 北京:人民教育出版社.1979.
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电阻率法 篇8
关键词：电阻率,电极距,曲线,探测半径
1 视电阻率测井的原理
视电阻率法是以研究岩石电阻率 (导电能力) 为基础的测井方法。它是通过测量人工电场沿着井剖面的变化来反映电阻率变化, 从而解决地质问题。其理论公式为其中ΔUmn为M N两点间的电位差, I为供电电流, K为电极系系数, 它的大小取决于电极之间的距离, 不同的电极排列具有不同的系数。所以说ρs的大小即决定于电极的排列和电极之间的距离的大小, 又决定于介质不均匀的程度以及电极和介质中不均匀体的相对位置, 同时还与地质体的大小 (即岩、煤层的厚度) 有关。理论和实践都证明, 只要合理地选择测量的技术条件, 譬如供电及测量电极的排列;电极之间的距离 (电极距) 等, 起主导作用的因素就是与电极系最靠近的岩层。这个岩层的真电阻率越大, 测量与求解出来的视电阻率也就越大, 反之越小。
2 电极系及电极距的选择
对于不同地层厚度, 理论曲线的异常幅值是不一样的。地层厚度越小, 异常幅值越小。在考虑到井的影响时, 同样可以看到, 井的影响越大, 曲线异常幅值越小。在视电阻率测井中, 要求对于目的层测出的ρs曲线具有异常幅值大的特点, 以利区别于非目的层的其它岩层。另外, 在某些需要用ρs值来近似代表目的层真电阻率值时, 也希望ρs值尽量地大, 这样就更接近于真电阻率值。为了使实际使用该方法时达到应有的效果, 就应很好地选择所使用的电极系与电极距。
2.1 电极系的探测半径
在钻孔中测视电阻率曲线时, 电极系置于井内, 以探测半径来表征电极系周围的介质对ρs值的影响范围的大小。
2.1.1 电位电极系的探测半径
如果在电阻率为ρ的均匀介质中, 取一点P, 它离供电电极A的距离为r, 当供电电流为I时, 比较一下M、P二点间的电位差和M、N二点间的电位差 (N电极离A电极无限远) , 就不难看出电位电极系的影响范围。可知:
式中, Um、Up、Un分别为M、P、N点的电位;AM、AN分别为A、M和A、N之间的距离。
上面两式相除得到:
2.1.2 梯度电极系的探测半径
可以用同样的方式来讨论梯度电极系的探测半径, 所不同的是在电位电极系中是讨论M点的电位, 讨论ΔUmp/Um=50%的r值;而在梯度电极系中是讨论MN的中点O点的电场强度的值, 讨论Ep/E=50%的r值 (式中E为所设梯度电极系记录点O点的电场强度, Ep为相当于的P点的电场强度) 。因此可得:
即梯度电极系的探测半径R为1.4倍的电极距。
比较一下电位电极系与梯度电极系的探测半径可以看出, 在相同的电极距 (即AM=AO) 条件下, 电位电极系的探测半径要大于梯度电极系的探测半径。
2.2 电极系与电极距的选择
2.2.1 电极系的选择
比较两种电极系 (即梯度电极系及电位电极系) 可以看出:
(1) 梯度电极系具有极大值明显, 易于比较精确地确定高阻岩层界面的优点。但由于它的极小值反映不突出, 故其位置难以确定。为了较精确地定出高阻岩层顶底界面的位置, 势必同时测量顶部与底部梯度电极系的视电阻率曲线。电位电极系视电阻率曲线对高阻岩层中心上、下对称。根据实际曲线在高阻岩层上反映的转折点, 可以以一条曲线确定岩层顶底界面。
(2) 在相同电极距的条件下, 电位电极系的探测半径大于梯度电极系。因此要达到相同的探测范围, 梯度电极系的电极距就必须大于电位电极系。这样, 用大电极距所带来的屏蔽影响将不可避免。
(3) 在岩层倾角比较大的情况下, 使用梯度电极系测出的ρs曲线, 由于形状严重畸变, 不易于划分目的层的界面位置, 而用电位电极系, 因为仅仅影响一些幅值, 仍然可以用它的特征来确定界面。
综上所述, 在煤田测井中, 为了解决煤层的定性及定厚问题, 比较起来, 使用电位电极系比较适宜。
2.2.2 电极距的选择
