坝体隐患强密度电阻率勘测法探测的实验分析

赵 晶

(宜昌市水利水电勘察设计院有限公司，湖北 宜昌 443005)

坝体隐患探测是水工坝体建造和安全维护始终重视的技术和实践课题，良好的检测手段和技术，关系到工程测量的效率和精度，更事关工程的建造质量和维护使用安全。本文基于对案例实验工程实施隐患工程预设实施强密度电阻率勘测法隐患探测及解析，分析判断该测量结果与隐患工程预设的基本符合程度，验证坝体隐患探测应用强密度电阻率勘测法探测的可靠程度，以期为同类工程应用提供借鉴和技术参考。

1 强密度电阻率勘测法原理

强密度电阻率勘测法的主要工作机理与常用的电阻率测量法大体相同，也是一种基于坝体内介质导电性电阻率差异的电子测探方法。通常情况下，由孔洞、土性或裂隙等构成的地下介质，其具体设计填埋深度、大小以及性质等经人工加载电场的传播作用，电流传导分布与各赋存状态发生各具特点的关联反应状态。只要探测到这些传导电流所呈现的互有差异的分布规律，区域地层介质电阻率分布就会被逐一解析出来，然后通过反向推演，可以知悉区域地层的地质存在状态。强密度电阻率勘测法侦测机理见图1。

图1 强密度电阻率勘测法侦测机理

强密度电阻率勘测法的供电频率一般相对比较低，而且通常都是相对固定不变的，因此一定程度上就本质而言，强密度电阻率勘测法还是属于电子勘测法的技术范畴。相较于常规电测方法，强密度电阻率勘测法通常都设置具有相对较大密度的区域测点。强密度电阻率勘测法将电剖面勘测和深区勘测功能合成一体，可以轻松获取目标地域电勘测断面的空间二维信息，故其信息量通常远远高于基于普通电测法的测量信息量。

强密度电阻率勘测法对坝体隐患的探测规律一般为：均质地层的电阻率一般比较均匀平缓，隐患地质和位置则呈现电阻局部异常。如弱软参构体、软弱结构层或者漏渗通道等等，基本都有呈现为较高的介电、较低的密度以及较低的电阻率反应探测状态；而空洞和裂隙等隐患状态，通常呈现为低介电、低密度、高电阻探测反应状态。

在野外操作的强密度电阻率勘测法探测，其基本过程是：地面布设几十甚至几百个工作电极，经过多芯引线连接串联，接至专业的电极转换器，交由智能电子主机控制区域测点，操控扫描电极排列状态和阵列极距，不断操控电极位置，借以测度出相关底层部位的差异化电位分布，进而收到对不同测度深度的坝体目标的精确勘测。

2 模型坝体及实验方案

案例实验选取在黄河沿线河南境内的一处某岗李水库，实验坝体划分为1#坝和2#坝。1#坝：长度100 m，坡度1∶2，坝底宽22 m，坝顶宽2 m，系在既有旧坝体边新建的坝体。2#坝：长度100 m，坡度1∶3，坝底宽32 m，坝顶宽2 m，系由既有旧坝体改造而成。两实验坝于距离坝顶的2.6 m位置交汇，坝顶中线距离为16 m，形成一个梯形的横截空间。见图1、图2。

旧实验坝2#的隐患设计预设，坝体顶部制作施工中，于开挖回填恢复后，即要做一次强密度电阻率勘测法的探测，通过解析数据并与真实隐患工程预设实施比对。选用施伦伯格电测法装，电极距0.5 m，电极数60，探测距离每次30 m。为尽可能降低梯型勘测面所造成的相关正常数据的失缺，相邻间隔探测间要始终保持电极至少10个重合，总测线程长度100 m。选用AGI软件对电测资料实施推演。

图2 基于横截面的实验坝示意

图3 基于平面的实验坝示意

实验坝1#在距离坝顶5 m的坝基部分开始堆筑隐患工程预设。堆筑同时，分别在距离坝顶2及3.5 m处和坝顶部位，3次探测坝体隐患工程预设。选用专业AGI智能系统，对勘测所获得的一手数据资料开展进一步推演，比对实验所确定的坝体隐患基本预设，解析验证强密度电阻率勘测法的探测准确度和精度。

