物探技術(shù)在大壩隱患探測(cè)中應(yīng)用實(shí)例分析

楊甫權(quán)，白廣明

(黑龍江省水利科學(xué)研究院，哈爾濱 150080)

物探技術(shù)在大壩隱患探測(cè)中應(yīng)用實(shí)例分析

楊甫權(quán)，白廣明

(黑龍江省水利科學(xué)研究院，哈爾濱 150080)

為了檢查大壩內(nèi)部質(zhì)量情況，探明大壩壩體可能存在隱患，可用流場(chǎng)法查明壩前是否存在滲漏集中入口，同時(shí)綜合利用另外3種物探方法可以實(shí)現(xiàn)從壩體淺部到深部的詳細(xì)勘探，實(shí)現(xiàn)多種物探方法的成果可以相互驗(yàn)證，保證探查結(jié)果的正確性。

物探技術(shù);隱患;電阻率;反射波;瞬變電磁法

1 工程概況

哈爾濱市磨盤山水庫(kù)供水工程由水庫(kù)、輸水管線、凈水廠和市區(qū)配水管網(wǎng)四部分組成。水庫(kù)位于黑龍江省五常市沙河子鎮(zhèn)境內(nèi)的拉林河上游，是一座以為哈爾濱市供水為主，結(jié)合防洪、灌溉等綜合利用的大型水利樞紐工程。主要建筑物由擋水建筑物、泄水建筑物、引水建筑物等組成。工程2003-04開始建設(shè)，2004-09截流，2005-09下閘蓄水。

水庫(kù)的壩址位于沙河子鄉(xiāng)沈家營(yíng)村以東1.5 km處，攔河壩為黏土心墻土石壩，壩頂長(zhǎng)度為406 m，最低建基面為274.6 m，最大壩高為49.9 m，平均壩高31.91 m。壩頂寬8.0 m，壩頂高程為324.50 m。壩頂設(shè)鋼筋混凝土防浪墻，墻頂高程為325.70m，墻底高程為322.50m，與黏土心墻頂相接，壩頂設(shè)瀝青混凝土路面，厚6 cm。黏土心墻頂高程為322.50 m，寬3.0 m，心墻坡比1∶0.25，河床段心墻底高程為284.00 m，下接混凝土防滲墻，混凝土防滲墻插入心墻4 m。黏土心墻上游設(shè)一層砂礫石反濾，厚3 m。下游設(shè)中粗紗、砂礫石反濾各一層，每層厚度均為1.5 m。壩殼料為砂礫石。

因大壩在樁號(hào)0+255分別于2009-07-01和2010-06-06出現(xiàn)兩次塌陷，2010-09-06在導(dǎo)流灌溉洞出口至下游護(hù)坡的回水處水面出現(xiàn)渾水現(xiàn)象，并發(fā)現(xiàn)下游護(hù)坡底部有滲水點(diǎn)。為了檢查大壩內(nèi)部質(zhì)量情況，探明大壩壩體可能存在隱患，故進(jìn)行本次物探檢測(cè)工作。

2 工程地質(zhì)條件

壩址區(qū)河谷呈不對(duì)稱“U”字型，河床寬50 m～60 m，河床兩側(cè)發(fā)育有10 m～20 m寬的狹長(zhǎng)型河漫灘，灘面稍有起伏，地面高程為280m～282m，高出河床2 m～3 m，右岸山坡坡度45°～60°，山腳與河漫灘相連，左岸為山前傾斜臺(tái)地，地面坡度約為10°～15°，前緣與河漫灘相連，臺(tái)地寬度＞200 m。

