差值高密度電法在堤防滲漏探測(cè)中應(yīng)用★

陳江平 王鵬飛

(1.長(zhǎng)江勘測(cè)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司，湖北 武漢 430010； 2.長(zhǎng)江地球物理探測(cè)(武漢)有限公司，湖北 武漢 430010)

堤壩作為重要的防水建筑物，在水庫(kù)運(yùn)行、防洪抗災(zāi)方面發(fā)揮重要的作用[1]。由于高水位和長(zhǎng)期運(yùn)行，堤壩滲漏問題時(shí)常發(fā)生，如果不能及時(shí)探測(cè)和治理，可能造成不可估量的損失[2]。地球物理技術(shù)由于具有快速、無損、經(jīng)濟(jì)等優(yōu)點(diǎn)，目前已廣泛應(yīng)用于堤壩滲漏探測(cè)中。常用方法有直流電法(高密度電法、自然電位法)、磁電阻率法、核磁共振法、探地雷達(dá)等[3-5]。高密度電法對(duì)低阻異常具有較高的敏感性，但對(duì)于含水率較高的堤段，滲漏導(dǎo)致的低阻異常往往難以分辨。本文提出一種差值高密度電法，通過將滲漏堤段和完整堤段的高密度探測(cè)成果做差，從而突出滲漏異常。

1 高密度電法

高密度電法由傳統(tǒng)的直流電阻率法發(fā)展而來，原理和電阻率法一樣，通過供電電極AB接入大地制造人工穩(wěn)定電場(chǎng)，在測(cè)量電極MN處測(cè)量地下電場(chǎng)的電位差，根據(jù)電極排列方式選擇不同裝置系數(shù)，計(jì)算測(cè)點(diǎn)處視電阻率值，從而探測(cè)巖土體的導(dǎo)電性差異[6，7]。視電阻率計(jì)算公式為：

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其中，ρ為視電阻率；K為裝置系數(shù),m；ΔV為觀測(cè)電位差,V；I為供電電流,A。

高密度電法可以一次性布置幾十到幾百根電極，采集裝置按設(shè)定的供電測(cè)量方式自動(dòng)采集測(cè)量電極間的電位值及回路中的電流值，電極距按照探測(cè)深度和探測(cè)目標(biāo)體的尺度進(jìn)行合理設(shè)置。通過地層的電性差異來進(jìn)行電性分層，尤其對(duì)含水層的反應(yīng)較靈敏，是探測(cè)滲漏通道、破碎帶的有效手段。常用的探測(cè)方式有對(duì)稱四極裝置、溫納裝置、偶極裝置等，本次探測(cè)使用的是溫納裝置，如圖1所示。

2 差值處理

高密度電法差值處理主要針對(duì)介質(zhì)比較均勻的工程地質(zhì)區(qū)域，如土堤、土堆石壩等。選擇同一高程，且施工工藝、土堤結(jié)構(gòu)相同兩段堤壩，假設(shè)發(fā)生滲漏堤段高密度電法視電阻率反演結(jié)果為ρ(x,y)，其中x為反演水平位置；y為反演深度；未發(fā)生滲漏堤段高密度電法視電阻率反演結(jié)果為ρ′(x,y)。

首先，通過未滲漏堤段視電阻率反演結(jié)果ρ′(x,y)計(jì)算不同深度處平均視電阻率值ρ(h)，h為反演深度，N為某反演深度下所有測(cè)點(diǎn)個(gè)數(shù)：

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然后，使用滲漏堤段視電阻率反演結(jié)果ρ(x,y)與平均視電阻率值ρ(h)進(jìn)行差值，得出異常視電阻率剖面ρΔ(x,y)：

ρΔ(xi,yj)=ρ(xi,yj)-ρ(hj)