3 强密度电阻率勘测法分析结果检测

3.1 对实验坝2#的探测结果及比对

见图4-图7。

图4 坝顶部位距离0～30 m推演结果

图5 坝顶部位距离25～55 m推演结果

图6 坝顶部位距离50～80 m推演结果

图7 坝顶部位距离75～105 m推演结果

案例实验坝2#隐患工程预设部位见图8。

图8 案例2#中线纵剖面示意

坝段0～30 m区段，设计4个隐患存在，分别系空洞态低阻值介电体2个和洞状高阻体2个。隐患1为洞状高阻体，探测系在0.7～1.3 m的设计填埋深度，基于水平向测量值系在4.7～5.7 m的标准距离；隐患2系空洞态低阻值介电体，探测显示2.7～3.6 m设计填埋深度，基于水平向测量值系在12～13 m的标准距离；洞状高阻体为第3个隐患，探测部位显示为1.5～2.4 m的设计填埋深度，基于水平向测量值系在19.5～20.5 m的标准距离。

比对隐患工程预设设计，3部位测量结果基本与隐患工程预设设计相符。隐患工程预设直径为0.5 m，推演结果比对实际隐患发生了非正常放大。其原因在于探测电阻率并非是真实电阻率，而为视电阻率。隐患3显示异常的电阻率是水平方向电阻率，最有可能是施工中混入了诸如小石块等电阻率较大的杂质，也可能为不均匀土质所致。隐患4系空洞态低阻值介电体，未能显示在图中的原因在于梯形是强密度电阻率勘测法的二维探测面的基本几何形状，测线端点的下方存在一个三角形测定盲区。此亦为要求第1次和第2次观测要留有5 m重合的原因。

坝段25～55 m，共存有隐患4个，为空洞态低阻值介电体2个、板状高阻体1个以及洞状高阻体1个。隐患1系图中未显示的空洞态低阻值介电体隐患，探测部位显示为1.5～2.5 m设计填埋深度，水平位在1.5～3 m，结合前面的25 m，可作26.5～28 m标准距离换算。隐患2系洞状高阻体，探测显示为2.7～3.6 m的设计填埋深度，基于水平向测量值系在换算后的34.5～35.5 m标准距离；隐患3系空洞态低阻值介电体，探测显示为0.6～1.4 m的设计填埋深度，基于水平向测量值系在换算后41.6～42.6 m的标准距离。比对隐患设计预设部位，3个探测结果与隐患设计预设基本符合，推演结果也是发生了非正常的异常放大现象，其原因大致基本同上。非正常的异常放大的倍数有所差异当属正常，因为隐患周边土质不尽相同，其对应视电阻率当然有所不同。隐患4系板状高阻体，探测部位显示为0.7 m顶部设计填埋深度，基于水平向测量值系在为换算后52.5～53 m的标准距离，隐患4下半部分未有显示，此暂不予解析。以上推演结果均符合于隐患设计预设的部位所在。

在50～80 m坝段，共存在隐患3个，均为板状高阻体。隐患1在上文已然有述，此不再解析；隐患2系板状高阻体，探测部位显示为1.3～4 m设计填埋深度。此处设计设计填埋深度是2～4 m，基于水平向测量值系在换算后59.5～60 m的标准距离。隐患3系板状高阻体，探测部位显示为0.7～3 m设计填埋深度，此处设计设计填埋深度是1～3 m，基于水平向测量值系在换算后69.5～70.5 m的标准距离。比对隐患工程预设部位设计，此2处测量结果符合于隐患工程预设水平设计，都发生0.3 m竖向上的提增，非正常放大现象越接近探测地面越明显。

在75～105 m坝段，只存在板状高阻体1个隐患。探测位显示为0.7～3 m设计填埋深度，基于水平向测量值系在换算后80～80.5 m的标准距离。比对隐患工程预设设计，上述探测结果符合于隐患工程预设设计，同样都发生了0.3 m的竖向上的增益。除掉土质不均和异常放大现象带来的误差，将实验坝2#探测结果跟实际设计隐患作对比，探测结果符合于实际隐患部位。

在推演图中，有3种背景体颜色，分别是黄色、绿色和天蓝色。发生蓝色系之向红色系演变，表明电阻率在逐渐放大。因为施工条件的一些限制，采用的工程土体粒质不够均匀。天蓝色对应较大水分的黏土，绿色对应较少水分的黏土，黄色则对应沙土。

