綜合物探技術(shù)在大壩滲漏探測(cè)中的試驗(yàn)探究

黃建國(guó)

伴隨國(guó)內(nèi)對(duì)于水庫(kù)大壩的重視而提高了建設(shè)的發(fā)展，而對(duì)于部分水庫(kù)大壩來(lái)講，對(duì)其開(kāi)展病害的檢測(cè)和治理也非常的重要，但受制于現(xiàn)場(chǎng)的環(huán)境因素和滲漏的程度，常用的檢測(cè)方法存在一定的局限性，無(wú)法單獨(dú)的實(shí)現(xiàn)快速探測(cè)，在本文中，首先針對(duì)大壩的滲漏綜合物探技術(shù)進(jìn)行了深入的分析，并以此為基礎(chǔ)提出一種科學(xué)合理的探測(cè)原則體系，再和工程的實(shí)際地質(zhì)和水文地質(zhì)進(jìn)行綜合的分析，進(jìn)而提出以大地電磁法與高密度電法先開(kāi)展探測(cè)，然后使用高密度電法及微動(dòng)法再次開(kāi)展局部的探測(cè)，由此形成一種滲漏綜合物探的技術(shù)方案，而且在最終的試驗(yàn)分析中顯示結(jié)果較為準(zhǔn)確，且效果好。

一、大壩滲漏的綜合物探技術(shù)體系分析

當(dāng)前所使用的對(duì)大壩滲漏常用的物探技術(shù)中，一部分效率高，一部低下，并且一部對(duì)參數(shù)的獲取為介質(zhì)電阻率及介質(zhì)橫波波速，因此不同的技術(shù)具有不同的特點(diǎn)，常用的物探技術(shù)分為以下幾類，電磁法類、電法類、地震法類、其他類。但是部分探測(cè)技術(shù)，有一部分探測(cè)深度淺，一部分是有損的探測(cè)技術(shù)，一部分探測(cè)時(shí)存在較多的受限條件，特別是面波法不合適時(shí)，導(dǎo)致沒(méi)有地震法大壩滲漏物探技術(shù)可用，因此，本文提出了一種物探檢測(cè)技術(shù)，即微動(dòng)法。此方法是較為有效的方法之一，同時(shí)，運(yùn)用新電磁法的物探技術(shù)，即大地電磁法，對(duì)大壩開(kāi)展探測(cè)試驗(yàn)。

二、現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

1.試驗(yàn)概況

本次研究選擇國(guó)內(nèi)某一代表性的水庫(kù)大壩進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)的試驗(yàn)，此水庫(kù)為灌溉水庫(kù)，并且兼具防洪調(diào)蓄和發(fā)電折作用，大壩的類型為土石壩，上游和下游分別是土體和堆石體，壩軸線呈現(xiàn)弧形，壩頂?shù)母叱虨?36m，壩頂?shù)拈L(zhǎng)度則為240m，頂寬4m。該水庫(kù)建設(shè)于70年代，并在隨后的使用中出現(xiàn)過(guò)重大的險(xiǎn)情，于大壩的右端出現(xiàn)五個(gè)塌洞，隨后對(duì)其進(jìn)行了全面的加固處理，但還是存在漏水的情況，然后再運(yùn)用防滲混凝土心墻進(jìn)行處理，并做了帷幕灌漿，當(dāng)蓄水到時(shí)233m時(shí)出現(xiàn)了新滲漏點(diǎn)。

2.綜合物探技術(shù)方案

根據(jù)本次研究的水庫(kù)基本情況制定綜合物探的技術(shù)方案，第一步?jīng)Q定運(yùn)用大地電磁法對(duì)水庫(kù)大壩的整體進(jìn)行探測(cè)，與此同時(shí)，利用高密度電法再次對(duì)水庫(kù)大壩進(jìn)行探測(cè)，然后對(duì)比驗(yàn)證不同方法的探測(cè)結(jié)果。經(jīng)過(guò)初步的判斷滲漏重點(diǎn)位置后，利用高密度電法及微動(dòng)法進(jìn)行綜合物探，針對(duì)事先確定的重點(diǎn)位置開(kāi)展局部的精細(xì)探測(cè)，然后結(jié)合不同物探方法進(jìn)行探測(cè)結(jié)果，與工程的地質(zhì)和水文進(jìn)行綜合性的分析，最終判斷滲漏的性質(zhì)和位置。

3.技術(shù)原理分析

（1）大地電磁法

此方法主要以天然電磁場(chǎng)為場(chǎng)源，然后對(duì)大地的電性結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究的方法，以不同的頻率電磁波在進(jìn)行測(cè)量，然后再經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)處理得出大地電性的結(jié)構(gòu)。

根據(jù)電磁的相關(guān)理論，將電磁場(chǎng)（E、H）在大地傳播，振幅的衰減從最初的值1/e時(shí)深度，并定義成穿透深度，具體公式如下：

從公式（1）中得出，趨膚深度（δ）會(huì)跟隨電阻率（ρ）及頻率（f）發(fā)生變化，測(cè)量主要和地下深度對(duì)應(yīng)的頻帶進(jìn)行。通常來(lái)講，頻率高的數(shù)據(jù)可以呈現(xiàn)淺部電性的特征，而頻率低則可呈現(xiàn)較深地層的特征。大壩的滲漏一般會(huì)致使大地的電性結(jié)構(gòu)異常，例如視電阻率較低，可以將其當(dāng)作滲流路徑的推斷依據(jù)。

