高密度電阻率法在探測(cè)某水庫(kù)大壩隱患中的應(yīng)用實(shí)踐

張恩厚

（華東冶金地質(zhì)勘查局物探隊(duì)， 安徽蕪湖 241004）

0 引言

20世紀(jì)50～70年代修筑的許多中小型水庫(kù)大壩為土質(zhì)大壩，修筑時(shí)經(jīng)過(guò)拋填、碾壓等方法構(gòu)筑成水庫(kù)大壩，鑒于當(dāng)時(shí)生產(chǎn)技術(shù)水平，許多壩體修筑還夾帶人力夯實(shí)，因此造成壩體壓填不均，局部地區(qū)形成薄弱地帶，在水壓長(zhǎng)期作用下，壩體內(nèi)毛細(xì)滲透逐漸增多，壩體內(nèi)薄弱地帶逐漸變成含水豐富的浸潤(rùn)體，年長(zhǎng)日久，在庫(kù)水不斷壓沖作用下，浸潤(rùn)體部位逐漸變得松軟，豐水期往往發(fā)生坍塌、管涌等現(xiàn)象，對(duì)大壩安全造成嚴(yán)重危害。浸潤(rùn)體含水越多，其電阻率越低，根據(jù)這種特征，利用物探方法對(duì)大壩進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)，對(duì)大壩內(nèi)含水豐富的松軟部位進(jìn)行探測(cè)定位，為后期鉆探注漿填實(shí)，清除不良隱患體提供依據(jù)。本文通過(guò)對(duì)某水庫(kù)大壩內(nèi)不良隱患體的物探工作，介紹高密度電阻率法探測(cè)技術(shù)方法，說(shuō)明使用這種方法在探測(cè)大壩內(nèi)不良隱患體的有效性。

1 大壩工程及水文地質(zhì)概況

某水庫(kù)大壩修建于五十年代末期，建在原有崗地、河槽及山間洼地上，壩基地層分為7層，自上而下分別為：①層，淤泥質(zhì)重粉質(zhì)壤土；②層，重、中粉質(zhì)壤土，粉質(zhì)粘土；③層，淤泥質(zhì)重粉質(zhì)壤土夾細(xì)砂，局部夾砂壤土；④層，重粉質(zhì)壤土，粉質(zhì)粘土；⑤層，重粉質(zhì)壤土夾中細(xì)砂，細(xì)砂，重粉質(zhì)壤土夾礫石，泥礫石夾砂礫石；⑥層，強(qiáng)—中風(fēng)化等閃長(zhǎng)玢巖；⑦層，強(qiáng)—中風(fēng)化灰?guī)r。大壩上部主要為土質(zhì)結(jié)構(gòu)，下部夾砂、礫石，基底為巖石，在修筑時(shí)，土、石經(jīng)過(guò)層層碾壓，構(gòu)筑成壩，有效攔截水體。

大壩壩頂高程33m，正常蓄水位29m。壩體為土質(zhì)結(jié)構(gòu)，隨著長(zhǎng)期水壓和庫(kù)水浸潤(rùn)作用下，壩體內(nèi)出現(xiàn)滲流，在壩坡前腳處出現(xiàn)滲水現(xiàn)象，尤其在豐水期，滲水更為明顯，對(duì)大壩的穩(wěn)固構(gòu)成威脅，為此需要通過(guò)物探方法確定壩體隱患部位。

2 地球物理概況

高密度電阻率法是垂向直流測(cè)深和電測(cè)剖面探測(cè)相結(jié)合的一種方法。垂向直流測(cè)深是以測(cè)點(diǎn)為中心，逐漸改變供電和接受極距，在垂向方向上測(cè)量視電阻率。電測(cè)剖面探測(cè)是供電和接受極距不變，在水平方向上逐點(diǎn)測(cè)量視電阻率。壤土電阻率一般在10～30Ω·m，含水量越高，電阻率越低，當(dāng)壤土中夾雜礫石時(shí)，其電阻率相應(yīng)增高，一般大于30Ω·m。因此當(dāng)大壩中出現(xiàn)含水豐富的浸潤(rùn)體時(shí)，其電阻率很低，通常小于10Ω·m，形成明顯低阻異常。大壩電阻率隨含水量變化而變特征，為使用高密度電阻率法探測(cè)大壩中含水豐富的浸潤(rùn)體提供物理前提，進(jìn)而根據(jù)物探異常圈定壩體隱患部位。

3 高密度電阻率法探測(cè)技術(shù)

根據(jù)水庫(kù)歷史資料，水庫(kù)滲水區(qū)域都集中于大壩中間區(qū)段，即圖1中測(cè)線布置區(qū)段，因此在壩頂、背水坡、坡腳分別布置L1、L2、L3三條平行測(cè)線，每條測(cè)線長(zhǎng)300m，平行于大壩走向（圖1），測(cè)線100m處大壩橫斷面圖見(jiàn)圖2，L3剖面高程32.4m，L2剖面高程27.4m，L1剖面高程21.2m。

圖1 測(cè)線布置圖及推測(cè)隱患區(qū)分布圖Figure 1.Survey line layout and inferred distribution of hidden troubles