該地區(qū)主要由第四系和侵入巖組成，見(jiàn)圖1。壩基可劃分為河谷區(qū)和左岸斜坡區(qū)兩部分。河谷區(qū)表層上部為含細(xì)粒土細(xì)砂，厚2.0 m～3.2 m;下部為混合土卵石，而且混合土卵石層較密實(shí)，其間無(wú)軟弱夾層，透水性強(qiáng)，滲透系數(shù)一般在20m/d以上。左岸斜坡區(qū)由上部的碎石混合土和下部的混合土卵石組成，上部碎石混合土層密實(shí)，且無(wú)軟弱夾層，屬弱透水，滲透系數(shù)在1×10-4cm/s左右，下部的混合土卵石同上部情況相同。壩基基底由花崗巖組成。

圖1 壩軸線工程地質(zhì)剖面圖

右壩肩巖體直接裸露，為花崗巖，山坡較陡，約45°～60°，在壩軸線上下游各發(fā)育有一條斷層破碎帶，寬度分別為1.3 m和1.7 m，其走向?yàn)?50°～352°，它們與壩軸線夾角為25°～27°，與山體走向近于垂直，故不會(huì)影響壩肩穩(wěn)定;右壩肩節(jié)理發(fā)育，其中最發(fā)育的一組傾向?yàn)?0°～82°，傾角80°～88°，其產(chǎn)狀對(duì)壩肩穩(wěn)定無(wú)不利影響，另一組節(jié)理傾向?yàn)?50°～155°，接近于山坡傾向，但其傾角較高為60°～70°，不至產(chǎn)生順坡滑動(dòng)。山體表層巖石為弱風(fēng)化，工程地質(zhì)條件較好。

左壩肩處在左岸斜坡區(qū)的上部，坡度較緩，覆蓋層較厚，上部為碎石混合土，厚度為41.40 m左右，密實(shí)，無(wú)軟弱夾層，穩(wěn)定條件較好。

3 物探檢測(cè)工作實(shí)施及成果

3.1 測(cè)試方法選擇

本次檢測(cè)采用4種物探方法對(duì)堤壩實(shí)施了測(cè)試。4種物探方法分別是流場(chǎng)法、高密度電阻率法、瞬變電磁法和地震映像法。

4種物探方法特點(diǎn)簡(jiǎn)介如下：

1)流場(chǎng)法：通過(guò)對(duì)壩前水域探測(cè)區(qū)場(chǎng)強(qiáng)測(cè)試結(jié)果平面圖分析，如果場(chǎng)強(qiáng)分布均勻，場(chǎng)強(qiáng)幅值在正常值范圍，則測(cè)試范圍內(nèi)無(wú)集中入滲區(qū)。如幅值在異常范圍，那么異常區(qū)域即為探測(cè)到的管涌滲漏的入水部位。如果異常幅值高，范圍較小，一般是管涌的特征。異常幅值高，范圍大，則是集中滲漏的特征。異常幅值低，一般是散浸的特征，特別大面積幅值介于正常與異常場(chǎng)的區(qū)域基本是由于散浸所引起的。

2)高密度電阻率方法：壩體均勻時(shí)，壩體淺層表面干燥密實(shí)，下部含水率隨深度變化而增加，視電阻率等值線將呈層狀分布。當(dāng)壩體內(nèi)存在不均勻土體、裂縫、滲漏通道等隱患時(shí)，則視電阻率等值線梯度變化大，成層性差，將出現(xiàn)高阻或低阻異常閉合圈。由此，可由視電阻率等值線的變化情況及曲線形態(tài)，結(jié)合地質(zhì)情況及壩體結(jié)構(gòu)特征，推斷隱患的性質(zhì)、產(chǎn)狀和埋深等情況。該方法適用于堤壩裂縫、洞穴、松軟層、高含砂層以及其他土質(zhì)不均等隱患的詳查。

