混凝土结构是最主要的建筑结构之一,随着社会的发展,国民对建筑结构安全的重视程度不断提高。渗漏问题是混凝土结构耐久性难以得到保障的主要原因之一,所以对混凝土结构实施渗漏监测至关重要。电阻率层析成像技术(Electrical Resistance Tomography,简称ERT)是一种新兴的无损监测技术,具有成本低、可视化、非侵入、无辐射和操作便捷等优点,在混凝土结构的渗漏监测中具有广泛的应用前景。但是,目前仍存在一些问题制约着ERT技术的发展及其在工程中的应用。例如:1)目前对ERT敏感场的研究多采用二维模型,很少使用三维模型进行分析。2)对ERT传感器系统进行优化及确定最优激励模式时缺乏对信噪比、测量精度等指标的分析。3)ERT技术在混凝土结构检测方面的应用多为对损伤监测的研究,缺乏渗透监测的应用分析。针对上述问题,在前人的研究基础上,本文以ERT技术在混凝土结构渗漏监测中的应用为工程背景,依据仿真结果和试验数据对ERT技术进行了一系列研究。本文完成的主要工作如下:(1)各图像重建算法的理论分析和仿真研究。系统分析了各算法的成像原理,并基于COMSOL软件建立了复杂程度不同的仿真模型,通过COMSOL with MATLAB利用各算法对所建模型进行仿真成像,结果表明:在各算法中,共轭梯度算法能最好的还原各仿真模型的实际情况。(2)ERT技术二维模型的局限性分析。通过建立ERT传感器的二维和三维仿真模型对“边缘效应”的量化研究表明ERT敏感场的分布范围远大于电极高度包含的空间范围,故二维模型关于“边缘效应”不存在的假定并不合理;同时,采用二维仿真会导致能量损失严重,故二维仿真的测量结果存在较大误差,而三维仿真结果更为接近实测数据。(3)ERT三维敏感场“软场”性质研究。从电势、电压数据的角度出发,详细分析了离散介质位置、含量、电导率等对ERT敏感场分布的影响,并获悉ERT三维敏感场“软场”特性的规律:ERT敏感场即使在均匀场中也非均匀分布,激励电极附近的灵敏度最高,与激励电极距离越大灵敏度越低;离散介质的含量、所处位置灵敏度的绝对值、与连续介质电导率的差值越大,对电势、电压数据的影响越大,即对敏感场分布的影响越大。(4)ERT系统最优激励模式的确定。通过建立不同的模型对ERT系统的各激励模式做了详尽的分析,研究表明:相对激励模式相对于其它激励模式获取的有效数据极少,难以求解逆问题,故应尽量避免采用相对激励模式;相邻激励模式能获取最多的有效数据,对逆问题的求解最为有利;准对角激励模式为最优激励模式。(5)三维ERT传感器的优化设计。基于敏感场分布的均匀性、有效数据量、信噪比、测量精度、敏感性等指标深入研究了电极排列、电极数目、电极形状、电极尺寸等因素对ERT系统测量效果的影响,研究表明:等间距电极排列系统的测量精度远高于不等距电极排列系统,成像效果明显优于不等距电极排列系统;除有效数据量外,其他性能指标均随电极数量的增加而变差,故8电极、12电极和16电极系统最为适宜成像;矩形电极总体上的性能优于点电极,故采用矩形电极更有利于图像重建;增加电极高度或宽度能够改善敏感场分布的不均匀性,但也会导致敏感场分布范围或旁路作用增大的劣势;增加电极高宽比有利于提高ERT系统的测量精度,最终经大量试验确定最优电极尺寸宽为0.6L,高宽比为2。(6)探究了ERT技术对水泥基材料的渗透监测效果。基于优化后的电阻率层析成像系统对水在水泥基材料中的渗透进行了不同时间段的成像观测,试验结果表明:ERT技术既能监测到水泥基材料内部的水源位置、大小和形状,也能很好的确定材料内部被水侵蚀的区域。同时基于Richards方程对完全相同的水泥基材料试块进行了渗透的仿真分析,与试验结果基本一致,证明了试验结果的准确性。