高密度電阻率法在水庫壩肩滲漏隱患檢測中的應(yīng)用

徐云乾，黃春華，陸雪萍，李　飛，劉建文

(廣東省水利水電科學(xué)研究院 廣東省山洪災(zāi)害突發(fā)事件應(yīng)急技術(shù)研究中心， 廣州 510635)

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高密度電阻率法在水庫壩肩滲漏隱患檢測中的應(yīng)用

徐云乾，黃春華，陸雪萍，李飛，劉建文

(廣東省水利水電科學(xué)研究院 廣東省山洪災(zāi)害突發(fā)事件應(yīng)急技術(shù)研究中心， 廣州 510635)

摘要：介紹了高密度電阻率法的工作原理，分析了相比傳統(tǒng)水壩滲漏隱患檢測的優(yōu)勢，在對(duì)水庫的壩肩滲漏隱患檢測中，由于壩軸線和原山體正交，使用了折線布置測線法對(duì)壩肩進(jìn)行檢測，其檢測結(jié)果可以準(zhǔn)確定位壩肩的滲漏通道；并通過鉆孔對(duì)部分測線結(jié)果的驗(yàn)證，為后續(xù)水壩的除險(xiǎn)加固提供指導(dǎo)，為土石壩的滲漏隱患檢測、評(píng)價(jià)及后續(xù)的除險(xiǎn)加固提供了準(zhǔn)確可靠的依據(jù)。

關(guān)鍵詞：高密度電阻率法；鉆孔驗(yàn)證；土石壩

1高密度電阻率法的工作原理及試驗(yàn)?zāi)康?/p>

高密度電阻率法是地球物理電法勘探技術(shù)，其工作原理與傳統(tǒng)的電法勘探基本相同，均為向被勘探體施加一定電壓、電流的直流電，由于不同物質(zhì)的電性差異反應(yīng)為電流、電位異常，經(jīng)反演后能較為直觀地反映出物體的內(nèi)部構(gòu)造[1]。

常規(guī)的電阻率法只能反映出被勘探體在某一深度沿水平方向的電性變化，但是高密度電阻率法能同時(shí)反映出被勘探體垂直方向的電性變化趨勢。

圖1　高密度電阻率法工作原理示意

高密度電阻率法的工作原理是通過A、B電極向地下輸入電流I，通過測量M、N電極間的電位差ΔV得到M、N電極間的視電阻率(見圖 1)，通過視電阻率的反演、分析計(jì)算，獲得視電阻率等值線圖，根據(jù)被勘探體不同組成物質(zhì)或不同狀態(tài)下的電性差異來確定異常體[2]。

高密度電阻率法采用與常規(guī)電阻率法相同的理論基礎(chǔ)，但兩者的方法技術(shù)有所不同。測量時(shí)高密度電阻率法采用陳列勘探的方法一次布設(shè)多個(gè)電極，跑極和數(shù)據(jù)采集，其優(yōu)點(diǎn)是自動(dòng)化、成本低、效率高[3]。適用于大體量、長距離、建筑物較多的水利工程，如土石壩、堤防等。

逸仙水庫主壩左右壩肩滲漏較為嚴(yán)重。由于以往針對(duì)檢測滲漏隱患的地質(zhì)勘察是點(diǎn)狀勘探，無法準(zhǔn)確定位壩體的滲漏通道，不僅耗時(shí)長，且對(duì)壩體原狀土有擾動(dòng)。

筆者利用高密度電阻率法對(duì)其進(jìn)行了無損檢測，共布置了4條平行于壩軸線測線(長376 m)和2個(gè)驗(yàn)證勘探鉆孔(深29.1 m)，并利用等高程折線布置使測線橫跨壩體和壩肩，測試結(jié)果以壩體縱剖面電阻率等值線圖的形式繪制，結(jié)合土體含水率高低的電阻率分析，并輔以鉆孔驗(yàn)證，確定左右壩肩滲漏通道，為除險(xiǎn)加固提供針對(duì)性的指導(dǎo)。

2測區(qū)條件及測線布置

2.1測區(qū)工程概況

逸仙水庫位于廣東省中山市南朗鎮(zhèn)翠亨村縣道X579西南側(cè)，承擔(dān)著南朗鎮(zhèn)的防洪、灌溉和供水任務(wù)。水庫總庫容6.25×106m3，屬小型水庫。主壩長315 m，最大壩高20.7 m，副壩長140 m，最大壩高21.1 m，主壩頂寬為4.5 m，迎水坡坡度為1∶2.5，背水坡坡度為1∶2.4及1∶3。