电极系一经确定, 电极距的选择就成为测好ρs曲线的主要问题了。电极距选择原则是使在目的层处测出的ρs曲线受井的影响最小, 受围岩的影响也最小, 即最大限度地反映目的层的真电阻率值。根据电极系探测半径的概念, 用小的电极距, 可以使围岩的影响减小, 但是井的影响就增加了;而使用大的电极距, 井的影响可以减小, 然而围岩的影响就增加了。所以说, 两个因素是互相矛盾的, 这就需要找出一种电极距, 使用这种电极距所测出的ρs曲线达到井与围岩的综合影响最小。反映在结果上就是ρs曲线能够明显地区分钻井地质剖面上的电阻率不同的地层。实践证明, 这样的电极距是可以找到的。
我们以采用一组实测的不同电极距的ρs曲线。煤层厚度分别为0.7米、1米、1.8米。其中0.7米、1米为单一煤层, 1.8米为具有夹干的复杂结构煤层。现在分别对这三个煤层所测得的视电阻率曲线作一些分析。
(1) AM由0.05m到0.8m变化时, ρsw最大值ρsw先是增加, 到AM=0.4m时ρsw最大, 以后随着AM继续增大, ρsw却降低了。Ρsw增大的原因是井的影响减小了, 而以后ρsw又降低是因为围岩的影响增加的缘故。
(2) 比较不同电极距所测曲线, 以选择AM=0.4~0.5米为适宜。
H1=0.7米:
电极距由0.05米到0.8米变化时, 同样可以看到ρsw增加, 但当AM增加到0.4m时, ρsw降低, 而到AM=0.8m时, 煤层在曲线上出现相对于围岩为低的异常。
故对于这种薄煤层, 选择电极距一定不要超过目的层厚度, 也不要接近于它的厚度, 从这份实测试验曲线中, 电极距选在0.1~0.2m为比较适宜。
3 结束语
电阻率法 篇9
综合电阻率法包括EH4电导率成像系统和高密度电阻率成像法。其中EH4电导率成像系统主要用于探测浅、中深度范围内的地质构造, 是一种较为先进的双源型 (人工场源和天然场源) 的大地电磁测深仪, 具有稳定、轻便、探测速度快、适应性强、灵活等特点, 已经较为成熟地应用于地下1 000 m深度范围内的工程探测中, 具有很好的应用效果和社会经济价值[1]。高密度电阻率成像法是电剖面法和电测深法的综合, 主要用于探测浅层隐伏裂缝, 通过地电断面影像结果清晰地显示了视电阻率的异常形态, 具有高精度的数据采集系统, 抗干扰能力强, 获取的地电信息丰富, 可广泛应用于探测地下采空区的边界和详细区间[2]。综合电阻率法在煤矿采空区探测中具有一定的优势[2,3]。
1 综合电阻率法的基本原理
1.1 EH4电导率成像系统的基本原理
EH4电磁成像系统用于探测深部构造时所用频率为10~100 k Hz的天然场源, 用于探测浅部构造时所用频率为1~100 k Hz的人工场源, 从而得到高分辨率地下电导率连续剖面。
对于均匀地层, 大地电磁场垂直投射到地下的平面电磁波, 在地面上可测得相互正交的电磁场分量Ex、Hy、Hx、Ey, 由此可得到计算地下介质电阻率值的公式为[1,2,3,4]:
式中:ρ为电阻率;f为频率;E表示Ex与Ey的乘积 (Ex为电场的x分量, Ey为电场的y分量) ;H表示Hx与Hy的乘积 (Hx为磁场的x分量, Hy为磁场的y分量) 。
由于地下介质是不均匀的, 因而计算的ρ值为视电阻率值, 探测深度为趋肤深度, 其计算公式为:
式中δ为趋肤深度。
上式表明, 趋肤深度随电阻率的增大和频率的降低而增大。
对于非均匀地层, 通过表面阻抗将电场与磁场正交分量联系起来, 公式为:
式 (3) 中4个阻抗元素需要通过几个极化不同的磁场来得到, 通常用4个场分量的自功率谱或互功率谱来计算阻抗。通过计算可以得到不均匀地层的视电阻率, 从而反映地电特征[4]。
EH4电导率成像系统采用独特的正交磁偶极可控源, 结合地震仪技术, 系统可自动、多频率采集数据, 可现场实时成像[1,2,3]。EH4电导率成像系统示意图如图1所示。
1.2 高密度电阻率成像法的基本原理
