高密度电阻率法在水库坝肩渗漏隐患检测中的应用

徐云乾，黄春华，陆雪萍，李　飞，刘建文

(广东省水利水电科学研究院 广东省山洪灾害突发事件应急技术研究中心， 广州 510635)



高密度电阻率法在水库坝肩渗漏隐患检测中的应用

徐云乾，黄春华，陆雪萍，李飞，刘建文

(广东省水利水电科学研究院 广东省山洪灾害突发事件应急技术研究中心， 广州 510635)

摘要：介绍了高密度电阻率法的工作原理，分析了相比传统水坝渗漏隐患检测的优势，在对水库的坝肩渗漏隐患检测中，由于坝轴线和原山体正交，使用了折线布置测线法对坝肩进行检测，其检测结果可以准确定位坝肩的渗漏通道；并通过钻孔对部分测线结果的验证，为后续水坝的除险加固提供指导，为土石坝的渗漏隐患检测、评价及后续的除险加固提供了准确可靠的依据。

关键词：高密度电阻率法；钻孔验证；土石坝

1高密度电阻率法的工作原理及试验目的

高密度电阻率法是地球物理电法勘探技术，其工作原理与传统的电法勘探基本相同，均为向被勘探体施加一定电压、电流的直流电，由于不同物质的电性差异反应为电流、电位异常，经反演后能较为直观地反映出物体的内部构造[1]。

常规的电阻率法只能反映出被勘探体在某一深度沿水平方向的电性变化，但是高密度电阻率法能同时反映出被勘探体垂直方向的电性变化趋势。

图1　高密度电阻率法工作原理示意

高密度电阻率法的工作原理是通过A、B电极向地下输入电流I，通过测量M、N电极间的电位差ΔV得到M、N电极间的视电阻率(见图 1)，通过视电阻率的反演、分析计算，获得视电阻率等值线图，根据被勘探体不同组成物质或不同状态下的电性差异来确定异常体[2]。

高密度电阻率法采用与常规电阻率法相同的理论基础，但两者的方法技术有所不同。测量时高密度电阻率法采用陈列勘探的方法一次布设多个电极，跑极和数据采集，其优点是自动化、成本低、效率高[3]。适用于大体量、长距离、建筑物较多的水利工程，如土石坝、堤防等。

逸仙水库主坝左右坝肩渗漏较为严重。由于以往针对检测渗漏隐患的地质勘察是点状勘探，无法准确定位坝体的渗漏通道，不仅耗时长，且对坝体原状土有扰动。

笔者利用高密度电阻率法对其进行了无损检测，共布置了4条平行于坝轴线测线(长376 m)和2个验证勘探钻孔(深29.1 m)，并利用等高程折线布置使测线横跨坝体和坝肩，测试结果以坝体纵剖面电阻率等值线图的形式绘制，结合土体含水率高低的电阻率分析，并辅以钻孔验证，确定左右坝肩渗漏通道，为除险加固提供针对性的指导。

2测区条件及测线布置

2.1测区工程概况

逸仙水库位于广东省中山市南朗镇翠亨村县道X579西南侧，承担着南朗镇的防洪、灌溉和供水任务。水库总库容6.25×106m3，属小型水库。主坝长315 m，最大坝高20.7 m，副坝长140 m，最大坝高21.1 m，主坝顶宽为4.5 m，迎水坡坡度为1∶2.5，背水坡坡度为1∶2.4及1∶3。

2.2测线布置水库主坝迎水坡和背水坡二级坝坡以上皆为六角棱体覆盖，二级坝坡以下为草皮护坡，高密度电阻率法仪探针需与坝身填土紧密接触，因此检测区域设定在二级坝坡以下及与坝体两侧连接的原山体。检测的主要目的是确定左右坝肩的渗漏位置，检测对象为主坝背水坡草皮护坡区域及临近的原山体。

根据坝肩渗水情况和密度电法仪特性，共设置了四条测线，其中右坝肩两条(测线1，2)，中间坝体一条(测线3)，左坝肩一条(测线4)，由于要同时检测原山体和坝身，测线1，2，4只能折线布置，折线角度均为105°，测线布置见图 2。

图2　高密度电阻率法测线和原位钻孔布置示意

测线名称测线位置排列长度/m电极间距/m排列类型测线1(弯折测线)原山体～二级坝坡(马道高程)1262温纳阿尔法测线2(弯折测线)原山体～二级坝坡(马道和堤脚中间高程)942温纳阿尔法测线3二级坝坡(马道和堤脚中间高程)1262温纳阿尔法测线4(弯折测线)二级坝坡～原山体(马道和堤脚中间高程)942温纳阿尔法ZK2(钻孔)位于测线3中部位置,钻孔深度16.6m---ZK3(钻孔)位于测线4中部位置,钻孔深度12.7m---合计4条测线376--

3检测结果分析

根据检测对象的电性差异及以往工程经验，典型堤防隐患的电阻率异常特征[4]如表2所示。

测试结果分析可根据表2列举的异常特征、现场检查记录对堤坝隐患进行初步的判断分析,分析结果如图3所示。

图中横轴表示以测线最左端为起点的横向距离，纵轴表示坝体深度，颜色深浅表示电阻率的大小，冷色代表电阻率较低，暖色代表电阻率较高。

表2　典型堤防隐患的电阻率异常特征

图3　测线1～4视电阻率等值线分布

测线1分析：现场记录在测线横轴32 m处(测线1折线拐点后)有一个排水涵洞(无水)，如图 3所示，显示为孤立的高阻区。以48 m为界，左侧为原山体，右侧为坝体。涵洞左侧(距离：20～32 m，深度：0.5～13.5 m)范围内存在一个孤立的正三角形低阻区域，该区域是一个可能的渗漏通道。