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3 工程概況

此次在湖北某堤防進(jìn)行滲漏檢測(cè)，樁號(hào)為9+280 m～9+380 m。該段堤內(nèi)坡腳出現(xiàn)散浸滲水現(xiàn)象，渠道水位高程39.5 m，散浸點(diǎn)沿高程39 m分布。為了查明堤壩的滲漏位置及通道，為防滲施工提供依據(jù)，急需進(jìn)行滲漏探測(cè)工作。

經(jīng)研究決定采用差值高密度電法進(jìn)行探測(cè)，儀器選用重慶地質(zhì)儀器廠高密度電法系統(tǒng)，供電電壓280 V。根據(jù)探測(cè)深度要求，結(jié)合土堤地形特征，共布置了2條測(cè)線。G1，G2測(cè)線位于背水面距堤頂斜距0.5 m，G1測(cè)線在不滲水堤段，剖面長(zhǎng)度118 m，電極距2 m；G2測(cè)線起點(diǎn)樁號(hào)9+240 m，終點(diǎn)樁號(hào)9+478 m包含滲漏堤段，剖面長(zhǎng)度238 m，電極距2 m，采用溫納裝置。通過兩段高密度電法成果對(duì)比分析主要滲水點(diǎn)的空間位置。測(cè)線布置示意圖見圖2。

4 數(shù)據(jù)處理

室內(nèi)處理解釋時(shí)首先對(duì)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)排列、突變點(diǎn)剔除、數(shù)據(jù)圓滑處理。再使用Res2dinv電法處理軟件進(jìn)行阻尼最小二乘法反演，反演結(jié)果如下：

G1剖面位于不滲水有防滲墻堤段背水面，視電阻率剖面整體上分層較明顯，高程35 m～38 m區(qū)域視電阻率基本大于30 Ω·m。

G1剖面高密度電法視電阻率反演成果圖見圖3。

按照式(2)計(jì)算各高程平均視電阻率ρ(h)，作為完好堤段視電阻率曲線，如圖4所示。

G2剖面位于有防滲墻滲水堤段背水面，高密度電法視電阻率反演成果如圖5所示，由于該堤段含水率較高，地層電阻率低，無法較好的分析出主要滲漏區(qū)域。

由于G1，G2基本位于同一高程，且施工工藝、土堤結(jié)構(gòu)相同，可以近似認(rèn)為兩測(cè)線不滲水高程相同區(qū)域視電阻率相同；通過G2剖面反演視電阻率值ρ(x,y)減去G1剖面平均視電阻率ρ(h)，可以突出G2剖面中視電阻率相對(duì)較低的區(qū)域。

如圖6所示，G2剖面樁號(hào)9+265 m～9+300 m、剖面樁號(hào)9+410 m～9+425 m，高程35 m～38 m，視電阻率值相對(duì)于G1剖面平均視電阻率值變低較明顯，編號(hào)為低阻異常-1、低阻異常-2，推測(cè)為河水滲向堤后導(dǎo)致其含水率增加與電阻率變低。

對(duì)兩個(gè)低阻異常區(qū)域進(jìn)行鉆孔驗(yàn)證，在高程35 m～38 m處巖芯破碎、有漏水現(xiàn)象，與差值高密度電法探測(cè)結(jié)果高度吻合，證明了該方法在堤壩滲漏探測(cè)中的有效性。

5 結(jié)語

針對(duì)堤壩含水率高、滲漏導(dǎo)致的低阻異常難以分辨的難題，提出一種插值高密度電法，通過滲漏堤段與完整堤段電阻率差值，突出滲漏異常，查明滲漏點(diǎn)的位置。通過湖北某堤防滲漏檢測(cè)實(shí)例，可以得出：1)高密度電法是一種有效的堤壩滲漏探測(cè)手段，可以查明堤壩滲漏位置。2)經(jīng)過差值處理后的高密度電法成果，增強(qiáng)了對(duì)低阻異常的分辨能力，提高了滲漏點(diǎn)位置的探測(cè)精度。