楊　陽，王范華，何勇軍，范光亞（1.南京水利科學(xué)研究院大壩安全與管理研究所，江蘇南京，210029；2.水利部大壩安全管理中心，江蘇南京，210029；.中電投蒙東能源集團有限責任公司水庫管理中心，內(nèi)蒙古霍林郭勒，029200）

?

高勒罕水庫大壩高密度電法檢測與分析

楊陽1，2，王范華3，何勇軍1，2，范光亞1，2
（1.南京水利科學(xué)研究院大壩安全與管理研究所，江蘇南京，210029；2.水利部大壩安全管理中心，江蘇南京，210029；3.中電投蒙東能源集團有限責任公司水庫管理中心，內(nèi)蒙古霍林郭勒，029200）

高密度電法檢測方法不需要對大壩進行開挖破壞，成本低、時間短，能夠揭示大壩內(nèi)部信息。為此采用高密度電法對高勒罕水庫土石壩下游坡的裂縫情況進行檢測，同時結(jié)合監(jiān)測資料和現(xiàn)場巡查等信息，分析判斷大壩下游坡的開裂原因，并提出處治措施。

高密度電法；大壩；滲漏；檢測

1　工程滲漏及處理概況

高勒罕水庫位于錫林郭勒盟境內(nèi)高勒罕河上，是一座以供水為主的中型水庫。主要建筑物由均質(zhì)土壩、泄洪洞及引水洞組成。土壩位于主河床內(nèi)，泄洪洞、引水洞均布置在河床右側(cè)。土壩壩長1 047.84 m，壩頂寬5.0 m，最大壩高22.8 m，防浪墻高度為1.0 m，壩頂高程1 004.80 m。上游壩坡采用漿砌石護坡，坡度為1∶3。下游壩坡為網(wǎng)格碎石護坡，在995.10 m處設(shè)有馬道，馬道寬2.0 m，馬道以上坡度為1∶2.5，以下為1∶2.75。壩基設(shè)有防滲連續(xù)墻，最大處理深度為65.7 m。土壩下游壩腳設(shè)有排水棱體及排水溝，大壩上游設(shè)反濾層。

水庫于2007年7月下閘蓄水，2008年11月通過竣工驗收。2012年6月，管理人員巡查時發(fā)現(xiàn)大壩下游壩面砌石護坡出現(xiàn)裂縫，此后裂縫條數(shù)增加，且下游坡漿砌石拱梁隆起，裂縫寬度呈增大趨勢，同時樁號0+900 m附近壩坡與排水棱體連接段出現(xiàn)潮濕現(xiàn)象。為確保工程運行安全，降低了庫水位，并用防雨塑料膜對裂縫進行了覆蓋，碎石壓腳。

為探明大壩護坡裂縫誘因及滲水斷面的實際滲流性態(tài)，采用高密度電法進行檢測，并結(jié)合大壩測壓管水位監(jiān)測數(shù)據(jù)、現(xiàn)場檢查、勘探分析結(jié)果，對大壩裂縫部位的滲流性態(tài)進行了綜合分析。

2　高密度電法檢測原理

高密度電阻率法是以巖土體電性差異為基礎(chǔ)的一種電探方法，通過特定的電極裝置測得視電阻率的分布規(guī)律，從而了解地下巖土體的電性結(jié)構(gòu)［1-3］。按不同的電極排列方式可以得到不同的電極排列組合，包括溫納對稱四極裝置（Wenner）、施倫貝爾裝置（Schlumberger）、偶極-偶極裝置（Dipole-dipole）、單極-偶極裝置（Pole-dipole）和單極-單極裝置（Pole-pole）等，其基本原理［4］簡介如下。

由此可求得電阻率ρ：

野外測量時，將全部電極（幾十至上百根）插入各測點（圖1），利用程控式電極轉(zhuǎn)換開關(guān)和工程電測儀實現(xiàn)數(shù)據(jù)的自動采集。對數(shù)據(jù)進行處理后，得到斷面電阻率色譜圖，結(jié)合地質(zhì)解釋獲得反映地層及其電性特征的地電斷面圖。在進行大壩滲漏檢測時，由于地層介質(zhì)的電阻率與巖土性質(zhì)、含水性等因素有關(guān)，當壩體壩基存在滲漏水，對應(yīng)檢測區(qū)域會出現(xiàn)明顯的低阻異常區(qū)，由此可以判別大壩滲漏情況。相對常規(guī)電法勘探方法，高密度電法電極布設(shè)一次完成，能有效進行多種電極排列方式的掃描測量，可以實現(xiàn)野外數(shù)據(jù)采集自動化，效率高、成本低、信息豐富，使用效果相對較好［5］。但高密度電法也屬于物探方法之一，易受地形影響并存在多解性等不足之處，需要多種方法綜合才能提高滲漏探測精度。

圖1　高密度電法布設(shè)原理圖Fig.1 Schematic diagram of high density resistivity method

3　檢測結(jié)果分析與評價

3.1檢測結(jié)果分析

為了解大壩0+850～0+950 m樁號范圍的滲流性態(tài)，2013年9月5日采用高密度電法對大壩進行了檢測，沿壩軸線方向布設(shè)了3個檢測斷面（圖2），垂直壩軸線方向分別在樁號0+850 m和0+950 m處各布置一個檢測斷面。當日庫水位為997.86 m，陰天，前期有降雨，下游排水溝有部分積水。5個檢測斷面的參數(shù)統(tǒng)計表見表1。

