瞬變電磁法探測大壩裂縫試驗研究★

張 毅 毋光榮

(黃河勘測規(guī)劃設(shè)計有限公司,河南 鄭州 450003)

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瞬變電磁法探測大壩裂縫試驗研究★

張 毅 毋光榮

(黃河勘測規(guī)劃設(shè)計有限公司,河南 鄭州 450003)

介紹了瞬變電磁法的工作原理，通過納米瞬變電磁儀，對某大壩裂縫進(jìn)行了探測，并論述了中心回線和偶極兩種裝置的試驗參數(shù)，對比了兩種裝置的試驗結(jié)果，指出內(nèi)框1 m，外框4 m的中心回線裝置探測均質(zhì)土壩裂縫效果較好。

瞬變電磁法，大壩裂縫，中心回線，偶極裝置

0 引言

某水庫大壩為碾壓式均質(zhì)土壩，走向為西南至東北，斜貫溝谷，位于韃子墳北側(cè)240 m處。壩體建基面最低高程1 568.00 m，壩頂高程1 603 m，最大壩高為35 m，壩長為480 m，壩頂寬8 m，上鋪15 cm厚碎石。

大壩上游砌護(hù)采用干砌卵石，壩基防滲采用截槽方式，截滲槽底深入泥巖1 m；壩體內(nèi)部排水采用壩內(nèi)集水棱體+水平排水褥墊方式，下游壩坡砌護(hù)采用草皮護(hù)坡，并每60 m設(shè)豎向坡面排水一道，馬道和大壩外坡腳設(shè)縱向排水溝，排水溝采用混凝土砌護(hù)。

水庫大壩安全評價結(jié)果表明：大壩壩頂存在較嚴(yán)重的不均勻沉降，壩面出現(xiàn)多處裂縫，壩頂上下游側(cè)壩坡砌護(hù)混凝土出現(xiàn)裂縫、錯臺、破碎現(xiàn)象。大壩輸水涵管頂部壩體沉降較小，而兩側(cè)壩體沉降較大，出現(xiàn)多條橫向裂縫，雖經(jīng)灌漿處理，仍有發(fā)展趨勢，壩體與涵管間存在接觸滲漏的可能。

上、下游壩面有主要裂縫15條，另外有4條橫向裂縫。根據(jù)大壩裂縫分布情況，其中壩頂裂縫主要分布在0+110 m～0+200 m附近。而橫向裂縫主要分布在左右壩肩與壩體結(jié)合處，集中在上游面靠近庫區(qū)范圍內(nèi)。大部分裂縫均經(jīng)過灌漿處理，但部分裂縫在處理后仍有一定的發(fā)展趨勢，濕陷性黃土導(dǎo)致的壩體沉降嚴(yán)重影響了大壩的安全運行。

1 方法原理

瞬變電磁法(Time Domain Electromagnetic Method)簡稱TDEM或TEM。瞬變電磁法以接地導(dǎo)線或不接地回線通以脈沖電流，在一次場間歇期間利用另一回線接收測量由地下介質(zhì)產(chǎn)生的感應(yīng)電場即二次場隨時間的變化。該二次場是由地下不同導(dǎo)電介質(zhì)受激勵引起的渦流產(chǎn)生的非穩(wěn)定磁場，它與地下地質(zhì)體有關(guān)，根據(jù)它的衰減特征，可以判斷地下地質(zhì)體的電性、規(guī)模、產(chǎn)狀等。

現(xiàn)場工作采用重疊回線裝置，即發(fā)送回線Tx與接收回線Rx相重合的敷設(shè)裝置，這種裝置產(chǎn)生的電磁場與被探測地質(zhì)體具有最佳耦合?，F(xiàn)場試驗確定線框尺寸為2 m×2 m，發(fā)射線圈5匝，接收線圈15匝，發(fā)送電流確定為5 A，測點點距1.0 m，裝置示意圖見圖1。

2 儀器與參數(shù)

2.1 儀器

納米瞬變電磁儀(NanoTEM)由一個NT-32與GDP-32Ⅱ構(gòu)成一體的發(fā)送機(jī)，一個電池供電的NanoTEM發(fā)送機(jī)以及少量負(fù)載電阻所組成。接收板對衰減波形在1.2 μs或1.6 μs間隔上取樣，納米瞬變電磁(NanoTEM)發(fā)送機(jī)的配置是為了快速關(guān)斷，用12 V電池供電，其輸出電流可高達(dá)10 A。