高密度电阻率成像法是电剖面法和电测深法的组合, 以地层的导电性差异为基础, 研究人工电场作用下地层中传导电流的分布规律。在野外数据采集时多采用三电位电极系来获得丰富的地电信息, 三电位电极系是一种由温纳装置、偶极装置及微分装置按一定方式组合后构成的统一探测系统, 探测过程中可以通过转换电极开关在一个测点上得到多种电极排列的装置参数, 各种装置探测视电阻率的计算公式分别为[2,5]:
式中:ρSα、ρSβ、ρSγ分别表示温纳装置、偶极装置及微分装置的视电阻率值;a为测量点距;ΔVα、ΔVβ、ΔVγ分别表示3种装置的电位差;I表示电流。
现场探测工作进行时, 首先选取a为基本点距进行剖面测量, 然后在改变A、M、N、B之间的相互位置情况下, 再进行剖面测量。一般情况下, 令AM=MN=NB=na (n=1, 2, 3……) , 不论n等于多少, 每次剖面测量时向前移动的距离均为a[5]。每组视电阻率ρa值表示该组装置的中点正下方AB/2处, 如图2所示。
2 综合电阻率法的地球物理响应特征
由于煤矿采空区会使深部地层及浅部地层的连续性遭到破坏, 使得采空区上覆地层的电性特征发生变化, 根据裂缝发育程度和含水性特征可以判断地层的电性特征。一般情况下, 若采空区上覆地层裂隙较为发育且不含水时, 地层电阻率将会大幅度升高, 而当裂隙、裂缝中大量充水时, 地层的电阻率将有所降低, 其降低的程度与富水程度有关;若采空区上覆地层裂缝不发育, 则地层的电性特征跟岩性及地层的含水性有关。据此, 通过探测地下岩层的电阻率及其变化, 可以判定岩层的结构状态和含水状况。
3 工程应用实例
某矿1505工作面采用综放回采, 近2 a的回采造成采空区上地面塌陷以及附近某村大部分村民所居住的房屋出现不同程度的裂缝, 为调查该矿采空区塌陷造成的地表影响范围, 采用综合电阻率法对采空区边界及地表隐伏裂缝范围进行探测。
3.1 探测方案
本次探测采用EH4和高密度电法2种方法进行综合探测, 设计测线垂直于煤层采空区走向边界。这里选择其中一条综合测线进行分析, EH4可控制目的层深度为10~500 m, 探测点数为32个, 测线总长度约310 m;高密度电法测线总长度310 m。
3.2 地质解释和成果
图3为EH4某测线视电阻率断面图。
由图3可知, 随探测深度的增加, 视电阻率值表现为由低到高的整体电性特征。图3上部探测深度小于100 m段视电阻率值变化范围较大, 但相对较低, 其中, 在桩号段0~190 m、深度为0~80 m范围内其视电阻率值在0~100Ω·m之间, 推断该区域为受到干扰引起视电阻率值波动;在桩号段190~310 m、深度为10~100 m范围内其视电阻率值约100~600Ω·m范围, 推断该区域为隐伏裂缝引起的视电阻率值增大, 而隐伏裂缝则可能为由地下采空区的塌陷在浅部地层中形成的。
图4为高密度电法测线视电阻率剖面图。
图3中部 (深度在100~350 m之间) 的视电阻率值变化范围较大, 在桩号段为0~220 m内其视电阻率值在100~300Ω·m范围, 判断为正常地层反应;在桩号段为220~310 m、深度为190~350 m内其视电阻率值在200~700Ω·m范围, 推断该区域为地下采空区或冒落带引起的视电阻率值增大。因此, 可以将采空区的边界在地面投影位置确定为桩号段为200 m处。图3下段 (探测深度在350~500 m之间) 的视电阻率值整体较高, 反映了深部地层正常的电性特征。
由图4可知, 该剖面地层视电阻率层状特征比较明显, 浅部视电阻率值较低, 反映出第四系地层的电性特征, 局部出现高阻, 可判断为地表裂缝发育引起。标高为1 315~1 320 m, 桩号195~310 m段所对应的区域视电阻率值相对较高, 局部出现高阻异常现象, 可判断为近地表裂缝发育区, 主要受地下采空区影响。深部视电阻率值总体上表现为高电阻率值, 反映出深部基岩的电性特征。但220~245 m段视电阻率值偏低, 可判断为受采动影响的地表裂缝因雨水下渗形成低电阻率异常区。
两种方法的探测结果显示:浅部裂缝发育的范围吻合较好, 中深部和深部区域采空区或冒落带的影响范围吻合较好。
