綜合物探法在堤壩滲漏隱患探測(cè)中的應(yīng)用

湯子堅(jiān)

（四川中水成勘院工程物探檢測(cè)有限公司，四川 成都 610059）

礦山堤壩隱患，指的是那些可能導(dǎo)致堤壩塌陷等未被勘查到的地質(zhì)缺陷、工程中的質(zhì)量缺陷、因生物破壞導(dǎo)致的各類裂縫，以及堤壩建筑過程中由于人為因素導(dǎo)致的各類安全問題。

就礦山堤壩來說，除上述所述的安全隱患外，在采礦過程中產(chǎn)生的污水、廢石場(chǎng)雨淋污水、礦廠排出的洗礦水等，由于其PH值相對(duì)較低，含硫酸鹽量較大，對(duì)礦山堤壩有較大的腐蝕性，從而對(duì)礦山攔污、蓄污設(shè)備質(zhì)量安全造成一定程度的損壞[1]。如果礦產(chǎn)企業(yè)不能及時(shí)勘查出以上安全隱患，并針對(duì)性的采取加固措施，必然將造成潰壩等災(zāi)害的形成。此外，礦山排出的含酸量較大的廢水也將對(duì)周圍生態(tài)環(huán)境安全造成極大的破壞，同時(shí)也會(huì)對(duì)下游人民生命安全造成極大的威脅。因此，加強(qiáng)對(duì)礦山堤壩安全隱患的檢測(cè)，對(duì)保護(hù)人民生命財(cái)產(chǎn)安全、維護(hù)社會(huì)和諧穩(wěn)定都有著極大的意義和作用。

本文針對(duì)礦山堤壩安全隱患隱蔽性較大、突發(fā)性以及危害程度較大的特點(diǎn)，在對(duì)礦山地質(zhì)環(huán)境、堤壩特點(diǎn)進(jìn)行了全面系統(tǒng)的研究，并在探地雷達(dá)技術(shù)、高密度電法等作用下，具體探測(cè)了礦山堤壩區(qū)域存在的安全隱患問題，為解決上述堤壩安全隱患、加強(qiáng)礦山堤壩的安全防護(hù)，打下了理論和技術(shù)基礎(chǔ)。

1 工程概況

本文以江西某處礦山墻體污水堤壩為實(shí)證研究對(duì)象，該堤壩長(zhǎng)為126.8m，高有23m，壩底標(biāo)高為107m，壩頂標(biāo)高130m，蓄水高程126.2m，堤壩的迎水面主要以花巖崗閃巖進(jìn)行澆灌，下游地區(qū)則安置了排水棱體[2]。

根據(jù)有關(guān)部門的數(shù)據(jù)調(diào)查顯示，該礦山地板地質(zhì)主要以洪坡積碎石土為主，堤壩兩側(cè)地質(zhì)以強(qiáng)風(fēng)化混合巖為主[3]。當(dāng)前，該礦山堤壩在局部地區(qū)出現(xiàn)了滲漏的安全隱患，對(duì)堤壩斜面植被造成了大面積的損害，從而對(duì)壩體周圍的生態(tài)環(huán)境安全和壩體安全穩(wěn)定都造成了極大的危害。

2 探測(cè)方法原理及特點(diǎn)

2.1 高密度電法

高密度電法同時(shí)也被稱為高密度電阻率法，其是在地殼巖石電阻率的基礎(chǔ)上，通過對(duì)電場(chǎng)規(guī)律的在觀測(cè)和總結(jié)，探測(cè)礦山堤壩地質(zhì)安全隱患問題，并采取針對(duì)性的措施解決礦山堤壩地質(zhì)安全隱患。高密度電法是電測(cè)法結(jié)合電剖面法形成的全新勘查技術(shù)。

首先，通過高密度電法，能夠有效的探測(cè)出礦山堤壩安全隱患具體位置和規(guī)模，同時(shí)也能夠在相當(dāng)程度的體現(xiàn)出一定深度下的電剖面特點(diǎn)，并有效的解決傳統(tǒng)電阻率法監(jiān)測(cè)點(diǎn)較少且理論依據(jù)說服力不足的問題。

高密度電法通過A、B電極對(duì)地下供電，測(cè)量M、N電極電位差△U，由此得出該點(diǎn)的視電阻率值：

公式中的K和電極幾何分布有關(guān)，在通過四極裝置測(cè)量巖石電阻率時(shí)，O指的是電極A、B以及電極M，N中心位置，a=OA=OB=AB/2，b=OM=ON=MN/2，則。

表1 物探成果

在壩體處于均勻分布的情況下，因?yàn)閴误w下部含水量較大、表層過于干燥，視電阻率等值線呈層狀分布，從地表(壩頂)向下呈降低趨勢(shì)。

如果壩體存在裂縫、污染滲漏等安全隱患的情況下，電阻率呈階梯狀、不均勻分布，從而形成高阻值或者低阻值的閉合圈。

所以，根據(jù)探測(cè)到的實(shí)際電阻率剖面，進(jìn)行電阻率的分析、推算和處理，從而得出地層電阻率的實(shí)際分布特點(diǎn)，完成安礦山堤壩安全隱患的檢測(cè)和勘查，為礦山企業(yè)排除安全隱患、加強(qiáng)礦山周圍生態(tài)環(huán)境安全，提供技術(shù)、理論借鑒。

