高密度電法在土石壩壩肩滲漏檢測(cè)中的應(yīng)用探討

張偉

摘 要 目前，我國的經(jīng)濟(jì)在快速的發(fā)展，社會(huì)在不斷進(jìn)步，滲漏是土石壩主要病害之一，其中，壩肩滲漏是一種常見而特殊的滲漏形式，滲漏路徑復(fù)雜，來水原因難以判斷，可能為繞壩滲漏、壩體滲漏，也可能為壩肩側(cè)山體滲水。高密度電法對(duì)壩體低阻異常具有較高的敏感性，采用高密度電法對(duì)南京某水庫土壩壩肩的滲漏問題進(jìn)行試驗(yàn)研究，采用網(wǎng)格化布置測(cè)線，克服了壩肩場(chǎng)地狹小難以布設(shè)電極的缺點(diǎn)，探明了壩肩滲漏通道的位置走向。通過分析探測(cè)視電阻率值的相對(duì)變化和等值線的形態(tài)，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)檢查和鉆孔的結(jié)果，分析得出了壩肩滲漏的原因，證明高密度電法在大壩壩肩滲漏檢測(cè)中是有效的。

關(guān)鍵詞 壩肩滲漏;探測(cè);高密度電法;測(cè)線布置;土石壩

引言

大壩主體工程的穩(wěn)定不僅僅依賴于大壩自身重量在壩基面處產(chǎn)生的抗滑力，大壩兩側(cè)壩肩與巖體的緊密接觸對(duì)大壩橫向力的傳導(dǎo)及縱向的穩(wěn)定也起著至關(guān)重要的作用。

1 高密度電法的基本原理

高密度電阻率法是根據(jù)水文、工程和環(huán)境地質(zhì)調(diào)查的實(shí)際需要開發(fā)的一種電阻率觀測(cè)系統(tǒng)。與常規(guī)電阻率法相比，高密度電阻率法在野外信息采集過程中可以形成多種儀器，采集的信息量大，數(shù)據(jù)觀測(cè)精度高，在電不均勻性檢測(cè)中取得了良好的地質(zhì)效果。在現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量中，只需在一定的間隔內(nèi)設(shè)置所有電極，測(cè)點(diǎn)的密度遠(yuǎn)高于常規(guī)電阻率法，一般為1～10米，然后用多芯電纜將其連接到可編程多通道電極更換開關(guān)上。電極轉(zhuǎn)換開關(guān)是由單片機(jī)控制的自動(dòng)電極轉(zhuǎn)換裝置?？筛鶕?jù)需要自動(dòng)轉(zhuǎn)換電極裝置的形式、極距和測(cè)點(diǎn)。測(cè)量信號(hào)通過電極轉(zhuǎn)換開關(guān)送入微機(jī)工程機(jī)電測(cè)量?jī)x，測(cè)量結(jié)果一次存儲(chǔ)在隨機(jī)存儲(chǔ)器中。原始數(shù)據(jù)可以通過將數(shù)據(jù)回放到計(jì)算機(jī)中，根據(jù)給定的程序進(jìn)行處理[1]。

2 試驗(yàn)研究

某水庫是一座以防洪為主、綜合利用的中型水庫，大壩為均質(zhì)土壩，壩長776.0m，壩頂高程29.00m，最大壩高20.2m，迎水面為混凝土護(hù)坡，背水面為草坡護(hù)坡，在高程16.20m、22.50m處分別設(shè)2.0m寬平臺(tái)，高程16.20m以下設(shè)高2.0m反濾排水棱體。水庫右壩肩壩后坡面曾存在較嚴(yán)重的滲漏問題，2009年進(jìn)行了除險(xiǎn)加固工程，對(duì)右岸壩肩做了防滲帷幕灌漿處理，灌漿范圍為K0+000～K0+042，K0+042處灌漿底高程-12.78m，K0+000處灌漿底高程13.0m。灌漿孔孔距為1.5m。灌漿后右壩肩滲漏問題有所緩解，但并未根除。本次試驗(yàn)旨在通過高密度電法結(jié)合勘探的方法，對(duì)右壩肩滲漏原因進(jìn)行探測(cè)研究，查明來水源頭和滲流路徑。根據(jù)地質(zhì)勘查資料，右壩肩范圍內(nèi)的壩體從上至下主要為：（1-1）粉質(zhì)黏土，黃褐色，土質(zhì)均勻，弱透水，層厚約2.5～9.5m;（1-2）粉質(zhì)黏土，灰褐色，土質(zhì)均勻，弱透水，層厚約0～10.0m;（2-1）粉質(zhì)黏土，灰色～灰褐色，土質(zhì)較均勻，微透水，局部弱透水，層厚約0～6.0m;（3-1）含礫粉質(zhì)黏土，土質(zhì)不均勻，弱透水，層厚約0～5.0m;（6-1）強(qiáng)風(fēng)化硅質(zhì)巖層，主要分布于右壩肩部位，埋藏比較淺，原巖風(fēng)化比較嚴(yán)重，頂板埋深0.7～31.0m，最大可見層厚14.5m，滲透系數(shù)大，透水性比較強(qiáng);（6-2）中風(fēng)化硅質(zhì)巖層，主要分布于壩肩，最大可見層厚5.5m。