3)瞬變電磁方法：壩體均勻時(shí)，電磁波隨著測(cè)試深度呈有規(guī)律的指數(shù)衰減趨勢(shì)，電阻率等值線呈層狀分布。當(dāng)壩體不均勻時(shí)，其內(nèi)存在不密實(shí)土體、裂縫、空洞等隱患時(shí)，電磁波能量衰減增大，干擾加強(qiáng)，導(dǎo)電性能明顯減弱，電阻率增大，當(dāng)其中充滿水后，導(dǎo)電性增加強(qiáng)，電阻率減小，將表現(xiàn)為局部的低電位高阻異常或高電位低阻異常。該方法適用于堤壩裂縫、洞穴、松軟層、高含砂層以及其他土質(zhì)不均等隱患中深部的詳查。

4)地震映像法：主要利用了波的運(yùn)動(dòng)學(xué)特征，要求隱患與其周圍介質(zhì)之間有明顯的波速、波阻抗差異和性質(zhì)穩(wěn)定，并且隱患埋深應(yīng)在該方法探測(cè)深度范圍內(nèi)，其厚度或規(guī)模要大于有效波長(zhǎng)的1/4。該方法常用于探測(cè)松軟層、洞穴、高含砂層、護(hù)坡、閘室底板脫空以及堤身、堤基加固效果評(píng)價(jià)等。

3.2 測(cè)試原理

3.2.1 流場(chǎng)法探查原理

流場(chǎng)法堤壩管涌滲漏探測(cè)儀是利用在堤壩前水域和堤壩滲漏出水點(diǎn)架設(shè)的電極建立的特殊電流場(chǎng)去擬合滲漏水流場(chǎng)的“流場(chǎng)法”原理實(shí)現(xiàn)快速查明堤壩滲漏或管涌進(jìn)水口位置的，與其他物探方法相比，該方法不是探查堤壩滲漏路徑，它可以探查到滲漏路徑前端在堤壩前水域內(nèi)的位置，為大壩或堤防除險(xiǎn)加固，滲漏入口封堵提供依據(jù)。該方法避開了其它物探方法探查深度越大分辨率越差的弊端，是目前為止國(guó)際上唯一能夠?qū)嶋H應(yīng)用，快速、準(zhǔn)確探測(cè)堤壩滲漏或管涌進(jìn)水部位的方法。

探測(cè)時(shí)首先對(duì)欲測(cè)試水域用發(fā)射機(jī)建立電場(chǎng)，然后使用接收機(jī)連接的探頭在該水域進(jìn)行探測(cè)，在正常沒(méi)有管涌滲漏的情況下，接收機(jī)面板上滲漏指示表中有一定(一般數(shù)值較小)的數(shù)值顯示，該數(shù)值反映了該區(qū)域正常情況下電場(chǎng)的電流密度分布特征，稱之為正常值，對(duì)于不同的水域，其正常場(chǎng)的電流密度分布特征有所不同。

如果堤壩存在管涌滲漏，就會(huì)使?jié)B漏入口附近水域電流密度的分布特征發(fā)生改變，在正常值基礎(chǔ)上局部區(qū)域出現(xiàn)高值反映，該高值稱之為異常值，其幅值的大小與分布范圍與管涌滲漏點(diǎn)的分布情況有密切的關(guān)系。

測(cè)試后將各測(cè)線測(cè)量結(jié)果值匯總，可以得到如圖2樣式的測(cè)值平面圖。正常值分布表現(xiàn)在圖面上為低值區(qū)域，一般來(lái)說(shuō)其值變化范圍也比較小，曲線比較緩。異常值則具有突變的特點(diǎn)，跳躍比較大，幅值高。

圖2 場(chǎng)強(qiáng)測(cè)試結(jié)果平面圖樣式

平面圖正常分布應(yīng)是大范圍幅值小，等值稀的區(qū)域。如果測(cè)試區(qū)域存在滲漏入口，則滲漏入口附近水域會(huì)出現(xiàn)等值線密，幅值高的異常分布區(qū)域。

