高密度電法在花崗巖區小型水庫除險加固工程中的應用

申國磊，王海建

水發規劃設計有限公司，山東濟南，250000

0 引言

滲漏問題作為常見的水庫病險類型，不僅影響水庫效益發揮，而且給大壩安全也帶來影響，分析滲漏問題產生的原因、查明滲漏范圍，對于病險水庫除險加固工程勘察是一項重要工作，工程物探方法相比鉆探方法具有高效、無損等優點，在水庫滲漏勘察中應用越來越廣泛。本文以花崗巖區某水庫為例，介紹高密度電法在水庫滲漏勘察中的應用，并與鉆探資料、現場滲漏情況相對比，驗證了高密度電法探測水庫大壩滲漏范圍的有效性。

工程區位于昆崳山保護區，屬于魯東丘陵區，大部分區域基巖出露，地層巖性主要為新元古代昆崳山單元二長花崗巖，沿溝谷處分布有第四系松散堆積物，溝谷上游及邊緣部位分布洪坡積層，谷底部及河床分布沖洪積層，巖性多為壤土、粗礫砂及碎石土等，地下水類型主要為第四系松散堆積物孔隙潛水和基巖裂隙水。

1 高密度電法

1.1 方法技術原理

高密度電阻率法和普通電阻率法原理一樣，以地質體成分、含水率、結構等因素的電學物理性質差別為基準，通過觀測和研究巖土體電性差異或電場變化，以解決某些地質問題。它集中了電剖面法和電測深法的優點，野外探測時只需將所有電極（幾十至上百根）放在測點上，其次使用程控電極變換控制器和微機工程電測儀完成各種數據的高效收集，當將測量結果送入微機后，還可對收集的數據加以加工并得出多種類型的分級剖面圖，進而綜合分析異常體的位置和規模[1]，如圖1。

1.2 儀器設備及技術參數

本次高密度電法野外資料采集采用WGMD-9超級高密度電法儀，采用三極裝置和溫施裝置相結合，最大供電電壓400V，最大供電極距L=40m，固定MN=1m，測量層數20層[2]。

1.3 數據處理

高密度電法數據處理采用surfer軟件，處理流程：突變點的剔除→數據平均光滑→繪制視電阻率斷面推斷地質斷面示意圖，如圖2。

2 物探工作布置

根據工作目的及任務要求，平行于壩體方向進行高密度電法測線布置，共布置測線三條，測點間距為1米，測線布置圖見圖3，工作區照片見圖4。

3 成果解釋

3.1 大壩滲漏點的推斷原則

根據大壩的工程地質特征，結合大壩巖性的電性特征，大壩的滲漏位置壩體疏松、有裂隙或者壩體結構不完整等被水充填，電阻率應呈低電阻率特征，等值線向低電阻率方向同向彎曲或閉合[3]。

3.2 高密度電阻率剖面的推斷解釋

根據現場物探工作布置及數據采集分析得到L1、L2、L3高密度電阻率ρs剖面圖，見圖5、6、7。

從L1高密度電阻率ρs剖面圖（見圖5）上可以看出，在L1剖面區間內，兩端電阻率較高，最高達到800Ω·m以上，結合工區地質及巖性電性特征推斷為強風化和中風化二長花崗巖。剖面對應樁號54~84米區間內，視電阻率等值線較平穩層狀分布，大致在200~400Ω·m范圍內等值線由淺至深均勻升高，推斷為壩體壤土心墻和壩殼礫砂電阻率反應，電阻率等值線同向彎曲不明顯，推斷該段大壩壩體相對完整，無滲漏。從L1高密度電阻率ρs剖面圖上可以看出，在L1剖面對應樁號34m、48m、92m、110m、128m位置，均存在等值線向低電阻方向同向彎曲反應，等值線起伏較大，多呈U型或V型分布，根據大壩滲漏點的推斷原則，推斷該5處低電阻率異常位置為滲漏靶區。

從L2高密度電阻率ρs剖面圖（見圖6）上可以看出，L2剖面區間內，剖面兩端電阻率較高，最高達到800Ω·m以上，結合工區地質及巖性電性特征推斷為強風化和中風化二長花崗巖。剖面對應樁號64~80米區間內，視電阻率等值線較平穩層狀分布，大致在200~400Ω·m范圍內等值線由淺至深均勻升高，推斷為壩體壤土心墻和壩殼礫砂電阻率反應，電阻率等值線同向彎曲不明顯，推斷該段大壩壩體相對完整，無滲漏。從L2高密度電阻率ρs剖面圖上可以看出，在L2剖面對應樁號10m、36m、60m、106m、128m位置，均存在等值線向低電阻方向同向彎曲反應，等值線起伏較大，多呈U型或V型分布，根據大壩滲漏點的推斷原則，推斷該5處低電阻率異常位置為滲漏靶區[4]。

綜合L1和L2高密度電阻率ρs剖面圖的低電阻率異常特征可以看出，L2-2異常與L1-1和L1-2異常形態和深度反應基本一致，且水平位置接近；L2-4與L1-3和L1-4異常形態和深度反應基本一致，且水平位置接近；L2-5與L1-5異常形態和深度反應基本一致，且水平位置接近；因此推斷三處位置為大壩滲漏點的主要位置。

為進一步驗證水庫滲透點滲透的大致方向，在壩腰位置布設L3高密度電阻率ρs剖面。通過L3高密度電阻率ρs剖面圖（見圖7）可以看出，在L3剖面對應樁號94m、110m、126m、140m位置，電阻率等值線向低電阻率方向同向彎曲并閉合，與L1、L2剖面異常位置和形態對應較好，推斷為大壩滲漏通過位置，如圖8所示。

根據鉆探資料，高密度電阻率異常區基本位于壩體與壩基接觸部位，該部位巖體破碎，透水性較大。通過高密度電阻率異常區與鉆探資料及現場滲漏部位對比分析，高密度電法異常區與現場鉆探及現場滲漏部位對應性較好[5]。

4 結語

滲漏問題作為常見的水庫病險類型，不僅影響水庫效益發揮，而且給大壩安全也帶來影響，分析滲漏問題產生的原因、查明滲漏范圍對于病險水庫除險加固工程勘察是一項重要工作，工程物探方法相比鉆探方法具有高效、無損等優點，在水庫滲漏勘察中應用越來越廣泛。高密度電法相比傳統的電阻率法，其具有高效率、低成本、解釋方便、信息豐富等優點，可以對水庫大壩及壩基地質結構進行形象刻畫，本文通過工程實例，驗證了高密度電法異常區與現場鉆探及現場滲漏部位對應性較好，說明了高密度電法勘探是進行水庫大壩滲漏范圍無損探測行之有效的方法。