高密度電法在土石壩壩肩滲漏檢測中的應用探討

張偉

摘 要 目前，我國的經濟在快速的發展，社會在不斷進步，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，也可能為壩肩側山體滲水。高密度電法對壩體低阻異常具有較高的敏感性，采用高密度電法對南京某水庫土壩壩肩的滲漏問題進行試驗研究，采用網格化布置測線，克服了壩肩場地狹小難以布設電極的缺點，探明了壩肩滲漏通道的位置走向。通過分析探測視電阻率值的相對變化和等值線的形態，結合現場檢查和鉆孔的結果，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中是有效的。

關鍵詞 壩肩滲漏;探測;高密度電法;測線布置;土石壩

引言

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

1 高密度電法的基本原理

高密度電阻率法是根據水文、工程和環境地質調查的實際需要開發的一種電阻率觀測系統。與常規電阻率法相比，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，數據觀測精度高，在電不均勻性檢測中取得了良好的地質效果。在現場測量中，只需在一定的間隔內設置所有電極，測點的密度遠高于常規電阻率法，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上。電極轉換開關是由單片機控制的自動電極轉換裝置。可根據需要自動轉換電極裝置的形式、極距和測點。測量信號通過電極轉換開關送入微機工程機電測量儀，測量結果一次存儲在隨機存儲器中。原始數據可以通過將數據回放到計算機中，根據給定的程序進行處理[1]。

2 試驗研究

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，迎水面為混凝土護坡，背水面為草坡護坡，在高程16.20m、22.50m處分別設2.0m寬平臺，高程16.20m以下設高2.0m反濾排水棱體。水庫右壩肩壩后坡面曾存在較嚴重的滲漏問題，2009年進行了除險加固工程，對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。本次試驗旨在通過高密度電法結合勘探的方法，對右壩肩滲漏原因進行探測研究，查明來水源頭和滲流路徑。根據地質勘查資料，右壩肩范圍內的壩體從上至下主要為：（1-1）粉質黏土，黃褐色，土質均勻，弱透水，層厚約2.5～9.5m;（1-2）粉質黏土，灰褐色，土質均勻，弱透水，層厚約0～10.0m;（2-1）粉質黏土，灰色～灰褐色，土質較均勻，微透水，局部弱透水，層厚約0～6.0m;（3-1）含礫粉質黏土，土質不均勻，弱透水，層厚約0～5.0m;（6-1）強風化硅質巖層，主要分布于右壩肩部位，埋藏比較淺，原巖風化比較嚴重，頂板埋深0.7～31.0m，最大可見層厚14.5m，滲透系數大，透水性比較強;（6-2）中風化硅質巖層，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K0+049、K0+072附近存在散浸、滲水現象，其中K0+049（滲漏Ⅰ區）所處高程約23.0m，該處壩面存在散浸現象，K0+072（滲漏Ⅱ區）范圍約3.8m×2.5m，區域頂部高程為20.45m，底部高程為18.99m，該處壩面明顯滲水。為查明滲漏產生的原因和滲漏通道走向，采用高密度電阻率法對大壩右壩肩進行探測試驗，在右壩肩共布置4條測線，成縱橫網狀分布。根據經驗，溫納裝置在水平和垂直分辨率較為均衡，探測效果較好，本次試驗選擇溫納裝置。采用RES2DINV反演軟件進行數據分析，反演方法采用標準高斯牛頓最小二乘法，對最小二乘法的模型修改矢量進行圓滑約束，并減小數據噪聲敏感性，以提高視電阻率的計算精度，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，當壩體存在滲漏時，滲漏區域的電阻率會明顯下降，呈現為低阻異常區，這是探測壩體滲漏的主要依據。視電阻率色譜圖橫軸為樁號，縱軸為高程。由反演視電阻率剖面可看出，探測范圍內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為相對低阻，符合均質土壩各層視電阻率分布的規律特征。為進一步了解滲漏相對嚴重的Ⅱ區的情況，在滲漏Ⅱ區上部壩坡布置了2號測線。在K0+067～K0+084段、高程11.0～20.0m范圍內，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區的影響范圍。在起點至K0+053段也為低阻異常區，因測線起點緊靠山體，說明靠近山體的壩段含水率高。山體與滲漏Ⅱ區之間存在較明顯的低阻聯系帶。3號測線為垂直壩軸線的橫向測線，布置在K0+039處，位于壩體與山體的結合部位。高程19.5m以上的部分視電阻率值較低，該區域壩體含水率高，說明壩體和山體結合部位的巖土體中含水豐富。這與1號、2號測線得出的靠近山體的部位含水率高是一致的。4號測線與3號測線平行，在樁號K0+072處，穿過滲漏Ⅱ區。由圖8可看出，滲漏Ⅱ區下方存在明顯的低阻閉合圈，且其上游側壩體無異常低阻，即無滲流通道[2]。

3 結束語

綜合分析高密度電法反演視電阻率剖面圖和現場查勘情況，本次探測較好揭示了壩體各層介質視電阻率的分布情況，符合土壩在深度方向的變化規律，準確檢測到了已知滲漏區的水平位置，驗證了高密度電法在土壩滲漏探測中的可行性。①對該水庫大壩滲漏的探測試驗，體現了高密度電法在大壩壩肩滲漏探測中的優勢，具有效率高、可靠性好、對滲漏低阻的敏感性高、結果呈現直觀性好的優點。②采用網格化測線布置的方式，克服了壩肩場地窄小難以布設電極的缺點，成功探測到了大壩右壩肩的滲漏通道。結合現場查勘和鉆孔勘探，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。

參考文獻

[1] 中華人民共和國水利部，中華人民共和國國家統計局.第一次全國水利普查公報[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，2015.