綜合物探方法在土石壩水庫滲漏探測中的應(yīng)用

【摘要】本文介紹了包括自然電場法、偽隨機(jī)流場擬合法在內(nèi)的多種物探方法在云南某水電站水庫滲漏檢測的應(yīng)用情況。通過選擇兩種或兩種以上物探方法應(yīng)用于水庫滲漏探測，取長補(bǔ)短、相互驗證，從而提高了物探成果的可靠性和準(zhǔn)確性，通過對現(xiàn)場地質(zhì)、水位觀測資料的大量收集分析，為最終物探成果的綜合解釋提供了強(qiáng)有力的依據(jù)。本次綜合物探方法解決了云南某水電站水庫的滲漏探測問題，取得了較好的效果，最后總結(jié)了綜合物探方法在水庫滲漏探測中的應(yīng)用經(jīng)驗。

【關(guān)鍵詞】綜合物探；水庫大壩；滲漏

目前，隨著國家西部大開發(fā)戰(zhàn)略的進(jìn)一步實施，各種水庫、電站正處于建設(shè)的高潮之中，一些電站、水庫建成運(yùn)行一段時間后，會存在不同程度的滲漏問題。眾所周知，滲漏是堤壩的大害，如不及時處理可能會造成潰壩的危險，影響電站、水庫的正常運(yùn)行，嚴(yán)重者甚至威脅到電站、水庫的安全，給國家和人民生命財產(chǎn)造成不可估量的損失。

在對滲漏進(jìn)行工程處理之前，必須先查清滲漏或管涌的區(qū)域，滲漏的路徑、滲漏的規(guī)模等，以往解決該問題的方法主要是現(xiàn)場觀察、水位觀測資料分析、地質(zhì)鉆孔資料及單一的物探方法等，但這些方法均有其局限性?，F(xiàn)場觀察、水位觀測資料分析，只能對水庫或大壩是否存在滲漏進(jìn)行定性判定，而對其具體位置、路徑及規(guī)模均無法判定；地質(zhì)鉆孔造價高，效率低且鉆孔資料只是“一孔之見”，不能全面反映水庫大壩的滲漏情況；由于物探方法存在多解性，單一物探方法不能解決所有的問題，探測成果準(zhǔn)確率低。因此本文擬采用綜合物探方法對水庫滲漏進(jìn)行綜合探測，以達(dá)到提高探測精度和準(zhǔn)確率的目的。

1、方法技術(shù)

綜合物探方法就是采用兩種或兩種以上的物探方法對目的體進(jìn)行綜合探測，物探方法選擇的原則是，盡量選擇不同物性參數(shù)的物探方法進(jìn)行組合，使得測試參數(shù)多樣化，從不同的物性參數(shù)角度來表現(xiàn)同一個探測目的體，使探測信息更加豐富、完整，解釋成果更加全面，對工程的設(shè)計施工更加富有指導(dǎo)意義。筆者根據(jù)多年的物探工作經(jīng)驗，總結(jié)出對于土石壩水庫滲漏探測的一套綜合物探方法以及資料分析解釋的方法。

1.1 在開展水庫滲漏探測前應(yīng)對現(xiàn)場進(jìn)行踏勘，收集大壩、水庫相關(guān)的設(shè)計、地質(zhì)、水位監(jiān)測、安全鑒定等資料。

1.2 物探方法的選擇，目前能用于水庫、大壩滲漏的物探方法很多、很雜，在此推薦一個綜合物探方法供讀者參考，就是采用自然電場法、偽隨機(jī)流場擬合法、激發(fā)極化法和示蹤法進(jìn)行綜合探測。

1.3 工作的思路，首先在采用自然電場法和偽隨機(jī)流場擬合法，在水庫進(jìn)行面積性普查，準(zhǔn)確圈出滲漏異常區(qū)域，其次，在水庫庫岸和大壩壩頂、壩后背水面采用自然電場法和激發(fā)極化法進(jìn)行綜合探測，確定滲漏的類型（繞壩、壩體、壩基滲漏）以及滲漏通道的深度，最后在庫內(nèi)發(fā)現(xiàn)的異常區(qū)投入示蹤劑在下游進(jìn)行觀測，以確定滲漏的通道路徑，在觀測的同時應(yīng)記錄下投入示蹤劑的時間和示蹤劑在出水口流出的時間，計算滲流速度，再結(jié)合滲漏水量進(jìn)行滲漏規(guī)模推算。

1.4 資料的分析解釋，通過對所有測線測試成果進(jìn)行分析對比，找出滲漏區(qū)域后，再結(jié)合工作前收集到的相關(guān)資料進(jìn)行綜合分析論證，提高探測成果的可靠性和準(zhǔn)確性。

2、應(yīng)用實例

2.1 工程概況。云南某電站大壩為混凝土面板堆石壩，最大壩高61.5m，壩頂高程618m，壩頂長330m，壩頂寬8m。大壩坐落在覆蓋層上，趾板下采用80cm厚混凝土防滲墻接基巖帷幕灌漿，帷幕透水率5LU。

該水電站2010年7月19日開始下閘蓄水，蓄水后壩腳即出現(xiàn)明顯滲漏，至2011年9月水庫蓄水至正常水位時滲漏量約220L/s，與相類似工程相比，滲水量偏大。因此業(yè)主方要求查明水庫、大壩滲漏的區(qū)域、滲漏的類型、滲漏的通道及滲漏規(guī)模。