3.2.2 高密度視電阻率法勘探原理

電法勘探是以巖、礦石的導(dǎo)電性為基礎(chǔ)，通過(guò)觀測(cè)分析電場(chǎng)分布變化規(guī)律來(lái)解決地質(zhì)問(wèn)題的一種地球物理勘探方法。高密度電阻率法和常規(guī)電阻率法一樣，它通過(guò)A、B電極向地下供入電流I，然后在M、N極間測(cè)量電位差ΔU，測(cè)試原理見(jiàn)下圖，該記錄點(diǎn)的視電阻率值用下式計(jì)算。

式中：K為裝置系數(shù)。

根據(jù)實(shí)測(cè)的視電阻率剖面，進(jìn)行計(jì)算、處理、分析，便可獲得地層中的電阻率分布情況，從而可以劃分地層、圈閉異常、確定裂隙帶等特點(diǎn)。高密度電阻率法集測(cè)深和剖面法于一體的一種多裝置、多極距的組合方法，它具有一次布極即可進(jìn)行多裝置數(shù)據(jù)采集以及通過(guò)求取比值參數(shù)而能突出異常信息的特點(diǎn)。

圖3 半空間局部不均勻體產(chǎn)生視電阻率異常示意圖

本次探測(cè)所采用的是高密度電阻率法，高密度電阻率法實(shí)際上是一種陣列勘探方法、野外測(cè)量時(shí)只需將全部電極(幾十至上百根)置于測(cè)點(diǎn)上、然后利用程控電極轉(zhuǎn)換開關(guān)和微機(jī)工程電測(cè)儀便可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的決速和自動(dòng)采集，當(dāng)將測(cè)量結(jié)果送入微機(jī)后，還可對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理并結(jié)出關(guān)于地電斷面分布的各種圖示結(jié)果。顯然，高密度電阻率勘探技術(shù)的運(yùn)用與發(fā)展，使電法勘探的智能化程度大大提高。相對(duì)于常規(guī)電阻法而言、它具有以下特點(diǎn)：

1)電極布設(shè)是一次完成的，這不僅減少了因電極設(shè)置而引起的故障和干擾，而且為野外數(shù)據(jù)的快速和自動(dòng)測(cè)量奠定了基礎(chǔ)。

2)能有效的進(jìn)行多種電極排列方式的掃描測(cè)量，因而可以獲得較豐富的關(guān)于地電斷面結(jié)構(gòu)特征的地質(zhì)信息。

3)野外數(shù)據(jù)采集實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化或半自動(dòng)化，不僅采集速度快，而且避免了由于手工操作所出現(xiàn)的錯(cuò)誤。

4)與傳統(tǒng)的電阻率法相比，成本低、效率高，信息豐富，解釋方便。勘探能力顯著提高。

3.2.3 瞬變電磁法勘探原理

利用不接地回線或電極向地下發(fā)送脈沖式一次電磁場(chǎng)，用線圈或接地電極觀測(cè)由該脈沖電磁場(chǎng)感應(yīng)的地下渦流產(chǎn)生的二次電磁場(chǎng)的空間和時(shí)間分布，從而來(lái)解決有關(guān)地質(zhì)問(wèn)題的時(shí)間域電磁法。

在導(dǎo)電率為σ、導(dǎo)磁率為μ的均勻各向同性大地表面敷設(shè)面積為S的矩形發(fā)射回線，在回線中供以階躍脈沖電流

在電流斷開之前(t＜0時(shí))，發(fā)射電流在回線周圍與大地空間中建立起一個(gè)穩(wěn)定的磁場(chǎng)，如圖4所示。

圖4 矩形框磁力線

在t=0時(shí)刻，將電流突然斷開，由該電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)也立即消失。一次磁場(chǎng)的這一劇烈變化通過(guò)空氣和地下導(dǎo)電介質(zhì)傳至回線周圍的大地中，并在大地中激發(fā)出感應(yīng)電流以維持發(fā)射電流斷開之前存在的磁場(chǎng)，使空間的磁場(chǎng)不會(huì)即刻消失。

