瞬變電磁法探測大壩裂縫試驗研究★

張 毅 毋光榮

(黃河勘測規劃設計有限公司,河南 鄭州 450003)

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瞬變電磁法探測大壩裂縫試驗研究★

張 毅 毋光榮

(黃河勘測規劃設計有限公司,河南 鄭州 450003)

介紹了瞬變電磁法的工作原理，通過納米瞬變電磁儀，對某大壩裂縫進行了探測，并論述了中心回線和偶極兩種裝置的試驗參數，對比了兩種裝置的試驗結果，指出內框1 m，外框4 m的中心回線裝置探測均質土壩裂縫效果較好。

瞬變電磁法，大壩裂縫，中心回線，偶極裝置

0 引言

某水庫大壩為碾壓式均質土壩，走向為西南至東北，斜貫溝谷，位于韃子墳北側240 m處。壩體建基面最低高程1 568.00 m，壩頂高程1 603 m，最大壩高為35 m，壩長為480 m，壩頂寬8 m，上鋪15 cm厚碎石。

大壩上游砌護采用干砌卵石，壩基防滲采用截槽方式，截滲槽底深入泥巖1 m；壩體內部排水采用壩內集水棱體+水平排水褥墊方式，下游壩坡砌護采用草皮護坡，并每60 m設豎向坡面排水一道，馬道和大壩外坡腳設縱向排水溝，排水溝采用混凝土砌護。

水庫大壩安全評價結果表明：大壩壩頂存在較嚴重的不均勻沉降，壩面出現多處裂縫，壩頂上下游側壩坡砌護混凝土出現裂縫、錯臺、破碎現象。大壩輸水涵管頂部壩體沉降較小，而兩側壩體沉降較大，出現多條橫向裂縫，雖經灌漿處理，仍有發展趨勢，壩體與涵管間存在接觸滲漏的可能。

上、下游壩面有主要裂縫15條，另外有4條橫向裂縫。根據大壩裂縫分布情況，其中壩頂裂縫主要分布在0+110 m～0+200 m附近。而橫向裂縫主要分布在左右壩肩與壩體結合處，集中在上游面靠近庫區范圍內。大部分裂縫均經過灌漿處理，但部分裂縫在處理后仍有一定的發展趨勢，濕陷性黃土導致的壩體沉降嚴重影響了大壩的安全運行。

1 方法原理

瞬變電磁法(Time Domain Electromagnetic Method)簡稱TDEM或TEM。瞬變電磁法以接地導線或不接地回線通以脈沖電流，在一次場間歇期間利用另一回線接收測量由地下介質產生的感應電場即二次場隨時間的變化。該二次場是由地下不同導電介質受激勵引起的渦流產生的非穩定磁場，它與地下地質體有關，根據它的衰減特征，可以判斷地下地質體的電性、規模、產狀等。

現場工作采用重疊回線裝置，即發送回線Tx與接收回線Rx相重合的敷設裝置，這種裝置產生的電磁場與被探測地質體具有最佳耦合。現場試驗確定線框尺寸為2 m×2 m，發射線圈5匝，接收線圈15匝，發送電流確定為5 A，測點點距1.0 m，裝置示意圖見圖1。

2 儀器與參數

2.1 儀器

納米瞬變電磁儀(NanoTEM)由一個NT-32與GDP-32Ⅱ構成一體的發送機，一個電池供電的NanoTEM發送機以及少量負載電阻所組成。接收板對衰減波形在1.2 μs或1.6 μs間隔上取樣，納米瞬變電磁(NanoTEM)發送機的配置是為了快速關斷，用12 V電池供電，其輸出電流可高達10 A。

2.2 試驗參數

試驗采用中心回線和偶極兩種裝置類型，裝置示意圖見圖2。

中心回線裝置根據儀器廠家推薦的內外框邊長1∶4，分別用內框5 m、外框20 m；內2 m、外框8 m；內1 m、外框4 m；在已知裂縫位置探測3次，點距均為1 m。

偶極裝置分別用邊長3 m,2 m,1 m的正方形框測試；在已知裂縫位置探測3次，點距均為1 m。

3 試驗結果

大壩為人工填土，土質均勻，空洞或裂縫在干燥情況下，電阻率遠高于周圍土體，在沖水情況下，電阻率明顯低于周圍土體，這是探測大壩隱患的電性基礎。

圖3是中心回線3種裝置在裂縫處的對比試驗結果，內框1 m、外框4 m的中心回線裝置成果圖在250 m水平位置，深度10 m以下，有一條明顯的低阻區，與地表發現的裂縫位置一致，探測效果最好。三種裝置探測結果對比顯示，收發線框尺寸越大，探測裂縫的效果越差，這一現象符合瞬變電磁原理，線框尺寸越大，探測的有效區域越大，裂縫體積在有效探測體積內所占比重越小，異常反映也就越弱。

圖4是偶極3種裝置在裂縫處的對比試驗結果，邊框2 m的偶極裝置成果圖在250 m水平位置，深度10 m以下，有一條明顯的高阻區，與地表發現的裂縫位置一致，但此處裂縫在水位線以

下，應表現為低阻區域，探測效果較好。三種裝置探測結果對比顯示，邊框2 m的偶極裝置能夠準確探測到裂縫位置，但電阻率性質相反，另外兩種方式對裂縫無明顯反應。

通過對比試驗，內框1 m、外框4 m的中心回線裝置探測均質土壩裂縫的效果最好。

4 結語

1)納米瞬變電磁儀探測均質土壩裂縫是有效的；

2)偶極裝置對裂縫的位置反應最明顯；

3)內框1 m、外框4 m的中心回線裝置探測均質土壩裂縫的深度效果最好；

4)納米瞬變電磁儀探測裂縫效率高；

5)本次試驗的裂縫貫穿地表，裂縫最大寬度10 cm,選用內框1 m、外框4 m的中心回線裝置探測均質土壩裂縫的效果最好，但是對空洞等隱患，最佳探測裝置可能不同。

[1] 李金銘.地電場與電法勘探[M].北京：地質出版社，2005.

Abstract: The paper introduces the principle for the Time Domain Electromagnetic Method, detects the cracks on some dam by the nano-transient electronmagnetic method, indicates the technical parameter of the central loop and dipole, compares the test results of the two devices, and points out the central loop device with 1 m internal framework and 4 m external framework has better detection over the cracks on the dam.

Key words: Time Domain Electromagnetic Method, dam crack, central loop, dipole device

Comprehensive evaluation of water quality in Binzhou basin based on RAGA-PPCE model

Liu Peng1Shen Hongzhen2

(1.ShandongBinzhouCityWaterConservancyBureau,Binzhou256600,China; 2.BinzhouUniversity,Binzhou256600,China)

Taking Shandong Binzhou major basin water quality as the research targets, applying RAGA-PPCE model, the paper carries out comprehensive evaluation for the water quality, compares the above-mentioned evaluation result to AHP evaluation result, and points out its advantages, such as objective and rational evaluation results, which can be effectively applies in water quality evaluation engineering.

RAGA-PPCE model， water quality, evaluation grading criteria, projection direction

Experimental study on detection of dam crack by Time Domain Electromagnetic Method★

Zhang Yi Wu Guangrong

(InstituteofGeophysicalProspecting,YREC,Zhengzhou450003,China)

1009-6825(2017)11-0216-02

2017-02-09★：水利部“948”項目(編號：201506)資助

張 毅(1980- )，男，高級工程師

P631.325

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