（2）高密度電法

為保障實(shí)際的測(cè)量，本文則采取K剖面法處理技術(shù)處理高密度電法的相關(guān)數(shù)據(jù)，再和RES2DINV反演結(jié)果對(duì)比。K剖面法主要是把研究電阻率ρs的差異進(jìn)行相應(yīng)的轉(zhuǎn)換成為研究反射系數(shù)K差異，經(jīng)處理后得出斷面視電阻率的剖面結(jié)果。

視反射系數(shù)K為：

三、試驗(yàn)結(jié)果

1.整體探測(cè)結(jié)果

（1）大地電磁法結(jié)果

通過(guò)運(yùn)用大地電磁法進(jìn)行探測(cè)分析而得出以下結(jié)論：

①實(shí)際探測(cè)中的剖面上層介質(zhì)，其視電阻率低，多以濕潤(rùn)素填土層為主，而下層的視電阻率則顯示高，多以基巖層為主，并且水庫(kù)左壩基巖面高于右岸。②劃分異?；鶞?zhǔn)則選取視電阻率值100 Ω·m等值線，在剖面劃分四個(gè)低阻異常。其中低阻異常一處在右壩，另外三處在左壩，滲漏點(diǎn)則牌左壩的下游，經(jīng)過(guò)初步的分析推斷確定滲漏通道在左壩區(qū)。

（2）高密度電法結(jié)果

水庫(kù)大壩的整體探測(cè)運(yùn)用高密度電法，并以RES2DINV軟件和K剖面法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，進(jìn)而得出以下結(jié)論：①運(yùn)用RES2DINV軟件和K剖面法進(jìn)行處理探測(cè)的結(jié)果均顯示出，剖面的上層整體為低阻狀態(tài)，視電阻率約25-200 Ω·m，多以濕潤(rùn)素填土層為主，下層整體呈高阻，視電阻率200~300Ω·m，多以基巖層為主，并且和上述大地電磁法結(jié)果基本相同，進(jìn)一步表明K剖面法具有較高的可行性。②運(yùn)用K剖面法進(jìn)行處理的結(jié)果顯示出比RES2DINV結(jié)果有更大的探測(cè)深度由此表明K剖面法能夠有效地提升探測(cè)的深度。

（3）整體探測(cè)綜合結(jié)果

將上述兩種檢測(cè)方法的探測(cè)結(jié)果進(jìn)行綜合分析得出如下結(jié)論：①依據(jù)實(shí)際物探的成果得出水庫(kù)大壩的滲漏出水口在水庫(kù)的左壩區(qū)，進(jìn)而初步推斷滲漏通道位于左壩區(qū)，可能顯示為低阻異常。②通過(guò)與當(dāng)前水庫(kù)的地質(zhì)資料進(jìn)行結(jié)合得知，水庫(kù)灌溉的發(fā)電洞充滿水，所以可將其排除滲漏通道。

2.局部探測(cè)結(jié)果

（1）高密度電法局部結(jié)果

水庫(kù)大壩局部探測(cè)的高密度電法處理結(jié)果，分別基于RES2DINV和K剖面法得出如下結(jié)論：

①運(yùn)用RES2DINV軟件和K剖面法進(jìn)行處理探測(cè)的結(jié)果均顯示出左側(cè)壩體，整體為低阻狀態(tài)，并且和上述大地電磁法及高密度電法進(jìn)行的整體探測(cè)結(jié)果相同，且右側(cè)的基巖呈現(xiàn)外露，整體的電阻較高。②劃分異?；鶞?zhǔn)則選取視電阻率值100Ω·m等值線劃分四個(gè)低阻異常，結(jié)果表明K剖面法可行性較高。③K剖面法進(jìn)行處理的結(jié)果顯示出比RES2DINV有更大的探測(cè)深度由此表明K剖面法能夠有效地提升探測(cè)的深度。

（2）微動(dòng)法局部結(jié)果

微動(dòng)法進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)利用兩條測(cè)線，根據(jù)實(shí)際探測(cè)的結(jié)果表明：①大壩的表層濕潤(rùn)素填土層，其波速呈現(xiàn)較低，橫波的波速在20~1000m/s范圍，而在下層的基巖部分，其波速高，大約在1000~40000m/s之間。②通過(guò)與滲漏通道和周圍介質(zhì)波速差進(jìn)行結(jié)合分析，并選取劃分異?；鶞?zhǔn)則選取視電阻率值800 Ω·m等值線，進(jìn)一步確定了四個(gè)低阻異常。

（3）局部探測(cè)綜合結(jié)果

將上述兩種檢測(cè)方法的探測(cè)結(jié)果進(jìn)行綜合分析得出如下結(jié)論：①微動(dòng)法低速異常和高密度電法（RES2DINV）（K剖面法）吻合；②通過(guò)與當(dāng)前水庫(kù)的地質(zhì)資料進(jìn)行結(jié)合得知，水庫(kù)的放空泄洪洞，所以可將其排除滲漏通道。

四、結(jié)語(yǔ)

通過(guò)上述整體和局部的探測(cè)分析，再和水庫(kù)大壩工程的地質(zhì)和水文進(jìn)行結(jié)合，最終推斷出水庫(kù)的左壩區(qū)存在2條滲漏優(yōu)勢(shì)通道，并且滲漏多集中在左壩區(qū)，處于基巖內(nèi)，進(jìn)一步可推斷滲漏的通道基本為巖溶通道。最后通過(guò)鉆孔進(jìn)行驗(yàn)證，綜合探測(cè)的成果具有較高的準(zhǔn)確度，符合工程的探測(cè)需求。