于地面或空中設(shè)置通以一定波形電流的發(fā)射線圈，從而在其周圍空間產(chǎn)生一次磁場(chǎng)，并在地下導(dǎo)電巖礦體中產(chǎn)生感應(yīng)電流，斷電后，感應(yīng)電流由于熱損耗而隨時(shí)間衰減，衰減過(guò)程一般分為早、中和晚期。早期的電磁場(chǎng)相當(dāng)于頻率域中的高頻成分，衰減快，趨膚深度小;而晚期成分則相當(dāng)于頻率域中的低頻成分，衰減慢，趨膚深度大。通過(guò)測(cè)量斷電后不同時(shí)間的二次場(chǎng)隨時(shí)間變化規(guī)律，可得到不同深度的地電特征。

3.2.4 地震映像法勘探原理

地震映像法又稱高密度地震勘探和地震多波勘探，是基于反射波法中的最佳偏移距技術(shù)發(fā)展起來(lái)的一種常用淺地層勘探方法。這種方法可以利用多種波作為有效波進(jìn)行探測(cè)，也可以根據(jù)探測(cè)目的要求僅采用一種特定的波作為有效波。這種方法中，每一測(cè)點(diǎn)的波形記錄都采用相同的偏移距激發(fā)和接收。在該偏移距處接收到的有效波具有較好的信噪比和分辨率，能夠反映出地質(zhì)體沿垂直方向和水平方向的變化。

地質(zhì)模型如圖5所示，圖中表示了當(dāng)偏移距為L(zhǎng)時(shí)，O1、O2點(diǎn)激發(fā)，S1、S2點(diǎn)接受的反射波傳播路徑，界面水平時(shí)，反射點(diǎn)在激發(fā)點(diǎn)和接收點(diǎn)中點(diǎn)下的界面上，反射波的傳播時(shí)間與界面深度有關(guān)。反射波時(shí)距方程為：

如圖5所示，當(dāng)界面水平時(shí)，每次激發(fā)的反射波傳播時(shí)間不變，反射點(diǎn)的位置正好在記錄點(diǎn)上，當(dāng)界面深度發(fā)生變化時(shí)，反射波的傳播時(shí)間會(huì)發(fā)生變化，跨入在斷層兩對(duì)側(cè)表現(xiàn)為突變;如果是傾斜界面，反射點(diǎn)的位置會(huì)偏離記錄點(diǎn)向界面的上傾方向移動(dòng)。同樣可以從反射波同相周的變化情況定性推斷界面的起伏情況。

圖5 反射波模型示意圖

地震映像法特點(diǎn)

1)數(shù)據(jù)采集速度較快，但抗干擾能力弱，勘探深度有限。

2)地震映像法在資料解釋中可以利用多種波的信息，即有效波不但是反射波，還可以是折射波、面波、繞射波，或同時(shí)有兩種或3種波能夠反映地下地質(zhì)條件的變化。

3)在探測(cè)目的較單一、只需研究橫向地質(zhì)情況變化的情況下，地震映像法效果較好。

4 使用儀器

本次大壩流場(chǎng)法、高密度電法、瞬變電磁法及地震映像法勘查使用了國(guó)內(nèi)先進(jìn)的DB-3型堤壩管涌滲漏探測(cè)儀、E60D型高密度電法儀、MDTEM64多通道分布式瞬變電磁勘探系統(tǒng)和Miniseis24型綜合工程探測(cè)儀。

DB-3型堤壩管涌滲漏探測(cè)儀主要由信號(hào)發(fā)送和信號(hào)接收兩部分組成。發(fā)送部分包括儀器專用電源、發(fā)送機(jī)、供電電極、供電導(dǎo)線等;接收部分包括接收機(jī)、測(cè)量探頭等。配套工具有GPS定位系統(tǒng)、專用筆記本電腦、對(duì)講機(jī)、快艇等。