2.2 試驗參數(shù)

試驗采用中心回線和偶極兩種裝置類型，裝置示意圖見圖2。

中心回線裝置根據(jù)儀器廠家推薦的內(nèi)外框邊長1∶4，分別用內(nèi)框5 m、外框20 m；內(nèi)2 m、外框8 m；內(nèi)1 m、外框4 m；在已知裂縫位置探測3次，點距均為1 m。

偶極裝置分別用邊長3 m,2 m,1 m的正方形框測試；在已知裂縫位置探測3次，點距均為1 m。

3 試驗結(jié)果

大壩為人工填土，土質(zhì)均勻，空洞或裂縫在干燥情況下，電阻率遠(yuǎn)高于周圍土體，在沖水情況下，電阻率明顯低于周圍土體，這是探測大壩隱患的電性基礎(chǔ)。

圖3是中心回線3種裝置在裂縫處的對比試驗結(jié)果，內(nèi)框1 m、外框4 m的中心回線裝置成果圖在250 m水平位置，深度10 m以下，有一條明顯的低阻區(qū)，與地表發(fā)現(xiàn)的裂縫位置一致，探測效果最好。三種裝置探測結(jié)果對比顯示，收發(fā)線框尺寸越大，探測裂縫的效果越差，這一現(xiàn)象符合瞬變電磁原理，線框尺寸越大，探測的有效區(qū)域越大，裂縫體積在有效探測體積內(nèi)所占比重越小，異常反映也就越弱。

圖4是偶極3種裝置在裂縫處的對比試驗結(jié)果，邊框2 m的偶極裝置成果圖在250 m水平位置，深度10 m以下，有一條明顯的高阻區(qū)，與地表發(fā)現(xiàn)的裂縫位置一致，但此處裂縫在水位線以

下，應(yīng)表現(xiàn)為低阻區(qū)域，探測效果較好。三種裝置探測結(jié)果對比顯示，邊框2 m的偶極裝置能夠準(zhǔn)確探測到裂縫位置，但電阻率性質(zhì)相反，另外兩種方式對裂縫無明顯反應(yīng)。

通過對比試驗，內(nèi)框1 m、外框4 m的中心回線裝置探測均質(zhì)土壩裂縫的效果最好。

4 結(jié)語

1)納米瞬變電磁儀探測均質(zhì)土壩裂縫是有效的；

2)偶極裝置對裂縫的位置反應(yīng)最明顯；

3)內(nèi)框1 m、外框4 m的中心回線裝置探測均質(zhì)土壩裂縫的深度效果最好；

4)納米瞬變電磁儀探測裂縫效率高；

5)本次試驗的裂縫貫穿地表，裂縫最大寬度10 cm,選用內(nèi)框1 m、外框4 m的中心回線裝置探測均質(zhì)土壩裂縫的效果最好，但是對空洞等隱患，最佳探測裝置可能不同。

[1] 李金銘.地電場與電法勘探[M].北京：地質(zhì)出版社，2005.

Abstract: The paper introduces the principle for the Time Domain Electromagnetic Method, detects the cracks on some dam by the nano-transient electronmagnetic method, indicates the technical parameter of the central loop and dipole, compares the test results of the two devices, and points out the central loop device with 1 m internal framework and 4 m external framework has better detection over the cracks on the dam.

Key words: Time Domain Electromagnetic Method, dam crack, central loop, dipole device

Comprehensive evaluation of water quality in Binzhou basin based on RAGA-PPCE model

Liu Peng1Shen Hongzhen2

(1.ShandongBinzhouCityWaterConservancyBureau,Binzhou256600,China; 2.BinzhouUniversity,Binzhou256600,China)

Taking Shandong Binzhou major basin water quality as the research targets, applying RAGA-PPCE model, the paper carries out comprehensive evaluation for the water quality, compares the above-mentioned evaluation result to AHP evaluation result, and points out its advantages, such as objective and rational evaluation results, which can be effectively applies in water quality evaluation engineering.

RAGA-PPCE model， water quality, evaluation grading criteria, projection direction

Experimental study on detection of dam crack by Time Domain Electromagnetic Method★

Zhang Yi Wu Guangrong

(InstituteofGeophysicalProspecting,YREC,Zhengzhou450003,China)

1009-6825(2017)11-0216-02

2017-02-09★：水利部“948”項目(編號：201506)資助

張 毅(1980- )，男，高級工程師

P631.325

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