2.2測線布置水庫主壩迎水坡和背水坡二級(jí)壩坡以上皆為六角棱體覆蓋，二級(jí)壩坡以下為草皮護(hù)坡，高密度電阻率法儀探針需與壩身填土緊密接觸，因此檢測區(qū)域設(shè)定在二級(jí)壩坡以下及與壩體兩側(cè)連接的原山體。檢測的主要目的是確定左右壩肩的滲漏位置，檢測對(duì)象為主壩背水坡草皮護(hù)坡區(qū)域及臨近的原山體。

根據(jù)壩肩滲水情況和密度電法儀特性，共設(shè)置了四條測線，其中右壩肩兩條(測線1，2)，中間壩體一條(測線3)，左壩肩一條(測線4)，由于要同時(shí)檢測原山體和壩身，測線1，2，4只能折線布置，折線角度均為105°，測線布置見圖 2。

圖2　高密度電阻率法測線和原位鉆孔布置示意

測線名稱測線位置排列長度/m電極間距/m排列類型測線1(彎折測線)原山體～二級(jí)壩坡(馬道高程)1262溫納阿爾法測線2(彎折測線)原山體～二級(jí)壩坡(馬道和堤腳中間高程)942溫納阿爾法測線3二級(jí)壩坡(馬道和堤腳中間高程)1262溫納阿爾法測線4(彎折測線)二級(jí)壩坡～原山體(馬道和堤腳中間高程)942溫納阿爾法ZK2(鉆孔)位于測線3中部位置,鉆孔深度16.6m---ZK3(鉆孔)位于測線4中部位置,鉆孔深度12.7m---合計(jì)4條測線376--

3檢測結(jié)果分析

根據(jù)檢測對(duì)象的電性差異及以往工程經(jīng)驗(yàn)，典型堤防隱患的電阻率異常特征[4]如表2所示。

測試結(jié)果分析可根據(jù)表2列舉的異常特征、現(xiàn)場檢查記錄對(duì)堤壩隱患進(jìn)行初步的判斷分析,分析結(jié)果如圖3所示。

圖中橫軸表示以測線最左端為起點(diǎn)的橫向距離，縱軸表示壩體深度，顏色深淺表示電阻率的大小，冷色代表電阻率較低，暖色代表電阻率較高。

表2　典型堤防隱患的電阻率異常特征

圖3　測線1～4視電阻率等值線分布

測線1分析：現(xiàn)場記錄在測線橫軸32 m處(測線1折線拐點(diǎn)后)有一個(gè)排水涵洞(無水)，如圖 3所示，顯示為孤立的高阻區(qū)。以48 m為界，左側(cè)為原山體，右側(cè)為壩體。涵洞左側(cè)(距離：20～32 m，深度：0.5～13.5 m)范圍內(nèi)存在一個(gè)孤立的正三角形低阻區(qū)域，該區(qū)域是一個(gè)可能的滲漏通道。

測線2分析：如圖 4所示，現(xiàn)場記錄在測線48～50 m范圍內(nèi)為原山體和壩體的交界處，左側(cè)為原山體，右側(cè)為壩體。在原山體距離交界處(距離：38～46 m,深度：0～5 m)范圍內(nèi)存在一個(gè)孤立的低電阻異常，可能與測線1測試到的低電阻異常形成了一個(gè)滲漏通道。

測線3分析：測試的為126 m長的壩體，電阻率隨壩體的高度降低，為較為正常的電阻率等值線圖，可判斷出深度7 m左右為浸潤線，現(xiàn)場壩后反濾出水為較為正常。

測線4分析：如圖 6所示，現(xiàn)場記錄46～50 m為壩體交界處，左側(cè)為壩體，右側(cè)為原山體。在距離為16～32 m，深度為1.5～13.5 m范圍內(nèi)的堤身填土存在孤立的低電阻異常，整個(gè)深度范圍內(nèi)的堤身填土可能碾壓不密實(shí)，低阻區(qū)覆蓋范圍較廣，可能是滲漏通道。另一個(gè)孤立的低阻區(qū)在原山體與壩體交界處(距離：46～53 m，深度：0.5～4.98 m)，偏向原山體，該區(qū)域土質(zhì)含水率較高。說明該處填土碾壓不密實(shí)。

4鉆孔驗(yàn)證及搶險(xiǎn)措施

4.1鉆孔驗(yàn)證

為了提高地質(zhì)鉆孔的準(zhǔn)確性和針對(duì)性，依據(jù)上述高密度電阻率法的檢測成果，分別在背水坡二級(jí)馬道壩中,即測線3上布置ZK2、左壩肩(二級(jí)馬道高程)即測線4上布置ZK3。鉆孔布置如圖 2所示，孔位所對(duì)應(yīng)的高密度電阻率法等值線圖和鉆孔柱狀圖對(duì)比如圖 4，5所示。