2.2 工程地質(zhì)情況。壩基左岸主要為長石石英砂巖、泥質(zhì)粉砂巖、細(xì)砂巖夾少量炭質(zhì)泥巖，弱風(fēng)化，巖體結(jié)構(gòu)完整性較好，發(fā)育節(jié)理主要為層節(jié)理；右岸主要為泥質(zhì)粉砂巖、細(xì)砂巖、粉砂質(zhì)泥巖夾炭質(zhì)泥巖，巖體完整性差，節(jié)理發(fā)育，強(qiáng)風(fēng)化～弱風(fēng)化。趾板開挖，左岸趾板基礎(chǔ)為弱風(fēng)化長石石英砂巖，巖體完整性較好，層節(jié)理較發(fā)育，右岸趾板基礎(chǔ)大部分為弱風(fēng)化基巖，巖性主要為泥質(zhì)粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖夾少量長石石英砂巖，其中趾板x6-x9點段主要為強(qiáng)風(fēng)化。

2.3 物探方法與技術(shù)。采用了自然電場法和偽隨機(jī)流場擬合法在庫區(qū)內(nèi)水庫底部和淺部開展普查工作，在發(fā)現(xiàn)異常區(qū)進(jìn)行加密測試，確定滲漏區(qū)域后，在異常區(qū)域內(nèi)投入食鹽，在壩后量水堰進(jìn)行了電阻率測試。

2.4 工作布置。共布置27條剖面，自然電場法21條，測點距5m；偽隨機(jī)流場擬合法20條，測點距5m；電阻率剖面法2條，測點距5m。主要布置在水庫區(qū)，大壩、量水堰及壩肩均有少量布置。具體布置見圖2.1。

2.5 綜合物探資料解釋

2.5.1 滲漏異常區(qū)。圖2.2為H6剖面綜合物探成果圖。從圖中可以看出，電流密度線270m～295m段有一明顯高值異常，電位曲線在270m～300m段，有低值異常，與相應(yīng)位置的電流密度高值異常對應(yīng)很好，綜合推測為庫水垂直滲漏引起。

圖2.3和圖2.4為水庫底部電流密度和自然電位等值線圖，在圖2.3電流密度高值異常區(qū)（紅色線圈定部位）與圖2.4自然電位負(fù)值異常部位（藍(lán)色線圈定部位）為同一位置的異常反映，推測為水庫滲漏區(qū)。

2.5.2 滲漏類型分析

（1）繞壩滲漏的可能性。圖2.5為水庫右岸Z14剖面的自然電位變化曲線圖，在80m～180m段均有高電位異常反映，且異常幅度較大，說明右岸壩肩地下水位遠(yuǎn)高于庫水位，滲流層較大的壓差，能形成較強(qiáng)自然電場，排除繞壩滲漏的可能性。

（2）壩基滲漏的可能性。滲流區(qū)位于右壩肩趾板X6～X9帷幕灌漿區(qū)的護(hù)坡錨拉板區(qū)，巖性主要泥質(zhì)巖類為泥質(zhì)粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖夾少量長石石英砂巖，受F15斷層和Gb1擠壓帶及小斷層影響，巖石破碎?；A(chǔ)開挖時在趾板X6～X9段潮濕，局部見滲水現(xiàn)象。軟巖類的泥巖開挖卸荷后開挖面易失水干裂產(chǎn)成裂隙，該裂隙會繼承原構(gòu)造裂隙發(fā)育，順層或追蹤裂隙貫通形成為滲漏通道，大壩的右半部分存在壩基淺表滲漏的可能性。

（3）壩體滲漏的可能性。右壩肩趾板X6～X9帷幕灌漿雖按5Lu進(jìn)行設(shè)計，若存在有施工缺陷，滲漏區(qū)滲水可穿帷幕進(jìn)入壩體和下滲至地基，從大壩水位監(jiān)測孔的水位分析，大壩絕大部份鉆孔浸潤線均較低，但DB-HW-04孔忽然壅高說明壩體存在局部滲水通道。

2.5.3 滲漏路徑。圖2.6為下游量水堰投鹽前后水體電阻率變化曲線圖，投鹽后第4次觀測水體電阻率明顯低于未投鹽時，這說明庫內(nèi)發(fā)現(xiàn)的滲漏區(qū)域與量水堰是連通的，庫水由滲漏異常區(qū)經(jīng)過壩基和壩體流向下游量水堰見圖2.1。

2.5.4 流速估算。投鹽約18小時后量水堰水體電阻率發(fā)生陡降，路徑長度（按直線算）約237m，估算出滲漏水的流速約為13.2m/h，滲漏水流速較低。推測該電站的水庫大壩無集中滲漏通道。

3、結(jié)束語

3.1 本次采用自然電場法、偽隨機(jī)流場擬合法和電阻率剖面法的綜合物探方法對云南某電站水庫滲漏的探測，結(jié)合設(shè)計、地質(zhì)及水位監(jiān)測資料進(jìn)行綜合分析，查明了該水電站水庫滲漏類型是壩基和壩體滲漏兩種綜合的結(jié)果，查明了該水電站水庫滲漏的路徑并估算出滲流速的為13.2m/h，推測為無集中滲漏通道。

3.2 本次采用綜合物探方法土石壩水庫滲漏方面取得了較好的效果，為今后物探工作的開展拓寬了思路，打破了以往使用單一物探方法探測的常規(guī)思維。

作者簡介：何世聰（1979-），男，云南昭通人，研究生，中國電建集團(tuán)昆明勘測設(shè)計研究院有限公司，高級工程師。研究方向：水電工程勘測。