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东华理工大学:研发仪器给大坝做“CT”

近期,南方多地持续出现强降雨。随着我国全面进入主汛期,防汛形势日趋严峻。

近日,在江西一处堤坝上,东华理工大学地球物理与测控技术学院院长邓居智和同事们,将一卷卷红色的电缆从车上拿下来,用这些长长的电缆将钉入土内的钢钎(电极)联接起来。

“这些是金属电极,我们根据需要布设电极后,就可以给堤坝做‘CT’。”说罢,邓居智和同事陈辉将电缆接到不远处的黄色小箱子。不一会儿工夫,反映堤坝的内部结构的电阻率曲线就在屏幕中显现出来。

邓居智说,启动与电缆连接的主机,电流便可在堤坝体内传导,它们遇到不同的地质体,电流密度会发生变化,地面的测量电场也会随之改变。“你就想象是用电流将三维图像画了出来。通过它可以‘透视’坝体结构,快速判断堤坝是否存在空洞、裂缝、土层结合松散、管涌、渗流等隐患。”邓居智说,马上要到防汛的关键时期,堤坝隐患探查工作要放在日常,提前防范、提前预警,避免堤坝“带病抗洪”。

邓居智所使用的仪器,是该校自主研发的DSDT-3型双分布式三维电阻率成像系统。以往,此类仪器多依靠国外进口。邓居智深知,关键核心技术要不来、买不来、讨不来。自2000年开始,他便开始关注工程与环境地球物理的相关问题。2007年的一次国际合作项目,让他坚定了研制拥有自主知识产权的三维电阻率成像系统的决心。

“最核心的技术在于供电和测量电极之间的智能切换以及双分布式测量方式。”邓居智回忆,如果这个节点打不通,这项转换工作就必须由人工来完成,这项技术也会一直被钳制。“网络查不到任何相关技术的具体资料,我们只能根据要实现的功能不断尝试。”邓居智说从2007年开始,其团队研究了多套方法,经过反复测试,终于在2011年研制了拥有了自主知识产权分布式三维电阻率“CT”系统样机。

邓居智说,当时的样机很笨重,如今这套仪器已经升级到了第四代,不同的机型可以分别用于中深部铀资源勘探、地下空洞探测、堤坝隐患探测、垃圾填埋场渗漏探测及考古等领域。

这套仪器有多管用?

2020年7月,江西连降暴雨,赣江、鄱阳湖流域遭受严重洪涝灾害。邓居智团队带着仪器直接上了抗洪一线,团队先后在赣江新区、永修县九合联圩、彭泽县芙蓉堤、庐山市区、鄱阳镇邓-彭家村等危堤,开展了100余公里的“堤坝CT体检”工作,排查并指导修复蚁穴、孔洞和管涌泡泉通道等隐患200余处。不仅如此,该技术在江西省海昏侯墓考古、贵溪市雷溪乡突发地面塌陷应急探测中发挥了重要作用。

它的检测速度有多快?

通常情况下,在完成数据采集后,只需2—3个小时就能得到堤坝的三维电阻率结构图,工作人员可以直观地了解到内部情况。如果情况紧急,半个小时就能得到二维成像图。

“我们的地质调查工作长年在野外,发现问题、解决问题同样是在野外,除了‘CT’仪,日常还需要应用到多种仪器,有些自行研发,有些还需借鉴,在未来的实践过程中,我们还有很多问题要探明,很多技术要努力自行掌握。”邓居智表示。