3.3 地质验证
根据综合电阻率法地质解释结果圈定的采空区边界及隐伏裂缝边界与矿方提供的1505工作面采空区边界基本吻合, 其中EH4电导率成像系统确定的采空区边界比矿方提供的边界略大, 但差别小于10 m, 满足有关规程要求。高密度电阻率法确定的由采空区引起的浅部地层隐伏裂缝波及范围较为准确。
4 结语
利用综合电阻率法对煤矿采空区进行了全面探测, 其中EH4电导率成像系统用于探测煤矿深部采空区的范围, 高密度电阻率法用于探测地表浅部的隐伏裂缝范围, 探测结果得到矿方验证。研究表明, 探测工作克服了特殊复杂地形条件、工矿区强电磁干扰等带来的困难, 最终得到分辨率较高的电性剖面和可靠的地质解释成果, 综合电阻率法在探测深部煤矿采空区边界及浅层受采空区影响的隐伏裂隙带, 比单一方法更准确、可靠。由于该方法存在多解性, 且难以排除所有干扰的影响, 更为准确的结果需结合地质、水文等资料进行综合解释。
摘要：分析了综合电阻率法在煤矿采空区探测中的优势, 阐述了EH4电导率成像系统以及高密度电阻率成像法的基本原理和探测方法。通过某矿采空区探测的实际应用, 分析了综合电阻率法在地面裂缝、地下采空区引起的浅层岩层破坏和深部采空区范围及其边界情况探测的电性特征, 验证了该方法的良好效果, 并得出相应的结论。
关键词：综合电阻率法,EH4电导率成像系统,高密度电阻率成像法,采空区,隐伏裂缝
参考文献
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电阻率法 篇10
1 电阻率物探法的特征和原理
1.1 电阻率物探法的特征
电阻率是表征物质导电性的基本参数。从某种意义上说, 岩土的电阻率就是电流垂直通过时所出现的电阻。岩土的电阻率由岩土孔隙度、结构、含水性和胶结状态决定。进行电阻率物探时, 能够将土体的性状反映出来, 比如微观结构、物理力学等。而为了更好的探明工程地质的岩土分布情况, 需先在地下空间内构建人工电流场。并认真研究因地质情况而引起的电场变化, 由此获得探测地层的目的。用正演理论分析野外实测的曲线, 却得到地质的分布信息。此过程即反演过程。反演有多种的结果, 正演只有一种结果。
1.2 电阻率物探法的原理
电阻率物探法利用岩土介质之间的导电性差异, 观测地中稳定电流场内的规律, 从而获得解决工程地质问题的方法。实际应用过程中, 采取相关的仪器, 对岩土电阻率信号进行接收, 并从中获得有价值的信息。以岩土间的物质差异, 分析地质条件, 从而推断出工程地质下的岩土形状和范围。通过反映其物理性质, 得到合理的解释和推断。
其中, 测定岩土电阻率的公式为:
该公式是由欧姆定律和电阻定义的换算得来的。其中, R是导体电阻值、L是导体长度, S是导体的横截面积。UMN是M、N两点的电压, I是电流。
2 工程地质勘察中的电阻率物探法应用实例
电阻率物探法是工程地质勘察中常用的方法。使用此方法需保证预测量的岩土地质具有电性差异, 能够运用相关的电极装置测出地质体中的视电阻率。测量视电阻率之后, 再综合分析物探资料, 列出相应的图表。
2.1 工程概况
拟建工程场地位于某市交通较为便利的路段。高层部分是桩基础或者是筏板基础, 3层地下室, 基础预埋置深度为-20.5~-19.0m。开挖深度为22.5米。场地东、南、西间距约12.0m;北有21层、2层地下室, 间距约9.0m;交通便捷, 建筑环境良好。周边环境较为广阔, 土质较好。因此, 采用人工开挖孔桩设立锚索支撑结构, 地面和道路荷载为16kPa。拟建工程的基坑围护结构, 使用准1000mm的钻孔灌注桩, 并以准900mm的三轴搅拌桩作为止水的围护结构。
2.2 地质构造