圖2　檢測斷面平面布置圖（0+850～0+950 m滲漏段）Fig.2 Layout of detection section（leakage area at 0+850～0+950 m）

表1　檢測斷面參數(shù)統(tǒng)計表Table 1 Statistics of detection section

通過對檢測數(shù)據(jù)進行粗差判別、模型反演及后處理，共獲得了5個斷面的電阻率色譜圖，色譜圖中橫坐標為樁號，縱坐標為測深，電阻率單位為Ω·m。5個斷面的電阻率色譜圖見圖3～7。

圖3中檢測斷面1顯示了大壩右壩肩基巖電阻率分層連續(xù)完整，電阻率大于100 Ω·m，低阻區(qū)域分布于樁號0+980～0+950 m之間，推測土體含水率較高；圖4中檢測斷面2低阻區(qū)相對于斷面1低阻區(qū)范圍增大，高程降低，呈帶狀分布，電阻率在15～ 25 Ω·m之間，推測土體含水率較高；圖5中檢測斷面3位于大壩下游側(cè)約2/3壩高處，在斷面2中出現(xiàn)的壩體低阻區(qū)在檢測斷面3中擴展、貫通；圖6～7顯示，檢測斷面4、5中，大壩下游壩面表層1.0 m深度以內(nèi)土體存在斑點狀高阻區(qū)域，經(jīng)分析為表面砂礫石護坡，低阻區(qū)在大壩下游壩面2.5～5.5 m深度范圍內(nèi)，呈帶狀分布。

圖3　斷面1數(shù)值反演計算電阻率色譜圖Fig.3 Resistivity chromatogram obtained by numerical inversion calculation of section 1

圖4　斷面2數(shù)值反演計算電阻率色譜圖Fig.4 Resistivity chromatogram obtained by numerical inversion calculation of section 2

圖6　斷面4數(shù)值反演計算電阻率色譜圖Fig.6 Resistivity chromatogram obtained by numerical inversion calculation of section 4

綜合分析各斷面的電阻率色譜圖，本次高密度電法檢測較好地揭示了右壩肩高阻區(qū)對應(yīng)的壩肩巖體和大壩下游表面斑點狀高阻區(qū)域?qū)?yīng)的表面砂礫石護坡。此外，檢測發(fā)現(xiàn)順壩坡向下淺層部位出現(xiàn)帶狀逐步擴散的低阻區(qū)，并在下游壩腳出現(xiàn)擴展和貫通，說明此處含水率較高。該部位對應(yīng)現(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)的壩坡與排水棱體連接段潮濕區(qū)。

為查明帶狀區(qū)域出現(xiàn)的原因，結(jié)合樁號0+850 m斷面的測壓管監(jiān)測數(shù)據(jù)進行分析。圖8為0+850 m斷面相同時段的測壓管水位高程，可以看到測壓管水位高程在990.00 m以下，與帶狀低阻區(qū)不重疊。為了進一步驗證檢測結(jié)果，對檢測部位開挖探坑進行驗證（圖9），開挖結(jié)果表明大壩下游壩面該部位以下2.2 m深度范圍內(nèi)的土體較為濕潤，而其他部位的土體較為干燥。

圖7　斷面5數(shù)值反演計算電阻率色譜圖Fig.7 Resistivity chromatogram obtained by numerical inversion calculation of section 5

圖8　樁號0+850 m斷面測壓管水位分布圖Fig.8 Distribution of piezometer level in 0+850 m section

圖9　1 m及2.2 m深度探坑內(nèi)土體Fig.9 Soil in the exploration pits at depth of 1 m and 2.2 m

大壩滲流性態(tài)較為穩(wěn)定，浸潤線位置較低，開挖部位土體濕潤并非大壩滲水導(dǎo)致。考慮到此區(qū)域降雨較為頻繁，且檢測日前期有降雨，分析該部位含水率較高可能主要是受到降雨入滲積水的影響。伴隨氣溫變化，高含水率部位反復(fù)凍脹，導(dǎo)致護坡開裂隆起。因此可通過挖除壩腳凍脹填土拆除原開裂、隆起護坡，重新修砌護坡、排水結(jié)構(gòu)，促進降雨積水的及時排除。

4　結(jié)語

通過對大壩進行高密度電法探測，結(jié)合監(jiān)測資料和現(xiàn)場開挖驗證結(jié)果的綜合分析，查明了大壩下游壩面護坡開裂的原因，并提出處治措施。由此表明，高密度電法可用于檢測土壩的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，定性識別土壩的滲漏情況。

［1］廖全濤，王建軍，李成香，等.高密度電法在滑坡調(diào)查中的應(yīng)用［J］.資源環(huán)境與工程，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.物探勘察在復(fù)雜滑坡勘察中的應(yīng)用研究［J］.內(nèi)蒙

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

［4］宋傳星.高密度電法在滑坡體勘察中的應(yīng)用［J］.工程勘察，2011（2）：47-52.

［5］徐海峰，竇丹丹，李卓，等.霍林河水庫滲漏探測試驗研究［J］.三峽大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2014，36（6）：10-14.

收稿日期：2016-02-03；修回日期：2016-04-08

作者簡介：楊陽（1985-），男，博士，研究方向為水工建筑物安全監(jiān)控與應(yīng)用。

作者郵箱：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

張士平（1964-），男，浙江杭州人，高級工程師，主要從事水工維護及監(jiān)測工作。

南京水科院院基金（Y716002、Y716009、Y716010、Y716013），國家自然科學(xué)基金（51609149）