高密度電阻率法在土壩滲漏通道探測中的應(yīng)用

李 焱 鄒晨陽 吳永風(fēng)

(1.江西省水利科學(xué)研究院, 江西 南昌 330029;2. 江西省水工安全工程技術(shù)研究中心, 江西 南昌 330029;3. 西北農(nóng)林科技大學(xué)水利與建筑工程學(xué)院, 陜西 楊凌 712100)

?

高密度電阻率法在土壩滲漏通道探測中的應(yīng)用

李 焱1,2,3鄒晨陽1,2吳永風(fēng)1,2

(1.江西省水利科學(xué)研究院, 江西 南昌 330029;2. 江西省水工安全工程技術(shù)研究中心, 江西 南昌 330029;3. 西北農(nóng)林科技大學(xué)水利與建筑工程學(xué)院, 陜西 楊凌 712100)

利用高密度電阻率法對水庫大壩滲漏通道進行探測，并用地質(zhì)雷達法對探測結(jié)果進行驗證，基本探明了滲漏通道的走向和埋深，表明高密度電阻率法在探測滲漏通道方面具可信度。同時指出在滲漏通道探測工作中，應(yīng)使用兩種以上方法，以使結(jié)論互相印證。

大壩； 滲漏通道； 高密度電阻率法； 探測

Application of high density resistivity method in earth dam seepage channel detection

1 前 言

高密度電阻率法探測技術(shù)自20世紀80年代發(fā)明以來，廣泛應(yīng)用于工程勘探、地質(zhì)災(zāi)害評估、工程檢測等領(lǐng)域。在水利水電工程中，主要應(yīng)用于混凝土防滲墻質(zhì)量檢測、堤壩隱患滲漏探測等。關(guān)于高密度電阻率法在堤壩滲漏通道探測中的應(yīng)用，前人進行了大量的研究，基本明確了高密度電阻率法的應(yīng)用方法,并指出了在應(yīng)用時應(yīng)注意的事項。本文在參考這些研究的基礎(chǔ)上，對水庫大壩實例的滲漏通道進行探測，排查大壩滲漏通道并確定走向和位置，同時根據(jù)走向?qū)炷练罎B墻進行質(zhì)量判定，利用高密度電阻率法和地質(zhì)雷達法對大壩下游壩體進行探測。

2 工程概況

江西省貴溪市界牌水庫大壩為均質(zhì)土壩，最大壩高20.30m，壩長147m，壩頂高程59.78m(假設(shè)高程)，總庫容196萬m3，該水庫為小(1)型水庫工程。水庫始建于20世紀60年代，由于年久失修，大壩滲漏嚴重，下游常出現(xiàn)滲水、管涌等險情。

3 探測原理及儀器

高密度電阻率法探測技術(shù)是在傳統(tǒng)的四極對稱直流電探測法基礎(chǔ)上，對地下介質(zhì)的導(dǎo)電性差異進行分析，從而確定地下介質(zhì)分布的一種電學(xué)勘探方法。其工作過程是首先施加并接收一個人工電場，研究地下傳導(dǎo)電流的分布規(guī)律，從而推斷地下具有不同電阻率地質(zhì)體的位置。該方法可以同時布設(shè)大量電極，檢測密度高，但探測深度和布設(shè)導(dǎo)線的長度有關(guān)。使用的儀器為DUK-4全波形分布式高密度電阻率法儀，該儀器集電流電位全波形記錄、32位A/D、大功率控制、嵌入式實時操作系統(tǒng)于一體，現(xiàn)場可編程陣列邏輯；儀器具備完善的測量控制過程，具有接地電阻檢測、電極自檢功能、電極電位超限自延測量功能和自動增益功能，可確保在受到干擾的情況下仍能獲得高質(zhì)量的原始數(shù)據(jù)。

4 探測工作流程

為探測水庫滲漏通道，共進行兩次測試，兩次探測的平面位置均為大壩0+000～0+080，高程分別為53.78m、49.78m；測線均布置于背水坡并平行于壩軸線。

每次探測選用8根10道電纜，共80道電極，電極間距1m。斷面測量時所有電極一次性鋪設(shè)完成，為確保電極接地良好、各電極接地電阻均一，剖面測量前對所有電極進行接地電阻檢查，采取澆鹽水等手段保證各電極接地電阻均小于7kΩ。采集過程中供電電壓采用400V。

5 成果分析及驗證

5.1 高密度電阻率法探測成果

a.大壩0+000～0+080斷面。大壩0+000～0+080，高程53.78m處斷面共布置高密度點電法測線1條(見圖1)，布置于背水坡一級馬道上，馬道高程53.78m。采用溫納排列進行測量。

圖1 JP1線高密度電法反演電阻率剖面(▽53.78m)

JP1線起點樁號為0+000(圖1右側(cè))，終點樁號為0+080(圖1左側(cè))，道間距1m(反演后加密為0.5m)，共80道電極。從視電阻率等值圖可以看出，在測線橫坐標35～43(樁號0+037～0+045附近)出現(xiàn)低阻異常帶,電阻率約為70Ω·m。對地下水電阻率值的探測結(jié)果，推斷該處可能為隱伏的滲漏通道。其深度大約為測線以下9～12m左右，即高程約為44.78～41.78m。

b.大壩0+000～0+080斷面。大壩0+000～0+080，高程49.78m斷面布置高密度點電法測線1條(見圖2)，布置于二級馬道上。采用溫納排列進行測量。

圖2 JP2線高密度電法反演電阻率剖面(▽49.78m)

