综合物探技术在大坝渗漏探测中的试验探究

黄建国

伴随国内对于水库大坝的重视而提高了建设的发展，而对于部分水库大坝来讲，对其开展病害的检测和治理也非常的重要，但受制于现场的环境因素和渗漏的程度，常用的检测方法存在一定的局限性，无法单独的实现快速探测，在本文中，首先针对大坝的渗漏综合物探技术进行了深入的分析，并以此为基础提出一种科学合理的探测原则体系，再和工程的实际地质和水文地质进行综合的分析，进而提出以大地电磁法与高密度电法先开展探测，然后使用高密度电法及微动法再次开展局部的探测，由此形成一种渗漏综合物探的技术方案，而且在最终的试验分析中显示结果较为准确，且效果好。

一、大坝渗漏的综合物探技术体系分析

当前所使用的对大坝渗漏常用的物探技术中，一部分效率高，一部低下，并且一部对参数的获取为介质电阻率及介质横波波速，因此不同的技术具有不同的特点，常用的物探技术分为以下几类，电磁法类、电法类、地震法类、其他类。但是部分探测技术，有一部分探测深度浅，一部分是有损的探测技术，一部分探测时存在较多的受限条件，特别是面波法不合适时，导致没有地震法大坝渗漏物探技术可用，因此，本文提出了一种物探检测技术，即微动法。此方法是较为有效的方法之一，同时，运用新电磁法的物探技术，即大地电磁法，对大坝开展探测试验。

二、现场试验

1.试验概况

本次研究选择国内某一代表性的水库大坝进行现场的试验，此水库为灌溉水库，并且兼具防洪调蓄和发电折作用，大坝的类型为土石坝，上游和下游分别是土体和堆石体，坝轴线呈现弧形，坝顶的高程为236m，坝顶的长度则为240m，顶宽4m。该水库建设于70年代，并在随后的使用中出现过重大的险情，于大坝的右端出现五个塌洞，随后对其进行了全面的加固处理，但还是存在漏水的情况，然后再运用防渗混凝土心墙进行处理，并做了帷幕灌浆，当蓄水到时233m时出现了新渗漏点。

2.综合物探技术方案

根据本次研究的水库基本情况制定综合物探的技术方案，第一步决定运用大地电磁法对水库大坝的整体进行探测，与此同时，利用高密度电法再次对水库大坝进行探测，然后对比验证不同方法的探测结果。经过初步的判断渗漏重点位置后，利用高密度电法及微动法进行综合物探，针对事先确定的重点位置开展局部的精细探测，然后结合不同物探方法进行探测结果，与工程的地质和水文进行综合性的分析，最终判断渗漏的性质和位置。

3.技术原理分析

（1）大地电磁法

此方法主要以天然电磁场为场源，然后对大地的电性结构进行研究的方法，以不同的频率电磁波在进行测量，然后再经过数据处理得出大地电性的结构。

根据电磁的相关理论，将电磁场（E、H）在大地传播，振幅的衰减从最初的值1/e时深度，并定义成穿透深度，具体公式如下：

从公式（1）中得出，趋肤深度（δ）会跟随电阻率（ρ）及频率（f）发生变化，测量主要和地下深度对应的频带进行。通常来讲，频率高的数据可以呈现浅部电性的特征，而频率低则可呈现较深地层的特征。大坝的渗漏一般会致使大地的电性结构异常，例如视电阻率较低，可以将其当作渗流路径的推断依据。

（2）高密度电法

为保障实际的测量，本文则采取K剖面法处理技术处理高密度电法的相关数据，再和RES2DINV反演结果对比。K剖面法主要是把研究电阻率ρs的差异进行相应的转换成为研究反射系数K差异，经处理后得出断面视电阻率的剖面结果。

视反射系数K为：

三、试验结果

1.整体探测结果

（1）大地电磁法结果

通过运用大地电磁法进行探测分析而得出以下结论：

①实际探测中的剖面上层介质，其视电阻率低，多以湿润素填土层为主，而下层的视电阻率则显示高，多以基岩层为主，并且水库左坝基岩面高于右岸。②划分异常基准则选取视电阻率值100 Ω·m等值线，在剖面划分四个低阻异常。其中低阻异常一处在右坝，另外三处在左坝，渗漏点则牌左坝的下游，经过初步的分析推断确定渗漏通道在左坝区。

（2）高密度电法结果

水库大坝的整体探测运用高密度电法，并以RES2DINV软件和K剖面法对数据进行处理，进而得出以下结论：①运用RES2DINV软件和K剖面法进行处理探测的结果均显示出，剖面的上层整体为低阻状态，视电阻率约25-200 Ω·m，多以湿润素填土层为主，下层整体呈高阻，视电阻率200~300Ω·m，多以基岩层为主，并且和上述大地电磁法结果基本相同，进一步表明K剖面法具有较高的可行性。②运用K剖面法进行处理的结果显示出比RES2DINV结果有更大的探测深度由此表明K剖面法能够有效地提升探测的深度。

（3）整体探测综合结果

将上述两种检测方法的探测结果进行综合分析得出如下结论：①依据实际物探的成果得出水库大坝的渗漏出水口在水库的左坝区，进而初步推断渗漏通道位于左坝区，可能显示为低阻异常。②通过与当前水库的地质资料进行结合得知，水库灌溉的发电洞充满水，所以可将其排除渗漏通道。

2.局部探测结果

（1）高密度电法局部结果

水库大坝局部探测的高密度电法处理结果，分别基于RES2DINV和K剖面法得出如下结论：

①运用RES2DINV软件和K剖面法进行处理探测的结果均显示出左侧坝体，整体为低阻状态，并且和上述大地电磁法及高密度电法进行的整体探测结果相同，且右侧的基岩呈现外露，整体的电阻较高。②划分异常基准则选取视电阻率值100Ω·m等值线划分四个低阻异常，结果表明K剖面法可行性较高。③K剖面法进行处理的结果显示出比RES2DINV有更大的探测深度由此表明K剖面法能够有效地提升探测的深度。

（2）微动法局部结果

微动法进行试验时利用两条测线，根据实际探测的结果表明：①大坝的表层湿润素填土层，其波速呈现较低，横波的波速在20~1000m/s范围，而在下层的基岩部分，其波速高，大约在1000~40000m/s之间。②通过与渗漏通道和周围介质波速差进行结合分析，并选取划分异常基准则选取视电阻率值800 Ω·m等值线，进一步确定了四个低阻异常。

（3）局部探测综合结果

将上述两种检测方法的探测结果进行综合分析得出如下结论：①微动法低速异常和高密度电法（RES2DINV）（K剖面法）吻合；②通过与当前水库的地质资料进行结合得知，水库的放空泄洪洞，所以可将其排除渗漏通道。

四、结语

通过上述整体和局部的探测分析，再和水库大坝工程的地质和水文进行结合，最终推断出水库的左坝区存在2条渗漏优势通道，并且渗漏多集中在左坝区，处于基岩内，进一步可推断渗漏的通道基本为岩溶通道。最后通过钻孔进行验证，综合探测的成果具有较高的准确度，符合工程的探测需求。