2.2 探地雷達(dá)法

探地雷達(dá)技術(shù)是在高頻電磁波以及寬頻短脈沖技術(shù)原理下獲得應(yīng)用的，首先將天線T送入地表層以下，經(jīng)目標(biāo)體后反射回地表層，為天線R接收。

電磁波介質(zhì)傳輸過程中，電磁波強(qiáng)度以及其波形形狀，也隨著介質(zhì)電性的變化而不斷發(fā)生轉(zhuǎn)變，所以，根據(jù)天線R接收到的電磁波信號(hào)以及波形形狀，能有效的識(shí)別并判斷出介質(zhì)基本結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。

礦山堤壩隱患勘測(cè)過程中，如果堤壩壩體土質(zhì)干密度較大、壩體物性單一，反射的雷達(dá)信號(hào)波較弱，頻率單一。一旦堤壩出現(xiàn)污水滲漏的情況，堤壩部分介質(zhì)含水量隨之增大，電導(dǎo)率也將增大，從而構(gòu)成較大程度的電性界面。導(dǎo)致污水局部滲漏的原因，是因?yàn)榱芽p、壩體土質(zhì)疏松等原因造成的，裂縫反射的主要特點(diǎn)，表現(xiàn)為反射波中斷或錯(cuò)動(dòng)；如果礦山堤壩地質(zhì)整體松軟，就會(huì)形成較大的反射波，或者反射波中斷的情形。

3 探測(cè)成果及分析

本次試驗(yàn)中選用的是DUK-2A型高密度電測(cè)法技術(shù)，供電電壓為52v，電極數(shù)量為30-52個(gè)。試驗(yàn)選取的探地雷達(dá)選用搭載了100MH天線的LTD-2000型探地雷達(dá)，采樣工作則是以連續(xù)掃描形式進(jìn)行的，采樣點(diǎn)數(shù)在1024-2048之間，采樣速率為16/S，點(diǎn)測(cè)間距為0.5m/點(diǎn)，采樣長(zhǎng)度750ns。

根據(jù)高密度電法視電阻率斷面圖可知，在測(cè)線36m～84m處，深度在12m～26m以及84m～122m處，電阻率大約在10Ω·m～40Ω·m左右，主要體現(xiàn)在低電阻率區(qū)，可推斷出該區(qū)域?yàn)榈虊稳菀装l(fā)生滲漏的區(qū)域，這當(dāng)中測(cè)線在69m～73m處，埋深15m～22m以及98m～122m間，埋深8m～23m處，有2處電阻值較低極值區(qū)，由此可以基本推斷出堤壩滲漏等安全隱患的分布區(qū)域。

根據(jù)雷達(dá)剖面圖可知，壩體表層雷達(dá)反射波呈現(xiàn)出同軸連續(xù)反射的特點(diǎn)，且頻率特點(diǎn)較為單一。雷達(dá)測(cè)線24m～110m(高密度電法測(cè)線36m～122m)處，埋藏在8m～20m附近，有一定程度的雷達(dá)反射面，由此可以推斷出堤壩滲透區(qū)域以及滲透管道形成較大的反射波，測(cè)線解釋所得的物探成果，如表1所示。

4 結(jié)論與建議

（1）通過探地雷達(dá)技術(shù)以及高密度電法技術(shù)，勘查了礦山堤壩主要存在的安全隱患問題。通過高密度電法，對(duì)礦山堤壩含沙量較高且較為松軟的土質(zhì)層、裂縫進(jìn)行了勘查，而針對(duì)淺層位置，只能探測(cè)分辨率較高的地質(zhì)層；探地雷達(dá)技術(shù)主要用于礦山堤壩安全隱患詳測(cè)以及普查中，能夠探測(cè)出和填筑材料差異性較為明顯的異常體。兩種檢測(cè)方式相互檢測(cè)、相互影響、相互作用，從而在極大程度上提升了安全隱患檢測(cè)精準(zhǔn)程度。

（2）物探勘測(cè)結(jié)果指出，滲透區(qū)域主要分布于堤壩主體部分，部分位于壩體地基部位，且分布范圍較廣，滲透區(qū)域較為明顯，且部分壩體較為空洞。

（3）因?yàn)閴误w壓實(shí)度不足、壩體地基防滲透系統(tǒng)不健全、酸性較大，是造成壩體滲漏的重要原因。特別是酸性水腐蝕，在金屬礦山中極為常見，希望能夠加強(qiáng)同行之間的研究，協(xié)力解決這方面的問題，提升堤壩安全隱患的檢測(cè)和防護(hù)水平。