高勒罕水库大坝高密度电法检测与分析

杨　阳，王范华，何勇军，范光亚（1.南京水利科学研究院大坝安全与管理研究所，江苏南京，210029；2.水利部大坝安全管理中心，江苏南京，210029；.中电投蒙东能源集团有限责任公司水库管理中心，内蒙古霍林郭勒，029200）



高勒罕水库大坝高密度电法检测与分析

杨阳1，2，王范华3，何勇军1，2，范光亚1，2
（1.南京水利科学研究院大坝安全与管理研究所，江苏南京，210029；2.水利部大坝安全管理中心，江苏南京，210029；3.中电投蒙东能源集团有限责任公司水库管理中心，内蒙古霍林郭勒，029200）

高密度电法检测方法不需要对大坝进行开挖破坏，成本低、时间短，能够揭示大坝内部信息。为此采用高密度电法对高勒罕水库土石坝下游坡的裂缝情况进行检测，同时结合监测资料和现场巡查等信息，分析判断大坝下游坡的开裂原因，并提出处治措施。

高密度电法；大坝；渗漏；检测

1　工程渗漏及处理概况

高勒罕水库位于锡林郭勒盟境内高勒罕河上，是一座以供水为主的中型水库。主要建筑物由均质土坝、泄洪洞及引水洞组成。土坝位于主河床内，泄洪洞、引水洞均布置在河床右侧。土坝坝长1 047.84 m，坝顶宽5.0 m，最大坝高22.8 m，防浪墙高度为1.0 m，坝顶高程1 004.80 m。上游坝坡采用浆砌石护坡，坡度为1∶3。下游坝坡为网格碎石护坡，在995.10 m处设有马道，马道宽2.0 m，马道以上坡度为1∶2.5，以下为1∶2.75。坝基设有防渗连续墙，最大处理深度为65.7 m。土坝下游坝脚设有排水棱体及排水沟，大坝上游设反滤层。

水库于2007年7月下闸蓄水，2008年11月通过竣工验收。2012年6月，管理人员巡查时发现大坝下游坝面砌石护坡出现裂缝，此后裂缝条数增加，且下游坡浆砌石拱梁隆起，裂缝宽度呈增大趋势，同时桩号0+900 m附近坝坡与排水棱体连接段出现潮湿现象。为确保工程运行安全，降低了库水位，并用防雨塑料膜对裂缝进行了覆盖，碎石压脚。

为探明大坝护坡裂缝诱因及渗水断面的实际渗流性态，采用高密度电法进行检测，并结合大坝测压管水位监测数据、现场检查、勘探分析结果，对大坝裂缝部位的渗流性态进行了综合分析。

2　高密度电法检测原理

高密度电阻率法是以岩土体电性差异为基础的一种电探方法，通过特定的电极装置测得视电阻率的分布规律，从而了解地下岩土体的电性结构［1-3］。按不同的电极排列方式可以得到不同的电极排列组合，包括温纳对称四极装置（Wenner）、施伦贝尔装置（Schlumberger）、偶极-偶极装置（Dipole-dipole）、单极-偶极装置（Pole-dipole）和单极-单极装置（Pole-pole）等，其基本原理［4］简介如下。

由此可求得电阻率ρ：

野外测量时，将全部电极（几十至上百根）插入各测点（图1），利用程控式电极转换开关和工程电测仪实现数据的自动采集。对数据进行处理后，得到断面电阻率色谱图，结合地质解释获得反映地层及其电性特征的地电断面图。在进行大坝渗漏检测时，由于地层介质的电阻率与岩土性质、含水性等因素有关，当坝体坝基存在渗漏水，对应检测区域会出现明显的低阻异常区，由此可以判别大坝渗漏情况。相对常规电法勘探方法，高密度电法电极布设一次完成，能有效进行多种电极排列方式的扫描测量，可以实现野外数据采集自动化，效率高、成本低、信息丰富，使用效果相对较好［5］。但高密度电法也属于物探方法之一，易受地形影响并存在多解性等不足之处，需要多种方法综合才能提高渗漏探测精度。

图1　高密度电法布设原理图Fig.1 Schematic diagram of high density resistivity method

3　检测结果分析与评价

3.1检测结果分析

为了解大坝0+850～0+950 m桩号范围的渗流性态，2013年9月5日采用高密度电法对大坝进行了检测，沿坝轴线方向布设了3个检测断面（图2），垂直坝轴线方向分别在桩号0+850 m和0+950 m处各布置一个检测断面。当日库水位为997.86 m，阴天，前期有降雨，下游排水沟有部分积水。5个检测断面的参数统计表见表1。

图2　检测断面平面布置图（0+850～0+950 m渗漏段）Fig.2 Layout of detection section（leakage area at 0+850～0+950 m）

表1　检测断面参数统计表Table 1 Statistics of detection section

通过对检测数据进行粗差判别、模型反演及后处理，共获得了5个断面的电阻率色谱图，色谱图中横坐标为桩号，纵坐标为测深，电阻率单位为Ω·m。5个断面的电阻率色谱图见图3～7。