考察当地相关资料和进行初步勘察发现, 该场地内多是第四系地层的覆盖层。该场地地表的土质构成为: (1) 杂填土及粉土:黄灰色, 土质稍湿, 且呈松散状。由碎石、粘性土、砾砂和建筑生活垃圾组成, 为不均匀的土质。 (2) 中细砂层:褐灰、黄色, 土质较软, 砂砾含量多。水溶性高, 且中高压缩性。内含大量的沙土凝结物, 层厚0.5m~1.5m。 (3) 卵石层:青灰色的石子镶嵌其中, 内部卵石大且密, 松散结构, 局部含少量贝壳细碎片、粉细砂及半炭化植物残屑。全场分布, 层厚比较平均。 (4) 泥岩:青灰色, 流塑形状, 有高压缩性, 构造呈水平微层状。局部有半炭化植物残屑, 少量贝壳细碎片及。全场分布, 该层土含水量高。
2.3 电阻率测试
拟建场地上部分多是粘性土, 考虑到砂岩和覆盖层之间有着很大的电性差异, 则选择电阻率物探法进行勘察。
此次物探设置了6个剖面。剖面总长100m, 测点一共有8个。剖面部位设置了电测深点试验, 杂填土、粉质粘土、卵石层以及碎石土都有电性的差异, 达到了勘探的条件。
采取DZD-6多功能直流电法仪开展测试。此仪器能够实现自动化、数字化测量, 自动补偿电极极化和自然电位。大屏幕的汉字显示, 得出电极的排列程序。敲击键盘就可以得到布级参数。等到测完某一点之后, 便可以显示出视极化率、电阻率和半衰时曲线。
用计算机反演拟合电测深曲线, 先将实测数据、采样极距、电性参数输入其中, 再得出理论曲线ρ值。经过电阻率测试, 得出每一层的不同电阻值。电阻率测试可利用任意形式的电极排列, 对地表某两个点进行供电, 例如A、B。再测量任意M、N点的电位差。则M点的电场为:。若设EMN、jMN是M、N方向的电场强度和电流密度。和地质无矿岩对比, 设地下均匀介质电阻率为ρ。M、N之间电流密度是jo。则视电阻为:。若是均匀介质, 则。视电阻率的微分形式表达式为:
根据下表得出, 该拟建场地地质构造有黄土层、粘土、含水砂卵石层和隔水粘土层。
2.4 勘察结果分析
在勘察的过程中发现, 地表以下2m部位有着较大的测试数据, 比较离散。主要是由于地表下地层是吹填砂, 含水量和密实度都不同。地表之下的3m处分布着场区水位。这些自然条件虽然制约了采集数据的真实性, 但深入地下4m之后, 电阻率减少了很多, 但没有不良反应。场地的地层很稳定, 这是测试电阻率的正常现象。
本次勘察共分为5个剖面覆盖层。每一个剖面岩层都为杂填土、变质岩、粘土、砂岩等。
该拟建场地中的石英砂岩, 胶结物多为铁质、硅质, 硬度高, 表面有可辨出的矿物颗粒, 耐磨损。变质岩多为板岩和结晶石灰岩, 硬质、密实。粘土为粉质, 浅灰、黄色。局部流塑, 切口较为光滑。粘土质不均匀, 含沙粒很少、有黏性。杂填土黄色, 土质不均匀。
2.5 物探和钻探的对比
本次勘察钻孔测到地下稳定水位在2.5-4.3m。电阻率物探法测得在4m之下, 电阻值变小。这和实际情况相同。钻探岩心能够更直观的反应出一个岩石层点的情况, 但钻探所提供的信息是不连续的。地质钻探技术最大的优点是可以直接的钻取到岩芯, 获得地质材料, 反映出岩体的风化程度、塑形状态。并能够划分出地层岩性的破碎程度、断层带的性质和组成结构。但地质钻探和有一定的缺陷, 比如容易受到地质构造的限制和钻孔的地层关系影响。而且费用高、周期长。
拟建场区虽然钻进难度大, 但从地表上看多为粘土和砂层, 不存在地下埋藏物和电阻值层。电测深曲线明显缩小。与之相比, 物探的要求比较低, 耗资少, 周期短。将电阻率物探法和钻探结合起来, 能够更精确、经济、高效的反映出工程地质情况。
3 结束语
岩土的电阻率是岩土的固有属性, 能够反映出土体的特殊性质。岩土的电阻率, 会因为温度、饱和度、孔隙度、含水性的增加而出现降低。而电阻率法测速快、成本低。能够反映出岩土层的微观结构和物理力学。对于建设工程而言, 是一个具有很强时效性、经济性的物探方法。若拟建工程在山区, 地势起伏很大。仅仅靠钻探是不能确定出地层地质结构的。钻探很难钻入碎石层和卵石层。因此, 必须要钻探和物探相结合, 彼此优劣互补, 才能达到良好的勘察效果。
参考文献
[1]唐信贵.浅谈工程勘察方法及物探技术之间的关系[J].建材与装饰:上旬, 2009 (9) .