E60D型高密度電法儀是一種新型的電法儀，儀器采用程控方式進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集和電極控制，采集的數(shù)據(jù)以圖像或者曲線的形式實(shí)時(shí)顯示在屏幕上，以便隨時(shí)可以監(jiān)控資料的質(zhì)量。該型儀器可以進(jìn)行高密度電阻率、雙頻高密度激發(fā)激化法、自然電位法、充電法等勘探方法的數(shù)據(jù)采集任務(wù)。由于儀器本身配置有高性能的計(jì)算機(jī)，故配合相應(yīng)的處理軟件系統(tǒng)，可對(duì)上述勘探方法所采集的資料進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)處理。

MDTEM64多通道分布式瞬變電磁勘探系統(tǒng)，體積小巧，重量輕，內(nèi)置筆記本電腦，采用Windows XP操作系統(tǒng)。內(nèi)置發(fā)射機(jī)，操作使用方便。采集/處理軟件全部在 Windows下開發(fā)，適應(yīng)性好，采集板為先進(jìn)的大規(guī)模集成電路，模數(shù)轉(zhuǎn)換采用24位模數(shù)轉(zhuǎn)換器，運(yùn)算精度高，信噪比高，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)采用大容量硬盤，存儲(chǔ)速度高，儀器采用鋁合金外殼，易于散熱，密封好。

Miniseis24綜合工程探測(cè)儀是一款內(nèi)置鋰離子電池，具有24個(gè)高精度記錄道的綜合地震勘探系統(tǒng)。該系統(tǒng)內(nèi)置高性能計(jì)算機(jī)用于進(jìn)行數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的管理以及數(shù)據(jù)的管理，同時(shí)保留了計(jì)算機(jī)所有功能。Miniseis24綜合工程探測(cè)系統(tǒng)采用ΔΣ24位高精度、高速模數(shù)轉(zhuǎn)換器，儀器具有最小25微秒的采樣間隔和131dB的動(dòng)態(tài)范圍。Miniseis24設(shè)備輕便(主機(jī)整體僅重4.5 kg)、全中文界面操作簡(jiǎn)單，

5 工作實(shí)施

5.1 流場(chǎng)法

測(cè)試時(shí)將電場(chǎng)發(fā)射機(jī)A電極放置在壩后滲出水中，電場(chǎng)發(fā)射機(jī)B電極放置在水庫(kù)庫(kù)區(qū)左岸邊的遠(yuǎn)處。

測(cè)試儀器的發(fā)射機(jī)電極布置好以后，開機(jī)通電后就在水庫(kù)內(nèi)建立了電流場(chǎng)。首先測(cè)量了電流場(chǎng)的正常場(chǎng)強(qiáng)值。具體測(cè)量方法是：用船載測(cè)試儀器的接收機(jī)并且在測(cè)試區(qū)域拖拽探頭測(cè)試。通過(guò)在水庫(kù)內(nèi)可能的測(cè)試范圍進(jìn)行大面積測(cè)試，測(cè)得庫(kù)區(qū)內(nèi)的電流場(chǎng)的正常場(chǎng)值在10～15。

檢測(cè)當(dāng)日水庫(kù)水位317.53 m，水面線在壩前距壩軸線水平距離17.94 m處。正式測(cè)試時(shí)在水庫(kù)測(cè)區(qū)內(nèi)采用的測(cè)線間距為5 m。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的探測(cè)條件，用經(jīng)緯儀確定測(cè)線。首先在壩東端垂直壩軸線向上游確定一條直線。然后在這條直線的上游側(cè)轉(zhuǎn)角90°，在距離壩前混凝土護(hù)坡上水邊線5 m的庫(kù)區(qū)水面上確定出平行壩軸線的第一條測(cè)線。用同樣方法再分別確定出平行且距離水邊線10 m、15 m、20 m……90 m共18條測(cè)線。相對(duì)應(yīng)的測(cè)試范圍南北方向是壩軸線前110 m以內(nèi)水域、東西方向是左、右岸之間水域。

