綜合物探技術在大壩滲漏探測中的試驗探究

黃建國

伴隨國內對于水庫大壩的重視而提高了建設的發展，而對于部分水庫大壩來講，對其開展病害的檢測和治理也非常的重要，但受制于現場的環境因素和滲漏的程度，常用的檢測方法存在一定的局限性，無法單獨的實現快速探測，在本文中，首先針對大壩的滲漏綜合物探技術進行了深入的分析，并以此為基礎提出一種科學合理的探測原則體系，再和工程的實際地質和水文地質進行綜合的分析，進而提出以大地電磁法與高密度電法先開展探測，然后使用高密度電法及微動法再次開展局部的探測，由此形成一種滲漏綜合物探的技術方案，而且在最終的試驗分析中顯示結果較為準確，且效果好。

一、大壩滲漏的綜合物探技術體系分析

當前所使用的對大壩滲漏常用的物探技術中，一部分效率高，一部低下，并且一部對參數的獲取為介質電阻率及介質橫波波速，因此不同的技術具有不同的特點，常用的物探技術分為以下幾類，電磁法類、電法類、地震法類、其他類。但是部分探測技術，有一部分探測深度淺，一部分是有損的探測技術，一部分探測時存在較多的受限條件，特別是面波法不合適時，導致沒有地震法大壩滲漏物探技術可用，因此，本文提出了一種物探檢測技術，即微動法。此方法是較為有效的方法之一，同時，運用新電磁法的物探技術，即大地電磁法，對大壩開展探測試驗。

二、現場試驗

1.試驗概況

本次研究選擇國內某一代表性的水庫大壩進行現場的試驗，此水庫為灌溉水庫，并且兼具防洪調蓄和發電折作用，大壩的類型為土石壩，上游和下游分別是土體和堆石體，壩軸線呈現弧形，壩頂的高程為236m，壩頂的長度則為240m，頂寬4m。該水庫建設于70年代，并在隨后的使用中出現過重大的險情，于大壩的右端出現五個塌洞，隨后對其進行了全面的加固處理，但還是存在漏水的情況，然后再運用防滲混凝土心墻進行處理，并做了帷幕灌漿，當蓄水到時233m時出現了新滲漏點。

2.綜合物探技術方案

根據本次研究的水庫基本情況制定綜合物探的技術方案，第一步決定運用大地電磁法對水庫大壩的整體進行探測，與此同時，利用高密度電法再次對水庫大壩進行探測，然后對比驗證不同方法的探測結果。經過初步的判斷滲漏重點位置后，利用高密度電法及微動法進行綜合物探，針對事先確定的重點位置開展局部的精細探測，然后結合不同物探方法進行探測結果，與工程的地質和水文進行綜合性的分析，最終判斷滲漏的性質和位置。

3.技術原理分析

（1）大地電磁法

此方法主要以天然電磁場為場源，然后對大地的電性結構進行研究的方法，以不同的頻率電磁波在進行測量，然后再經過數據處理得出大地電性的結構。

根據電磁的相關理論，將電磁場（E、H）在大地傳播，振幅的衰減從最初的值1/e時深度，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）會跟隨電阻率（ρ）及頻率（f）發生變化，測量主要和地下深度對應的頻帶進行。通常來講，頻率高的數據可以呈現淺部電性的特征，而頻率低則可呈現較深地層的特征。大壩的滲漏一般會致使大地的電性結構異常，例如視電阻率較低，可以將其當作滲流路徑的推斷依據。

（2）高密度電法

為保障實際的測量，本文則采取K剖面法處理技術處理高密度電法的相關數據，再和RES2DINV反演結果對比。K剖面法主要是把研究電阻率ρs的差異進行相應的轉換成為研究反射系數K差異，經處理后得出斷面視電阻率的剖面結果。

視反射系數K為：

三、試驗結果

1.整體探測結果

（1）大地電磁法結果

通過運用大地電磁法進行探測分析而得出以下結論：

①實際探測中的剖面上層介質，其視電阻率低，多以濕潤素填土層為主，而下層的視電阻率則顯示高，多以基巖層為主，并且水庫左壩基巖面高于右岸。②劃分異常基準則選取視電阻率值100 Ω·m等值線，在剖面劃分四個低阻異常。其中低阻異常一處在右壩，另外三處在左壩，滲漏點則牌左壩的下游，經過初步的分析推斷確定滲漏通道在左壩區。

（2）高密度電法結果

水庫大壩的整體探測運用高密度電法，并以RES2DINV軟件和K剖面法對數據進行處理，進而得出以下結論：①運用RES2DINV軟件和K剖面法進行處理探測的結果均顯示出，剖面的上層整體為低阻狀態，視電阻率約25-200 Ω·m，多以濕潤素填土層為主，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果基本相同，進一步表明K剖面法具有較高的可行性。②運用K剖面法進行處理的結果顯示出比RES2DINV結果有更大的探測深度由此表明K剖面法能夠有效地提升探測的深度。

（3）整體探測綜合結果

將上述兩種檢測方法的探測結果進行綜合分析得出如下結論：①依據實際物探的成果得出水庫大壩的滲漏出水口在水庫的左壩區，進而初步推斷滲漏通道位于左壩區，可能顯示為低阻異常。②通過與當前水庫的地質資料進行結合得知，水庫灌溉的發電洞充滿水，所以可將其排除滲漏通道。

2.局部探測結果

（1）高密度電法局部結果

水庫大壩局部探測的高密度電法處理結果，分別基于RES2DINV和K剖面法得出如下結論：

①運用RES2DINV軟件和K剖面法進行處理探測的結果均顯示出左側壩體，整體為低阻狀態，并且和上述大地電磁法及高密度電法進行的整體探測結果相同，且右側的基巖呈現外露，整體的電阻較高。②劃分異常基準則選取視電阻率值100Ω·m等值線劃分四個低阻異常，結果表明K剖面法可行性較高。③K剖面法進行處理的結果顯示出比RES2DINV有更大的探測深度由此表明K剖面法能夠有效地提升探測的深度。

（2）微動法局部結果

微動法進行試驗時利用兩條測線，根據實際探測的結果表明：①大壩的表層濕潤素填土層，其波速呈現較低，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通過與滲漏通道和周圍介質波速差進行結合分析，并選取劃分異常基準則選取視電阻率值800 Ω·m等值線，進一步確定了四個低阻異常。

（3）局部探測綜合結果

將上述兩種檢測方法的探測結果進行綜合分析得出如下結論：①微動法低速異常和高密度電法（RES2DINV）（K剖面法）吻合；②通過與當前水庫的地質資料進行結合得知，水庫的放空泄洪洞，所以可將其排除滲漏通道。

四、結語

通過上述整體和局部的探測分析，再和水庫大壩工程的地質和水文進行結合，最終推斷出水庫的左壩區存在2條滲漏優勢通道，并且滲漏多集中在左壩區，處于基巖內，進一步可推斷滲漏的通道基本為巖溶通道。最后通過鉆孔進行驗證，綜合探測的成果具有較高的準確度，符合工程的探測需求。