伏安法测电阻创新设计电路 篇11
电流测量的三条途径：（1）可用电流表直接测量；（2）可通过已知内阻的电压表来间接获得电流；（3）可通过测量已知的定值电阻（或电阻箱）R0上的电压来间接获得电流.
电压测量的三条途径：（1） 可用电压表直接测量；（2）可用已知内阻的电流表来间接获得电压；（3）可通过测量已知的定值电阻（或电阻箱）R0中的电流来间接获得电压.
1 直接测电压，间接测电流
例1 用下列器材测出电压表V1的内阻，要求有尽可能高的精度，并能测得多组数据：
A.电压表V1量程3 V，内阻约5 kΩ
B.电压表V2量程15 V，内阻约几十kΩ
C.定值电阻R0=10 kΩ
D.滑动变阻器R0～100 Ω
E.直流电源E电动势约4 V，内阻较小
F.開关S导线若干
（1）画出测量电路，标上相应符号；
（2）用已知量和一组直接测得量写出测量电压表V1内阻RV的表达式.
3 间接测电压，间接测电流
例3 某待测电阻Rx（阻值约为20 Ω）现在要测量其阻值，实验室还有如下器材：
A.电流表A1（量程150 mA、内阻r1约为10 Ω）
B.电流表A2（量程20 mA，内阻r2=30 Ω）
C.定值电阻R0=100 Ω
D.滑变R（0～10 Ω）
E.直流电源E（电动势约4 V，内阻较小）
F.开关S导线若干
测量时要求两电表的读数大于其量程的1/3.画出测量电阻Rx的电路图，按图中元件标上符号.用已知量和一组直接测量量写出测量电阻Rx的表达式.
解析 （1）从题给的器材中知，对电阻Rx的测量可用伏安法来设计电路.
（2）由于题给的器材中没有电压表V，且电流表A2的内阻r2已知.因此电压的测量可由表A1来完成.设计测量电路如图4所示.
由于A2的量程为20 mA.用它测出的最大电压
这样就不能保证在实际测量中A1的示数大于其量程（150 mA）的1/3.
为了增大A1表中的电流，我们可以将已知的固定电阻A0（100 Ω）与A2串联，其测量电路设计成图5所示，[LL]通过计算不难发现，按图5进行测量，若通过电路调节使A2表指针接近满偏时，A1表中最大电流约为150 mA.完全符合题中测量要求.
（3）考虑到题给的其它器材规格和要求，控制电路宜采用图5所示分压电路.
按图5进行实验时在某次合适的测量中，计下A1表与A2表的示数分别为I1和I2则有
[JZ]（I1-I2）Rx=I2（r2+R0），
故[JZ]Rx=[SX（]I2（r2+R0）[]I1-I2[SX）].
[BP（]例4 某待测电阻Rx（阻值约100 Ω），现在要测量其阻值，实验室还有如下器材：
A.电流表A1（量程50 mA，内阻r1=20 Ω）
B.电流表A2（量程300 mA，内阻r2约为4 Ω）
C.定值电阻R0=20 Ω
D.滑动变阻器R（0～10 Ω）
E.直流电源E（电动势约6 V，内阻较小）
F.开关S与导线若干
测量时要求两电表的读数不小于量程的1/3，画出电路图，用已知量和一组直接测量量写出测量电阻Rx的表达式.
解析 （1）此题看起来与题2类似，容易设计出如图4所示的电路.但根据图6电路测量，当A1表中指针接近满偏（50 mA）时，A2表中的电流只有约70 mA，不到其量程（300 mA）的1/3，这种设计电路不符合题目的测量要求.但如果R0与Rx位置对调则可满足要求.如图7.