5.2 高密度視電阻率法

本次高密度電阻率法測(cè)線在壩頂壩軸線上布設(shè)，測(cè)線起于樁號(hào)0+038 m，長(zhǎng)度350 m。

測(cè)試時(shí)采用的是2 m的電極距，64根電極，一次布設(shè)電極可以測(cè)試距離128 m。為完成較長(zhǎng)的測(cè)線，采用滾動(dòng)式采集觀測(cè)系統(tǒng)。測(cè)試時(shí)共移動(dòng)4次電纜，前3次移動(dòng)32個(gè)電極、最后一次移動(dòng)24個(gè)電極。采用的裝置形式有溫納裝置、單邊三極裝置、施倫貝爾裝置和偶極裝置。經(jīng)試驗(yàn)最終選取施倫貝爾裝置成果圖進(jìn)行測(cè)試和解釋。其裝置形式、數(shù)據(jù)采集方式如下。

施倫貝格裝置：該裝置適用于變斷面連續(xù)滾動(dòng)掃描測(cè)量，測(cè)量時(shí)，M、N不動(dòng)，A逐點(diǎn)向左移動(dòng)，同時(shí)B逐點(diǎn)向右移動(dòng)，得到一條滾動(dòng)線;接著A、M、N、B同時(shí)向右移動(dòng)一個(gè)電極，M、N不動(dòng)，A逐點(diǎn)向左移動(dòng)，同時(shí)B逐點(diǎn)向右移動(dòng)，得到另一條滾動(dòng)線;這樣不斷滾動(dòng)測(cè)量下去，得到倒梯形斷面。其電極排列如下：

圖6 施倫貝格裝置數(shù)據(jù)采集方式示意圖

其視電阻率ρs表達(dá)式為：數(shù)據(jù)處理流程見(jiàn)圖7：

圖7 高密度電阻率法數(shù)據(jù)處理流程圖

5.3 瞬變電磁法

瞬變電磁法勘探的測(cè)線位置在壩頂，測(cè)試線框中心距防浪墻距離2.5 m。

瞬變電磁勘探采用重疊回線裝置，線框?yàn)?×3 m，點(diǎn)距為2 m，線框匝數(shù)2匝，發(fā)射脈寬為10 ms，疊加次數(shù)64。

瞬變電磁處理流程見(jiàn)圖8：

圖8 瞬變電磁數(shù)據(jù)處理流程圖

5.4 地震映像法

地震映像法選取樁號(hào)0+184～0+348重點(diǎn)研究區(qū)段進(jìn)行測(cè)試。測(cè)線亦是平行于壩軸線布設(shè)，震源選用24磅大錘，60 Hz檢波器，偏移距2 m，測(cè)點(diǎn)點(diǎn)距2 m。采用間隔為1 ms，采樣點(diǎn)數(shù)為1024。數(shù)據(jù)處理流程見(jiàn)圖9：

圖9 地震單點(diǎn)映像法數(shù)據(jù)處理流程圖

6 物探探測(cè)成果及分析

6.1 流場(chǎng)法

用船載測(cè)試儀器的接收機(jī)，在測(cè)試區(qū)域布設(shè)的測(cè)線上拖拽探頭詳細(xì)探查，測(cè)得測(cè)區(qū)內(nèi)電流場(chǎng)的場(chǎng)強(qiáng)值均在正常場(chǎng)強(qiáng)值范圍，數(shù)值在10～15。

檢測(cè)當(dāng)日水庫(kù)水位317.53 m，即壩前距壩軸線水平距離17.94 m水面線以下流場(chǎng)法測(cè)試未發(fā)現(xiàn)集中入滲區(qū)域。

6.2 高密度電阻率法

圖10為高密度電阻率法得到的成果剖面圖，根據(jù)大壩滲壓管觀測(cè)資料，該成果圖反映的應(yīng)是黏土心墻浸潤(rùn)面以上視電阻率。

從圖中可以看出整個(gè)斷面縱向電性分層特征明顯，表層2 m以上呈高阻狀態(tài)為表層混凝土、碎石路基及砂礫石料層的反應(yīng)，壩頂下2～11 m呈低阻為黏土心墻的反應(yīng);