测线2分析：如图 4所示，现场记录在测线48～50 m范围内为原山体和坝体的交界处，左侧为原山体，右侧为坝体。在原山体距离交界处(距离：38～46 m,深度：0～5 m)范围内存在一个孤立的低电阻异常，可能与测线1测试到的低电阻异常形成了一个渗漏通道。

测线3分析：测试的为126 m长的坝体，电阻率随坝体的高度降低，为较为正常的电阻率等值线图，可判断出深度7 m左右为浸润线，现场坝后反滤出水为较为正常。

测线4分析：如图 6所示，现场记录46～50 m为坝体交界处，左侧为坝体，右侧为原山体。在距离为16～32 m，深度为1.5～13.5 m范围内的堤身填土存在孤立的低电阻异常，整个深度范围内的堤身填土可能碾压不密实，低阻区覆盖范围较广，可能是渗漏通道。另一个孤立的低阻区在原山体与坝体交界处(距离：46～53 m，深度：0.5～4.98 m)，偏向原山体，该区域土质含水率较高。说明该处填土碾压不密实。

4钻孔验证及抢险措施

4.1钻孔验证

为了提高地质钻孔的准确性和针对性，依据上述高密度电阻率法的检测成果，分别在背水坡二级马道坝中,即测线3上布置ZK2、左坝肩(二级马道高程)即测线4上布置ZK3。钻孔布置如图 2所示，孔位所对应的高密度电阻率法等值线图和钻孔柱状图对比如图 4，5所示。

图4表明：素填土层(钻孔层厚范围0～5.1 m)结构松散、充填空气、稍湿、体现为高阻，在高密度等值线中以红色为主(0～5.035 m)；粉质粘土层(钻孔层厚范围5.1～7.2 m)湿润，在高密度等值线中以绿色为主(5.035～7.985 m)；圆砾层(钻孔层厚范围7.20 m以下)透水性强，同时在坝体浸润线以下，含水率高，体现为低电阻，在高密度等值线中以蓝色为主(7.985 m以下)。

图4　测线3上ZK2孔位的高密度结果和钻孔分析

图 5表明：素填土层(钻孔层厚范围0～1.7 m)，其特性与钻孔2相似，体现为高阻，在高密度等值线中以红色为主(0～1.725 m)；砾质粘性土层(钻孔层厚范围1.70～6.8 m)湿润，含水率较高，在高密度等值线中以蓝色为主(1.725～6.445 m)；中风化花岗岩层(钻孔层厚范围6.8 m以下)为块状构造，透水性弱，体现为高电阻，在高密度等值线中以蓝色为主(6.445 m以下)。

通过钻孔验证说明，折线布置下的高密度电法对土石坝渗漏检测的结果是可信的。

4.2灌浆补漏

根据高密度电法的测试结果，建议对低阻异常区采取相应的截渗措施。工程管理单位在坝体以及原山体和坝体交接的对应部位实施灌浆后，渗漏情况明显好转(见图 6)。

图6　灌浆后渗漏情况

5结论

(1) 测线1的测试结果能清晰地反映出处于折线拐点后的涵洞所表现出的孤立的高电阻异常，说明在折线条件下高密度电法检测也具有良好效果。

(2) 高密度电阻率法是一种高效、成本低的无损检测方法，根据土体电性差异所得到的反演结果

能形象直观地反映出堤坝的内部结构。在对堤坝进行隐患检测或安全鉴定时，可优先使用高密度电阻率法，经验证，其结果对指导除险加固和钻探工作更具有针对性。

参考文献：

[1]胡平,罗水余,米宏泽，等.城市地质调查物探方法技术应用研究[C]//2010年城市地质国际学术研讨会论文集.[出版地不详]:[出版者不详],2010:110-116.[2]宋先海,颜钟,王京涛. 高密度电法在大幕山水库渗漏隐患探测中的应用[J].人民长江,2012,43(3):46-47.

[3]孔繁友,郭伟,贺清录. 高密度电阻率法在铧尖子水库大坝渗漏隐患探测中的应用[J]. 广东水利水电,2008(6):13-15,18.

[4]刘小军,李长征,王家林,等. 高密度电法概率成像技术在堤防隐患探测中的应用[J]. 工程地球物理学报,2006(6):415-418.

Application of High-density Electrical Method in Leakage Danger Detection of Dam Abutment

XU Yun-qian, HUANG Chun-hua, LU Xue-ping, LI Fei, LIU Jian-wen

(Emergency Technology Center of Guangdong Mountain Torrents Disaster Emergencies,Research Institute of Water Resources and Hydropower, Guangzhou 510635, China)

Abstract：This paper introduces the working principle of high density resistivity method and analyzes its advantages as compared with the traditional leakage hidden trouble detection. One test was carried out on dam shoulder leakage detection of hidden trouble for Yat-sen reservoir, which is located in Zhongshan city, Guangdong province. Due to the dam axis and the original mountain being usually orthogonal, the researchers used the broken line layout and line detection of the abutment. The detection result can accurately locate leakage passages of the dam abutment, thus providing strong support for the subsequent drilling exploration and guidance for future consolidation. The above-mentioned means can provide a reliable basis for earth and rock-fill dam leakage hidden trouble detection, its evaluation and following-up consolidation.

Key words:High density resistivity method; Drilling verification; Earth and rockfill dam

收稿日期：2015-07-31

作者简介：徐云乾(1986-),男，硕士，工程师，主要从事水工结构研究工作。通信作者:徐云乾, E-mail: xuyunqian@foxmail.com。

DOI:10.11973/wsjc201605011

中图分类号：P319.2；TG115.28

文献标志码：B

文章编号：1000-6656(2016)05-0041-04