土石堤坝在长期运行管理中,常常会出现各种隐患,不仅影响其正常使用,而且极易造成溃坝等安全事故。因此,如何快速、经济、有效地探测到这些隐患,对病险土石堤坝的治理就显得尤为重要。本文依托国家自然科学基金(51279219),采用理论分析、数值模拟、模型试验和现场测试等研究方法,研究含隐患土石堤坝三维电场特征和电阻率成像识别方法,为病险土石堤坝的治理提供了科学的依据。本文的主要研究内容及成果如下:(1)通过建立三维有限差分模型,分析了不同隐患土石堤坝的电场分布特征,以及电源条件改变对土石堤坝电场分布特征的影响规律,结果表明当土石堤坝含高、低阻隐患时,高、低阻隐患四周电场会发生明显变化,在高、低阻隐患所在区域会形成电场异常区,异常区范围受到电源条件的影响。并进一步分析了坝顶电场变化特征,与不同隐患和电源条件改变的相关性,结果表明坝顶电势差分布特征与隐患所在位置具有一定的对应关系。(2)在电场数值模拟的基础上,建立土石堤坝三维电阻率成像反演模型,分析了不同隐患土石堤坝三维电阻率反演成像特征,结果表明当土石堤坝含高、低阻隐患时,三维电阻率反演图像中会出现高、低阻电阻率异常区,且与高、低阻隐患所在位置有良好的对应关系,验证了电场数值模拟结果的可靠性,同时为土石堤坝阻隐患在三维电阻率图像中的识别提供了方法。通过图像处理,可以直接观察高、低阻隐患空间分布规律。(3)通过建立含隐患土石堤坝物理模型,分析了物理模型电势差分布特征,结果与电场数值模拟结果大致相同。对土石堤坝物理模型进行三维电阻率反演成像,发现隐患布置位置,与电阻率图像上电阻率异常区所在位置基本一致,结果与反演成像数值模拟结果基本吻合。(4)结合工程应用,利用三维电阻率成像技术探测到坝体内的渗漏通道,通过图像处理,大致推断出渗漏发生原因和渗漏路径。利用分析数值模拟和物理模型得到的结论和规律,对工程应用进行指导,能够进一步提高含隐患土石堤坝三维电阻率成像识别技术的探测精度。