橫向方向上，在樁號(hào) 0+078、0+118、0+135、0+198、0+228、0+263、0+290、0+323 處存在高阻異常區(qū)。這些區(qū)域可能是滲透隱患所在位置，也可能是壩體中存在致密高阻介質(zhì)的位置。塊石、混凝土構(gòu)造物及局部含水率相對(duì)較低區(qū)域都可以使測(cè)試結(jié)果呈現(xiàn)高阻狀態(tài)。

圖10 高密度視電阻率法剖面成果圖

6.3 瞬變電磁法

圖11為瞬變電磁視電阻率剖面成果圖，圖中在表層7 m以上高阻狀態(tài)是由于關(guān)斷時(shí)間影響產(chǎn)生勘探盲區(qū)反應(yīng)，在7 m以下范圍內(nèi)縱向分層比較清晰，綠色以下連同黃色、紅色連續(xù)高阻區(qū)域推斷為壩基基底視電阻率的反應(yīng)，之間區(qū)域?yàn)閴误w視電阻率的反應(yīng)。圖中靠近左邊部分低阻區(qū)域較深，對(duì)應(yīng)著主河道對(duì)應(yīng)的最大壩高壩體區(qū)段，同時(shí)在0+028、0+078、0+208、0+248、0+328樁號(hào)處存在電阻率變大的現(xiàn)象，其中在0+208樁號(hào)附近的0+178～0+218區(qū)段內(nèi)高阻反映強(qiáng)烈，尤其0+248、0+328樁號(hào)處應(yīng)該反映的是壩身視電阻率，應(yīng)引起注意。

圖11 瞬變電磁視電阻率剖面圖

6.4 地震映像法

地震映像法成果見(jiàn)下圖，在樁號(hào)0+234～0+258處淺表同相軸明顯不連續(xù)，同時(shí)在0+288樁號(hào)附近淺層波形同相軸連續(xù)、而下部波形同相軸連續(xù)性變差，同時(shí)該處地震波雙程旅行時(shí)間變大，波形整體“下凹”，反映出這兩個(gè)位置附近結(jié)構(gòu)可能存在異常。

圖12 地震單點(diǎn)映像反射波雙程時(shí)間剖面圖

比較以上物探成果，地震映像法反應(yīng)出的樁號(hào)0+248及0+288附近的異常，分別在瞬變電磁法、高密度電法探測(cè)成果中有對(duì)應(yīng)關(guān)系，其中樁號(hào)0+248附近已經(jīng)在2009-07-01、2010-06-06發(fā)生了沉陷，測(cè)試結(jié)果得到了實(shí)際印證。

建議對(duì)以上兩個(gè)位置加強(qiáng)監(jiān)測(cè)，密切注視高程變化。如果條件允許應(yīng)結(jié)合本次物探結(jié)果在樁號(hào)0+288附近進(jìn)行鉆探勘察。

7 結(jié)語(yǔ)

本次檢測(cè)采用4種物探方法對(duì)堤壩實(shí)施了測(cè)試。4種物探方法分別是流場(chǎng)法、高密度電阻率法、瞬變電磁法和地震映像法。即用流場(chǎng)法可以查明壩前是否存在滲漏集中入口，綜合利用另外3種物探方法可以實(shí)現(xiàn)從壩體淺部到深部的詳細(xì)勘探，同時(shí)3種物探方法的成果可以相互驗(yàn)證，保證探查結(jié)果的正確性。

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1007-7596(2011)06-0094-05

2011-06-21

楊甫權(quán)(1980-)，男，黑龍江蘭西人，工程師;白廣明(1958-)，男，黑龍江密山人，教授級(jí)高級(jí)工程師。