圖4表明：素填土層(鉆孔層厚范圍0～5.1 m)結(jié)構(gòu)松散、充填空氣、稍濕、體現(xiàn)為高阻，在高密度等值線中以紅色為主(0～5.035 m)；粉質(zhì)粘土層(鉆孔層厚范圍5.1～7.2 m)濕潤，在高密度等值線中以綠色為主(5.035～7.985 m)；圓礫層(鉆孔層厚范圍7.20 m以下)透水性強(qiáng)，同時(shí)在壩體浸潤線以下，含水率高，體現(xiàn)為低電阻，在高密度等值線中以藍(lán)色為主(7.985 m以下)。

圖4　測線3上ZK2孔位的高密度結(jié)果和鉆孔分析

圖 5表明：素填土層(鉆孔層厚范圍0～1.7 m)，其特性與鉆孔2相似，體現(xiàn)為高阻，在高密度等值線中以紅色為主(0～1.725 m)；礫質(zhì)粘性土層(鉆孔層厚范圍1.70～6.8 m)濕潤，含水率較高，在高密度等值線中以藍(lán)色為主(1.725～6.445 m)；中風(fēng)化花崗巖層(鉆孔層厚范圍6.8 m以下)為塊狀構(gòu)造，透水性弱，體現(xiàn)為高電阻，在高密度等值線中以藍(lán)色為主(6.445 m以下)。

通過鉆孔驗(yàn)證說明，折線布置下的高密度電法對(duì)土石壩滲漏檢測的結(jié)果是可信的。

4.2灌漿補(bǔ)漏

根據(jù)高密度電法的測試結(jié)果，建議對(duì)低阻異常區(qū)采取相應(yīng)的截滲措施。工程管理單位在壩體以及原山體和壩體交接的對(duì)應(yīng)部位實(shí)施灌漿后，滲漏情況明顯好轉(zhuǎn)(見圖 6)。

圖6　灌漿后滲漏情況

5結(jié)論

(1) 測線1的測試結(jié)果能清晰地反映出處于折線拐點(diǎn)后的涵洞所表現(xiàn)出的孤立的高電阻異常，說明在折線條件下高密度電法檢測也具有良好效果。

(2) 高密度電阻率法是一種高效、成本低的無損檢測方法，根據(jù)土體電性差異所得到的反演結(jié)果

能形象直觀地反映出堤壩的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。在對(duì)堤壩進(jìn)行隱患檢測或安全鑒定時(shí)，可優(yōu)先使用高密度電阻率法，經(jīng)驗(yàn)證，其結(jié)果對(duì)指導(dǎo)除險(xiǎn)加固和鉆探工作更具有針對(duì)性。

參考文獻(xiàn)：

[1]胡平,羅水余,米宏澤，等.城市地質(zhì)調(diào)查物探方法技術(shù)應(yīng)用研究[C]//2010年城市地質(zhì)國際學(xué)術(shù)研討會(huì)論文集.[出版地不詳]:[出版者不詳],2010:110-116.[2]宋先海,顏鐘,王京濤. 高密度電法在大幕山水庫滲漏隱患探測中的應(yīng)用[J].人民長江,2012,43(3):46-47.

[3]孔繁友,郭偉,賀清錄. 高密度電阻率法在鏵尖子水庫大壩滲漏隱患探測中的應(yīng)用[J]. 廣東水利水電,2008(6):13-15,18.

[4]劉小軍,李長征,王家林,等. 高密度電法概率成像技術(shù)在堤防隱患探測中的應(yīng)用[J]. 工程地球物理學(xué)報(bào),2006(6):415-418.

Application of High-density Electrical Method in Leakage Danger Detection of Dam Abutment

XU Yun-qian, HUANG Chun-hua, LU Xue-ping, LI Fei, LIU Jian-wen

(Emergency Technology Center of Guangdong Mountain Torrents Disaster Emergencies,Research Institute of Water Resources and Hydropower, Guangzhou 510635, China)

Abstract：This paper introduces the working principle of high density resistivity method and analyzes its advantages as compared with the traditional leakage hidden trouble detection. One test was carried out on dam shoulder leakage detection of hidden trouble for Yat-sen reservoir, which is located in Zhongshan city, Guangdong province. Due to the dam axis and the original mountain being usually orthogonal, the researchers used the broken line layout and line detection of the abutment. The detection result can accurately locate leakage passages of the dam abutment, thus providing strong support for the subsequent drilling exploration and guidance for future consolidation. The above-mentioned means can provide a reliable basis for earth and rock-fill dam leakage hidden trouble detection, its evaluation and following-up consolidation.

Key words:High density resistivity method; Drilling verification; Earth and rockfill dam

收稿日期：2015-07-31

作者簡介：徐云乾(1986-),男，碩士，工程師，主要從事水工結(jié)構(gòu)研究工作。通信作者:徐云乾, E-mail: xuyunqian@foxmail.com。

DOI:10.11973/wsjc201605011

中圖分類號(hào)：P319.2；TG115.28

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

文章編號(hào)：1000-6656(2016)05-0041-04