图3中检测断面1显示了大坝右坝肩基岩电阻率分层连续完整，电阻率大于100 Ω·m，低阻区域分布于桩号0+980～0+950 m之间，推测土体含水率较高；图4中检测断面2低阻区相对于断面1低阻区范围增大，高程降低，呈带状分布，电阻率在15～ 25 Ω·m之间，推测土体含水率较高；图5中检测断面3位于大坝下游侧约2/3坝高处，在断面2中出现的坝体低阻区在检测断面3中扩展、贯通；图6～7显示，检测断面4、5中，大坝下游坝面表层1.0 m深度以内土体存在斑点状高阻区域，经分析为表面砂砾石护坡，低阻区在大坝下游坝面2.5～5.5 m深度范围内，呈带状分布。

图3　断面1数值反演计算电阻率色谱图Fig.3 Resistivity chromatogram obtained by numerical inversion calculation of section 1

图4　断面2数值反演计算电阻率色谱图Fig.4 Resistivity chromatogram obtained by numerical inversion calculation of section 2

图6　断面4数值反演计算电阻率色谱图Fig.6 Resistivity chromatogram obtained by numerical inversion calculation of section 4

综合分析各断面的电阻率色谱图，本次高密度电法检测较好地揭示了右坝肩高阻区对应的坝肩岩体和大坝下游表面斑点状高阻区域对应的表面砂砾石护坡。此外，检测发现顺坝坡向下浅层部位出现带状逐步扩散的低阻区，并在下游坝脚出现扩展和贯通，说明此处含水率较高。该部位对应现场检查发现的坝坡与排水棱体连接段潮湿区。

为查明带状区域出现的原因，结合桩号0+850 m断面的测压管监测数据进行分析。图8为0+850 m断面相同时段的测压管水位高程，可以看到测压管水位高程在990.00 m以下，与带状低阻区不重叠。为了进一步验证检测结果，对检测部位开挖探坑进行验证（图9），开挖结果表明大坝下游坝面该部位以下2.2 m深度范围内的土体较为湿润，而其他部位的土体较为干燥。

图7　断面5数值反演计算电阻率色谱图Fig.7 Resistivity chromatogram obtained by numerical inversion calculation of section 5

图8　桩号0+850 m断面测压管水位分布图Fig.8 Distribution of piezometer level in 0+850 m section

图9　1 m及2.2 m深度探坑内土体Fig.9 Soil in the exploration pits at depth of 1 m and 2.2 m

大坝渗流性态较为稳定，浸润线位置较低，开挖部位土体湿润并非大坝渗水导致。考虑到此区域降雨较为频繁，且检测日前期有降雨，分析该部位含水率较高可能主要是受到降雨入渗积水的影响。伴随气温变化，高含水率部位反复冻胀，导致护坡开裂隆起。因此可通过挖除坝脚冻胀填土拆除原开裂、隆起护坡，重新修砌护坡、排水结构，促进降雨积水的及时排除。

4　结语

通过对大坝进行高密度电法探测，结合监测资料和现场开挖验证结果的综合分析，查明了大坝下游坝面护坡开裂的原因，并提出处治措施。由此表明，高密度电法可用于检测土坝的内部结构，定性识别土坝的渗漏情况。

［1］廖全涛，王建军，李成香，等.高密度电法在滑坡调查中的应用［J］.资源环境与工程，2006，20（4）：430-431.

［2］Guo X，Huang X，Jia Y.Forward Modeling of Different Types of Landslides with Multi-electrode Electric Method ［J］.Applied Geophysics，2004，2（1）：14-20.

［3］康金盛.物探勘察在复杂滑坡勘察中的应用研究［J］.内蒙

作者邮箱：370745592@qq.com古石油化工，2007，19（3）：122-124.

［4］宋传星.高密度电法在滑坡体勘察中的应用［J］.工程勘察，2011（2）：47-52.

［5］徐海峰，窦丹丹，李卓，等.霍林河水库渗漏探测试验研究［J］.三峡大学学报（自然科学版），2014，36（6）：10-14.

收稿日期：2016-02-03；修回日期：2016-04-08

作者简介：杨阳（1985-），男，博士，研究方向为水工建筑物安全监控与应用。

作者邮箱：dyhhu@qq.com

Title:Detection and analysis based on high density resistivity method for Gaolehan reservoir//by

YANG Yang，WANG Fan-hua，HE Yong-jun and FAN Guang-ya//Dam Safety Management Department，Nanjing Hydraulic Research Institute

High density resistivity method can reveal inside information of a dam which takes a short time and low cost.At the same time，the method will not cause damage to the dam.For this reason，it was to detect the cracks on downstream slope of Gaolehan dam.Combined with dam monitoring data and site inspection information，the crack cause of downstream slope was analyzed and identified，and some remedial measures were given.

high density resistivity method；dam；leakage；detection

TV698.1

B

1671-1092（2016）03-0065-04

2015-10-18；

2016-01-15

张士平（1964-），男，浙江杭州人，高级工程师，主要从事水工维护及监测工作。

南京水科院院基金（Y716002、Y716009、Y716010、Y716013），国家自然科学基金（51609149）