JP2線起點樁號為0+000(圖2右側(cè))，終點樁號為0+080(圖2左側(cè))，道間距1m(反演后加密為0.5m)，共80道電極。從視電阻率等值圖可以看出，在測線橫坐標37～60(樁號0+020～0+043附近)出現(xiàn)明顯低阻異常,電阻率約為70Ω·m，推斷可能為滲漏通道，深度約為測線以下5～7m，即高程約為44.78～42.78m。

5.2 地質(zhì)雷達法驗證

地質(zhì)雷達法，利用超高頻電磁波探測地下介質(zhì)分布，基本原理是：發(fā)射天線發(fā)射脈沖電磁波訊號。當這一訊號在巖層中遇到地層變化或地質(zhì)體變化時，會產(chǎn)生一個反射訊號。直達訊號和反射訊號通過接收天線輸入接收機，放大后由示波器顯示并由主機記錄。隨著地質(zhì)雷達的行進和地下物體的變化，波形不斷增加并改變。根據(jù)波形變化，即可以判斷地下地層和地質(zhì)情況變化；根據(jù)被探測物體的介電常數(shù)，即可對地下地層和地質(zhì)情況進行深度分析。其優(yōu)點是對介電常數(shù)變化較大的地質(zhì)體可清晰分辨。該次探測地質(zhì)雷達操作平臺為Windows CE，主機可適配所有高中低頻雷達天線，頻率范圍從16MHz到2.2GHz，掃描速率最高300線/s，具備連續(xù)測量、測量輪、點測三種模式，測量范圍0～8000ns。

共進行1次驗證探測，位置為大壩0+000～0+080，高程49.78m，探測總長度80m；探測位置同高密度電阻率法。

選用80MHz非屏蔽低頻組合天線，天線中心頻率為80MHz，為了對自然界的雜波、儀器雜波及其他信號雜波進行過濾，僅采集20～200MHz電磁波信號。結(jié)合相關(guān)地質(zhì)資料，選擇合適介電常數(shù)和記錄長度，使測試達到預(yù)期深度。選擇點測模式，并通過增大發(fā)射率和疊加次數(shù)以提高測量精度。收發(fā)天線間距固定為1.20m，步長選定為0.50m。

探測雷達原始圖經(jīng)時間零點確認→背景去除→表面范化→橫向擴展→反卷積處理后，形成雷達成像圖(見圖3)。

圖3 大壩0+000～0+080地質(zhì)雷達成像(▽49.78m)

圖3中縱坐標為深度，橫坐標右側(cè)為0+000，左側(cè)為0+080。

根據(jù)圖3可以看出：圖中深度0～1m存在較多異常情況，但考慮到1m以內(nèi)為雷達盲區(qū)(盲區(qū)范圍隨雷達頻率不同)，判定為干擾雜波。在樁號0+020～0+040范圍內(nèi)，深度5m向下，波形起伏較大，推斷為該區(qū)域為含水較高區(qū)域。但由于土體含水率較高，干擾較大，因此無法對其深度進行準確定位。結(jié)合高密度電阻率法，認為深度為5.0m向下，即高程44.78m以下均為高含水區(qū)。

綜合高密度電阻率法和地質(zhì)雷達法的探測結(jié)果，推斷滲漏通道高程為44.78～41.78m處，平面位置由0+037～0+045逐漸變?yōu)?+020～0+043，說明隨著滲漏的產(chǎn)生，高含水體范圍呈擴大趨勢。

6 結(jié) 論

利用高密度電阻率法，對大壩滲漏通道進行了探測，并用地質(zhì)雷達法進行了驗證，基本確定了滲漏通道位置和走向。對堤壩滲漏通道進行探測時，應(yīng)使用兩種以上方法互相驗證探測結(jié)果，結(jié)論更可靠。

地質(zhì)雷達法對滲漏通道探測成果可信度弱于高密度電阻率法，相比后者，耗時更長，操作更復(fù)雜，建議地質(zhì)雷達法作為高密度電阻率法的驗證和補充方法。

[1] 李雷,張國棟.我國堤壩隱患探測技術(shù)及面臨的問題與建議[J].水利水運工程學(xué)報，2009(4):91-99

[2] 鄧居智,劉慶成,莫撼.高密度電阻率法在探測水壩隱患中的應(yīng)用[J].華東地質(zhì)學(xué)院學(xué)報，2001，24(4):282-285.

[3] 董延朋,萬海.高密度電阻率法在堤壩洞穴探測中的應(yīng)用[J].物探裝備，2006，16(1):56-58.

LI Yan1, 2, 3, ZOU Chenyang1,2, WU Yongfeng1, 2

(1.JiangxiWaterResourcesScienceResearchInstitute,Nanchang330029,China; 2.JiangxiHydraulicSafetyEngineeringTechnologyResearchCenter,Nanchang330029,China; 3.NorthwestAgricultureandForestryUniversity,WaterResources

andArchitecturalEngineeringInstitute,Yangling712100,China)

High density resistivity method is utilized for the detection of the reservoir dam leakage passage. Geological ground penetrating radar method is used for validating the detection result. The direction and buried depth of seepage channel are basically detected. It is obvious that the high density resistivity method has high credibility in the aspect of seepage channel detection. Meanwhile, it is pointed out that the two methods should be applied in seepage channel detection work for confirming the conclusions mutually.

dam; seepage channel; high density resistivity method; detection

10.16616/j.cnki.11- 4446/TV.2016.11.018

TV698.2+3

B

1005-4774(2016)11- 0065- 04