控制电路采用分压电路：在某次合适的测量中，记下A1和A2的示数分别为：I1和I2，
则[JZ]Rx=[SX（]（I2-I1）R0[]I1[SX）]-r1.[BP）]
电阻率法 篇12
目前在快速评价现场混凝土养护效果方面的工作一直属于混凝土现场检测的重要难题, 其极大地制约了现场检测的效率和效果, 最终使得理想质量的混凝土的获得受到了极大影响。
与普通混凝土相比, 高性能混凝土具有自身的特点, 因此对其进行科学合理地养护工作具有重要意义。
为此, 必须要具备一个快速的、简单的高性能混凝土现场养护程度评价手段, 笔者通过对于表面具有不同距离的内部混凝土的电阻率变化的研究, 将一种能够对混凝土养护程度进行评价的电阻率法提了出来。
1 问题的提出
Ephraim最早通过吸水力的指标进行了混凝土的养护评价研究, ASTM C1511表示, 普通混凝土具有Kɑ≤3.7×10-6cm2/的表面吸水率, 就表明具有良好的养护效果。但是上述的方法往往在评价早期普通混凝土的时候比较适用, 而在对不同养护制度在28天后的吸水率差异进行评价的时候则具有比较差的效果。在混凝土中电阻率属于对含水率变化具有较高敏感性的一项参数, 如果采用混凝土电阻率对养护程度进行评价, 就能够对混凝土的养护效果进行更好地判定[1]。在早期电阻率除了能够将混凝土内部湿度梯度变化很好地反映出来之外, 而且在后期还能够对混凝土渗透性进行反映。有研究人员通过电阻率的方式研究了表层混凝土的性能, 还有人利用电阻率评价钢筋混凝土的耐久性。然而很多研究都是利用电阻变化对混凝土中掺合料和胶凝材料的水化程度进行评价, 很少关于混凝土养护程度与电阻率之间的报告。
2 试验设计
2.1 试验的原材料介绍
选择P.O42.5水泥作为试验水泥, 选择Ⅰ级灰作为试验用粉煤灰, 需水量比为93%;河砂具有2.7的细度模数;碎石为7.5到20mm;采用SAF高效减水剂作为试验用减水剂;采用10mm×10mm紫铜作为试验用铜片电极。
2.2 试验操作方法
混凝土电阻试验方法主要包括两种, 也就是接触式和非接触式, 其中较为常见的是接触式的试验方法, 而近几年新型的测试方法就是非接触式。通常可以将接触式方法划分为三种, 也就是单电极法、四电极法和二电极法。在本次研究中选择接触式二极法进行试验, 并且采用交流电的方式, 这样就能够将测量结果受到的直流电极化的不利影响消除掉[2]。
在混凝土中埋入电极之前, 首先要采用打磨抛光的方式对铜片电极表面进行处理, 随后选择丙酮和无水乙醇将其表面的油污擦干净。对原材料进行干拌, 时间为一分钟, 将水与减水剂混合之后, 加入到其中, 然后对其进行均匀地拌合。在试模中的混凝土成型之后, 将铜片电极平行埋入, 其中两极间大约具有40mm的间距, 具有10到50mm的埋入深度。随后对其进行振动成型, 在经过一天的时间之后予以脱模, 采用石蜡密封式样的两端, 选择3种不同的养护制度对其进行有效养护:标准养护, 20±3℃的温度, 大于90%的相对湿度;在进行水中养护的7天之后, 对其实施室外自然养护;室外自然养护。选择恒电位仪作为实验用仪器, 采用1.9V的工作电压, 设定试验数据为±25%的试验数据偏差。
3 结果分析
3.1 混凝土受到的养护的影响深度分析
试验结果表明, 不管是掺粉煤灰组还是基准组, 具有越大的龄期就具有越大的电阻率, 在第一天, 基准组与掺粉煤灰30%组在具有较小的电阻率差异, 随后, 基准组与表面具有1到2厘米距离的内部电阻率开始快速增大, 而与表面具有2到5厘米距离的内部电阻率则比较平缓。掺粉煤灰30%组与表面具有1到2厘米距离的内部电阻率开始快速增大, 而与表面具有2到5厘米距离的内部电阻率则比较平缓。之所以如此, 主要是因为混凝土体系的导电受到了其内部的固相电子和液相离子两者导电的共同影响。通过两个阶段的电阻率能够将混凝土的性能充分地反映出来[3]。