3.2 实验坝1#的探测结果与实际隐患比对

3.2.1 距坝顶3.5 m部位的比对

见图9-图12。

图9 距坝顶3.5 m部位，距离0～30 m推演结果

图10 距坝顶3.5 m部位，距离25～55 m推演结果

图11 距坝顶3.5 m部位，距离50～80 m推演结果

图12 距坝顶3.5 m部位，距离75～105 m推演结果

实验坝1#实际隐患部位示意图见图13。

图13 案例坝1#中线纵剖面隐患工程预设

在0～30 m坝段，共存在隐患2个，为洞状高阻体和空洞态低阻值介电体各1个。隐患1系空洞态低阻值介电体，探测部位显示为1～2 m设计填埋深度，联系3.5 m至坝顶距离，换算后为4.5～5.5 m的设计填埋深度，基于水平向测量值系在14.5～15.5 m的标准距离。隐患2系洞状高阻体，探测部位显示为换算后3.7～4.5 m设计填埋深度，基于水平向测量值系在24.5～25.5 m的标准距离。比对隐患工程预设设计，除异常放大的推演结果外，探测结果均符合隐患工程预设设计填埋深度，仍发生了水平方向的电阻率异常现象，原因如前文所述。

在25～55 m坝段，存在隐患2个，为洞状高阻体和空洞态低阻值介电体各1个。隐患1系空洞态低阻值介电体，探测部位显示为换算后3.7～4.5 m设计填埋深度，基于水平向测量值系在换算后34.7～35.5 m的标准距离：隐患2系洞状高阻体，探测部位显示为换算后4.7～5.4 m的设计填埋深度，基于水平向测量值系在换算后44.5～45.4 m的标准距离。比对隐患工程预设设计，除异常放大的推演结果外，探测结果均符合隐患工程预设设计填埋深度，仍发生了水平方向的电阻率异常现象，原因如前文所述。在50～80 m坝段和75～105 m坝段，没有探测隐患显示，实际部位事实上也不存在隐患设定。

3.2.2 距坝顶2 m部位的比对解析

见图14-图17。

图14 距坝顶2 m部位，距离0～30 m推演结果

图15 距坝顶2 m部位，距离25～55 m推演结果

图16 距坝顶2 m部位，距离50～80 m推演结果

图17 距坝顶2 m部位，距离75～105 m推演结果

实验坝1#实际隐患部位示意图见图18。

图18 案例坝1#中线纵剖面隐患工程预设

在0～30 m坝段，存在隐患2个，为洞状高阻体和空洞态低阻值介电体各1个。隐患1系空洞态低阻值介电体，探测部位显示为换算后4.7～5.3 m的设计填埋深度，基于水平向测量值系在4.3～15 m多年标准距离；隐患2为洞状高阻体，探测部位显示为换算后3.5～4.5 m的设计填埋深度，基于水平向测量值系在24.5～25.5 m的标准距离。与设计隐患工程预设相对，探测结果符合设计隐患工程预设。

在25～55 m坝段，存在隐患2个，为洞状高阻体和空洞态低阻值介电体各1个。隐患1系空洞态低阻值介电体，探测部位显示为换算后3.8～4.5 m的设计填埋深度，基于水平向测量值系在换算后34～35 m的标准距离；隐患2为洞状高阻体，探测部位显示为换算后4.7～5.4 m的设计填埋深度，基于水平向测量值系在换算后44.6～45.6 m的标准距离。比对隐患设计预设，探测结果符合隐患设计预设。在75～105 m坝段，没有探测隐患显示，实际部位事实上也不存在隐患设定。在50～80 m坝段，存在软弱夹层隐患1个，换算后2.7～3.3 m的设计填埋深度，水平位在65.5～71 m。比对隐患工程预设设计，亦符合实际隐患工程预设设计。

4 结 语

本文介绍了强密度电阻率勘测法基本原理；基于案例坝模型展开坝体隐患强密度电阻率勘测法检测实验；介绍了隐患实验坝强密度电阻率勘测法检测结果并进行了分析；验证和体现了坝体隐患探测应用强密度电阻率勘测法探测的符合程度，可为同类工程应用提供借鉴和技术参考。