2.1 工作布置

大壩背水坡在樁號(hào)K0+049、K0+072附近存在散浸、滲水現(xiàn)象，其中K0+049（滲漏Ⅰ區(qū)）所處高程約23.0m，該處壩面存在散浸現(xiàn)象，K0+072（滲漏Ⅱ區(qū)）范圍約3.8m×2.5m，區(qū)域頂部高程為20.45m，底部高程為18.99m，該處壩面明顯滲水。為查明滲漏產(chǎn)生的原因和滲漏通道走向，采用高密度電阻率法對(duì)大壩右壩肩進(jìn)行探測(cè)試驗(yàn)，在右壩肩共布置4條測(cè)線，成縱橫網(wǎng)狀分布。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，溫納裝置在水平和垂直分辨率較為均衡，探測(cè)效果較好，本次試驗(yàn)選擇溫納裝置。采用RES2DINV反演軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，反演方法采用標(biāo)準(zhǔn)高斯牛頓最小二乘法，對(duì)最小二乘法的模型修改矢量進(jìn)行圓滑約束，并減小數(shù)據(jù)噪聲敏感性，以提高視電阻率的計(jì)算精度，得出右壩肩視電阻率分布的二維剖面圖。

2.2 反演結(jié)果分析

巖土體的電阻率與其本身的材料屬性和含水率等因素有關(guān)，當(dāng)壩體存在滲漏時(shí)，滲漏區(qū)域的電阻率會(huì)明顯下降，呈現(xiàn)為低阻異常區(qū)，這是探測(cè)壩體滲漏的主要依據(jù)。視電阻率色譜圖橫軸為樁號(hào)，縱軸為高程。由反演視電阻率剖面可看出，探測(cè)范圍內(nèi)壩體整體的視電阻率呈層狀分布，壩體和壩基的分界面較為明顯，視電阻率值在5～130Ω·m之間，壩基整體視電阻率值高于壩體，分布均勻;壩體整體視電阻率值略低，分布較均勻，浸潤線下含水層表現(xiàn)為相對(duì)低阻，符合均質(zhì)土壩各層視電阻率分布的規(guī)律特征。為進(jìn)一步了解滲漏相對(duì)嚴(yán)重的Ⅱ區(qū)的情況，在滲漏Ⅱ區(qū)上部壩坡布置了2號(hào)測(cè)線。在K0+067～K0+084段、高程11.0～20.0m范圍內(nèi)，存在明顯的低阻異常閉合圈，視電阻率值小于8Ω·m，也即滲漏Ⅱ區(qū)的影響范圍。在起點(diǎn)至K0+053段也為低阻異常區(qū)，因測(cè)線起點(diǎn)緊靠山體，說明靠近山體的壩段含水率高。山體與滲漏Ⅱ區(qū)之間存在較明顯的低阻聯(lián)系帶。3號(hào)測(cè)線為垂直壩軸線的橫向測(cè)線，布置在K0+039處，位于壩體與山體的結(jié)合部位。高程19.5m以上的部分視電阻率值較低，該區(qū)域壩體含水率高，說明壩體和山體結(jié)合部位的巖土體中含水豐富。這與1號(hào)、2號(hào)測(cè)線得出的靠近山體的部位含水率高是一致的。4號(hào)測(cè)線與3號(hào)測(cè)線平行，在樁號(hào)K0+072處，穿過滲漏Ⅱ區(qū)。由圖8可看出，滲漏Ⅱ區(qū)下方存在明顯的低阻閉合圈，且其上游側(cè)壩體無異常低阻，即無滲流通道[2]。

3 結(jié)束語

綜合分析高密度電法反演視電阻率剖面圖和現(xiàn)場(chǎng)查勘情況，本次探測(cè)較好揭示了壩體各層介質(zhì)視電阻率的分布情況，符合土壩在深度方向的變化規(guī)律，準(zhǔn)確檢測(cè)到了已知滲漏區(qū)的水平位置，驗(yàn)證了高密度電法在土壩滲漏探測(cè)中的可行性。①對(duì)該水庫大壩滲漏的探測(cè)試驗(yàn)，體現(xiàn)了高密度電法在大壩壩肩滲漏探測(cè)中的優(yōu)勢(shì)，具有效率高、可靠性好、對(duì)滲漏低阻的敏感性高、結(jié)果呈現(xiàn)直觀性好的優(yōu)點(diǎn)。②采用網(wǎng)格化測(cè)線布置的方式，克服了壩肩場(chǎng)地窄小難以布設(shè)電極的缺點(diǎn)，成功探測(cè)到了大壩右壩肩的滲漏通道。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)查勘和鉆孔勘探，排除了繞壩滲漏的可能，查明了右壩肩滲漏來水的原因，為后期防滲處理提供了可靠的依據(jù)。

參考文獻(xiàn)

[1] 中華人民共和國水利部，中華人民共和國國家統(tǒng)計(jì)局.第一次全國水利普查公報(bào)[M].北京：中國水利水電出版社，2013：202.

[2] 吳廣平.天開水庫滲漏分析研究[D].北京：清華大學(xué)，2015.