表层混凝土中的水分在早期会不断地向表面前移, 最终大量的散失, 因此不具备充分的水化反应, 具有较少的导电网络, 所以于内部相比表层具有更大的电阻率。与第1天相比, 在28天龄期的时候0.35水胶比的基准组与表面具有2到4厘米距离的内部电阻率增加了10到122倍;与第1天相比, 在28天龄期的时候掺粉煤灰30%组与表面具有2到4厘米距离的内部电阻率增加了276到1077倍;与第1天相比, 在28天龄期的时候0.45水胶比的基准组与表面具有2到4厘米距离的内部电阻率增加了5到55倍;与第1天相比, 在28天龄期的时候掺粉煤灰50%组与表面具有2到4厘米距离的内部电阻率增加了53到409倍。
研究结果表明, 混凝土与表面1到3厘米距离的内部受到了养护制度的显著影响, 由于粉煤灰的填充效应和二次水化反应, 导致结构变得越来越密实, 同时也具有越来越大的电阻率, 同时也表明, 与基准组相比, 掺粉煤灰混凝土的电阻率在养护制度方面具有更强的敏感性。水胶比越低就会导致巨大的粉煤灰用量, 而且会变得更加敏感, 因此对于粉煤灰混凝土来说湿养具有更加显著的作用[4]。
3.2 粉煤灰混凝土电阻率受到的养护制度的影响
越小的水胶比会导致混凝土具有越大的电阻率, 经过2天的标准养护的试件具有较小的电阻率, 其次是经过7天水中养护的试件, 变化最大的是自然养护的试件。基准组合掺粉煤灰组在标准养护条件下在电阻率方面相差不大, 均具有在3到6kΩ·cm之间的电阻率变化范围, 经过7天的水中养护试件具有不超过100kΩ·cm的电阻率。与基准组相比, 掺粉煤灰组在自然养护条件下具有明显要大的电阻率;同时越大的粉煤灰掺量就具有越大的电阻率变化, 其最高达到了500kΩ·cm以上。水分在混凝土中的散失可以划分为两个阶段, 也就是水分在早期的蒸发阶段和水分在后期的自干燥阶段。在合适的湿度条件和温度条件下, 混凝土的水化物就可以在水泥石中具有充分的时间实现均匀的扩散分布, 导致混凝土变得越来越密实, 而且具有越来越少的水分蒸发量, 所以具有较小的电阻率[5]。因此, 利用电阻率参数能够对混凝土的养护情况进行敏感的反映。基于此, 将一个养护评定标准建立起来, 就能够更好地判定混凝土的养护质量。由于粉煤灰混凝土的电阻率在面对环境条件时具有比较强的敏感性, 因此可以适当的放大划定的范围。以与混凝土表面具有2厘米距离处的28天的电阻率为根据对养护质量进行划分, 也就是三个等级, 下表1为具体的评定标准。
4 结语
在混凝土养护质量方面混凝土电阻率具有较高的敏感性, 通过电阻率能够对混凝土的密实情况和湿度情况进行很好地反映, 因此利用电阻率对现场混凝土养护效果进行评价具有较高的可行性, 而且未来在快速评价混凝土的养护效果方面混凝土电阻率必将具有越来越重要的作用。
摘要：采用电阻率法对高性能混凝土养护程度进行评价, 其方法如下, 选择改进电阻率和内置铜电极的测量方法, 利用不同深度的电阻率变化对混凝土内部的湿度梯度变化进行测量, 并且将混凝土的养护状况反映出来。结果显示, 混凝土养护条件会受到混凝土电阻率的显著影响, 与表面具有不同距离的电阻率的差异情况可以将混凝土的养护程度很好地反映出来。本文针对在高性能混凝土养护程度评价中电阻率法的具体应用进行了分析和介绍, 供大家参考。
关键词：电阻率,高性能混凝土,养护
参考文献
[1]韩聪聪, 叶勇, 田波, 侯子义.养护方式对混凝土内部相对湿度变化的影响研究[J].混凝土, 2013 (12) .
[2]钱觉时, 张琳, 贾兴文, 党玉栋.基于电场作用的混凝土渗透性评价方法研究进展与展望[J].材料导报, 2011 (21) .
[3]蒋鸿.混凝土养护过程中温湿度的测定分析[J].重庆建筑, 2011 (09) .
[4]李化建, 谢永江, 易忠来, 谭盐宾, 冯仲伟, 方博, 杨鲁.混凝土电阻率的研究进展[J].混凝土, 2011 (06) .