高密度電阻率探測(cè)系統(tǒng)通過(guò)控制系統(tǒng)采集測(cè)量電極之間的電壓和電流，系統(tǒng)計(jì)算視電阻率，經(jīng)過(guò)反演處理，形成電阻率反演斷面圖。使用儀器為重慶地質(zhì)儀器廠生產(chǎn)的DUK-2A高密度電法系統(tǒng)，一次布置60根電極，采用施倫貝爾測(cè)深法采集數(shù)據(jù)，最大隔離層數(shù)為16,其中L3剖面相鄰電極間距為2m，L1、L2剖面相鄰電極間距為3m。為保證采集數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，穩(wěn)定，進(jìn)行了儀器系統(tǒng)檢查和接地電阻測(cè)量，正確無(wú)誤后，開(kāi)展數(shù)據(jù)采集，對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行編輯，剔除畸變數(shù)據(jù)，最后通過(guò)軟件進(jìn)行迭代反演，生成電阻率反演斷面圖，依據(jù)反演斷面圖推斷解釋。

圖3 L1、L2、L3剖面ρs反演斷面圖Figure 3.ρs inversion sections of L1,L2 and L3 profiles

圖2 水庫(kù)大壩橫斷面圖Figure 2.Cross-section of the reservoir dam

4 成果資料分析推斷解釋

對(duì)L1、L2、L3三條剖面ρs異常分別進(jìn)行反演，形成電阻率異常反演斷面圖，見(jiàn)圖3。從位于壩頂L3剖面ρs反演斷面圖看出，壩頂高程32.5m至高程29m之間3.5m范圍內(nèi)，該區(qū)間壩體表現(xiàn)為相對(duì)高電阻率異常區(qū)，這是由于該段處于壩體上部，處于庫(kù)區(qū)水面高程之上，很少受水庫(kù)水的浸潤(rùn)，所以該段壩體呈高電阻率異常區(qū)。高程29m至高程22m之間7m范圍內(nèi)，該區(qū)間壩體表現(xiàn)為相對(duì)低電阻率異常區(qū)，其中在高程25m處附近壩體電阻率異常值最低，推測(cè)該段壩體為人工填埋的土質(zhì)體，土質(zhì)主要為壤土，受到水庫(kù)水的長(zhǎng)期浸潤(rùn)作用，所以該段壩體呈低電阻率異常區(qū)。在高程22m以下為大壩下部，表現(xiàn)為相對(duì)高電阻率異常區(qū)，這是由于該段壩體中含礫石較多或?yàn)榛鶐r巖石，因此表現(xiàn)為高阻異常。L2、L1剖面電阻率異常分布特征和L3剖面相似，總體上，大壩上部為壤土，加之庫(kù)水長(zhǎng)期浸潤(rùn)，因此在大壩上部表現(xiàn)為低阻異常，大壩下部由于含礫石較多或?yàn)榛讕r石，因此大壩下部表現(xiàn)為高阻異常。

在L1、L2、L3三條剖面0m～65m區(qū)段上，壩體下部總體表現(xiàn)為高阻異常區(qū)，該段壩體中填石較多，因而造成高阻異常，每條剖面中高阻異常中出現(xiàn)明顯縱向低阻異常區(qū)，低阻異常區(qū)分別為：在L3剖上以16Ω·m圈定的低阻異常區(qū)位于34.5m～40.2m區(qū)段上，其頂部高程為22.7m，低阻異常沒(méi)有閉合，向地下繼續(xù)延伸；在L2剖上以12Ω·m圈定的低阻異常區(qū)位于31.6m～39.3m區(qū)段上，低阻異常閉合，其上下頂端高程分別為21.8m、12.9m；在L1剖上以4Ω·m圈定的低阻異常區(qū)位于35.8m～44.9m區(qū)段上，低阻異常閉合，其上下端高程分別為19.7m、10m，三個(gè)低阻異常夾于高阻異常中，在縱方向上呈狹長(zhǎng)帶狀，異常形態(tài)相似，異常值很低，三者投影到平面圖上連接構(gòu)成一條低阻異常帶，見(jiàn)圖1，推測(cè)低阻異常帶為壩體中被水充分浸潤(rùn)形成的滲漏通道，是壩坡前腳處滲水主要原因，為大壩隱患區(qū)域。

5 結(jié)論

土質(zhì)水壩長(zhǎng)期受到庫(kù)水浸潤(rùn)，在薄弱區(qū)段形成含水豐富的浸潤(rùn)體，容易發(fā)生滲漏、管涌現(xiàn)象，嚴(yán)重影響水庫(kù)大壩安全，構(gòu)成大壩主要隱患。含水豐富的浸潤(rùn)體含水量高，其電阻率比周圍壩體電阻率低很多，形成明顯的低阻異常，根據(jù)大壩低阻異常分布特征，可以推測(cè)滲漏通道位置。利用大壩中浸潤(rùn)體含水量越多，其電阻率越低特征，可以使用高密度電阻率法探測(cè)大壩中低阻異常區(qū)段，高密度電阻率法具有垂向直流測(cè)深和電測(cè)剖面探測(cè)相結(jié)合優(yōu)點(diǎn)，采集數(shù)據(jù)快，探測(cè)精度高，反演速度快，及時(shí)顯示反演圖像，現(xiàn)場(chǎng)確定低阻異常區(qū)，利用多條測(cè)線探測(cè)，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)情況，勾繪低阻異常帶，推測(cè)壩體易滲漏區(qū)，確定了大壩隱患區(qū)域，為后期大壩注漿治理隱患區(qū)提供依據(jù)。