任弘利，孟 強(qiáng)，李 濤，蘇可嘉

（1.東華理工大學(xué)地球物理與測(cè)控技術(shù)學(xué)院，江西南昌 330013；2.中陜核工業(yè)集團(tuán)二一四大隊(duì)有限公司，陜西西安 710000）

在水利工程建設(shè)中，檢測(cè)水庫(kù)滲漏，傳統(tǒng)檢測(cè)手段越來(lái)越不適用。為了解決這個(gè)問(wèn)題，廣大學(xué)者在直流電法的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)，高密度電阻率測(cè)深應(yīng)運(yùn)而生?；谄溆^點(diǎn)密度大、多級(jí)電極能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)排列和測(cè)量參數(shù)等優(yōu)勢(shì)。其被廣泛應(yīng)用至水利工程建設(shè)領(lǐng)域。湯磊[1]等利用此法查明某水庫(kù)大壩壩址區(qū)的覆蓋層厚度、地層的巖溶發(fā)育情況以及地層的隱伏斷層情況，效果俱佳。常建勇[2]將此法用于檢測(cè)路基施工質(zhì)量控制，結(jié)果可靠。李強(qiáng)[3]等通過(guò)此法勘查中測(cè)線較短時(shí)對(duì)地下溶洞進(jìn)行正演模擬，得到溶洞的趨勢(shì)特征。從而為工程建筑地基勘探提供了可靠參考依據(jù)。如今，此法在工程地質(zhì)勘察、水利水電工程、地質(zhì)構(gòu)造等諸多領(lǐng)域已得到廣泛應(yīng)用，且優(yōu)異成績(jī)有目共睹。因此，實(shí)踐證明高密度電阻率法在勘測(cè)水庫(kù)滲漏時(shí)是可行的。

本文主要是對(duì)土石壩水庫(kù)的壩體是否存在滲漏安全隱患進(jìn)行評(píng)估，以便發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)處理，防止水庫(kù)正常蓄水后發(fā)生安全事故。該土石壩水庫(kù)的地基主要以砂卵石為基礎(chǔ)，壩基下為強(qiáng)風(fēng)化基巖，本文要研究討論的主要地質(zhì)問(wèn)題是壩基是否存在滲漏。

1 基本原理

高密度電阻率法一次布設(shè)多次測(cè)量，可以方便獲取大量實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，簡(jiǎn)單、快捷、高效。該法憑借以上諸多優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用在各種工程領(lǐng)域之中。高密度電阻率測(cè)深應(yīng)運(yùn)而生。其理論依舊根據(jù)巖土電性差異為基準(zhǔn)，觀測(cè)其電、磁場(chǎng)在人工施加作用下的電流分布規(guī)律[4-10]。

根據(jù)不同的探測(cè)目的以及場(chǎng)地條件等，我們可以采用不同的電極排列方式，采用不同的裝置進(jìn)行集中式或者分布式測(cè)量。一般常見(jiàn)的裝置可以分為偶極—偶極裝置、單極—偶極裝置、施倫貝謝裝置、溫納對(duì)稱四級(jí)等排列裝置[11-12]。改變供電以及測(cè)量電極的排列長(zhǎng)度可以得到不同勘探深度視電阻率分布圖。

假設(shè)，存在均勻半空間中，在距離點(diǎn)源R處的電勢(shì)為U=。A、B電極（供電電極），M、N（測(cè)量電極）。輸入供電電流I，在兩個(gè)異性點(diǎn)電流源的電流場(chǎng)分布特性基礎(chǔ)上，依據(jù)疊加原理得出M、N兩點(diǎn)的電勢(shì)，從而求出兩點(diǎn)電位差。測(cè)量自動(dòng)跑極方式如圖1所示。

由此可以得到電阻率ρ:

式中：K——裝置系數(shù)。

2 野外工作布置

本次野外采集是用DEM-1 型多參數(shù)直流電法儀。踏勘后依據(jù)土石壩水庫(kù)地形我們布置了3 條測(cè)線。壩頂布第1條測(cè)線，測(cè)線剖面長(zhǎng)120m，電極距2m，共布置電極60 根；壩腰布第2 條測(cè)線，測(cè)線剖面長(zhǎng)120m，電極距2m，電極為60 根；壩底布第3 條測(cè)線，測(cè)線剖面長(zhǎng)290m，電極距2m，電極為90 根。如圖2 所示。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中都選擇溫納β裝置進(jìn)行電極測(cè)量。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境，在不影響勘測(cè)效果的情況下，盡量避免干擾因素，選擇合適的布線位置。接下來(lái)，確定電極位置且做好相關(guān)記錄，按照要求將電極準(zhǔn)確無(wú)誤打入所選位置。在電極打入過(guò)程中務(wù)必保證電極耦合良好。如果因地質(zhì)條件無(wú)法將電極準(zhǔn)確無(wú)誤布置，則在軟件中進(jìn)行相關(guān)記錄以免影響反演結(jié)果。若在布置過(guò)程中出現(xiàn)電極接觸不良，則可通過(guò)澆入適當(dāng)鹽水解決。

對(duì)每個(gè)電極做好檢查工作，用電表進(jìn)行接地電阻測(cè)試，以確保接地電阻的電阻率都在1kΩ之內(nèi)，保證能正常工作。除此之外，對(duì)供電電源進(jìn)行檢查，若儀器電源電壓低于規(guī)定時(shí)，要及時(shí)更換電池，保證其能正常工作。在測(cè)量過(guò)程中，若出現(xiàn)測(cè)量點(diǎn)誤差較大，需要多次測(cè)量并查明原由進(jìn)行解決，從而保證結(jié)果的準(zhǔn)確性。觀測(cè)時(shí)間可設(shè)為1.2s，重復(fù)觀測(cè)保證2 次，重復(fù)誤差設(shè)置為2%以內(nèi)。試驗(yàn)結(jié)束將數(shù)據(jù)導(dǎo)出并用相關(guān)軟件處理數(shù)據(jù)處理分析，得出反演結(jié)果。

3 數(shù)據(jù)分析及解釋

使用RES2DINV 軟件進(jìn)行反演，將其實(shí)驗(yàn)結(jié)果與我們測(cè)得的結(jié)果進(jìn)行分析對(duì)比分析，剔除客觀干擾（因地形或電極周圍的局部不均勻體所引起的），根據(jù)壩體巖性的電性特征，選擇合理的等值線間隔和圖例，最終形成地質(zhì)解釋剖面斷面圖。剖面縱軸為壩頂面向下埋深，橫軸為測(cè)線長(zhǎng)度（單位m），色標(biāo)圖例為反演視電阻率值（單位Ω·m）。

由于該土石壩頂部有塑性混凝土防滲墻，因此該二維斷面的視電阻率值隨深度增大而增大，斷面上視電阻率等值線扭曲，畸變較小，沿深度方向開啟型分布，不出現(xiàn)閉合等值線，如圖3上圖所示，經(jīng)反演二維視電阻率剖面斷面圖分布特征分析可估計(jì)該區(qū)段內(nèi)壩體和混凝土防滲墻的質(zhì)量較好，沒(méi)有明顯的滲漏點(diǎn)。而土石壩頂部視電阻率斷面等值線都有明顯的低阻扭曲，畸變帶或局部低阻異常，根據(jù)這些異常分布特征分析，C0 處即頂部橫向距離60m 縱向深度8m 塑性混凝土防滲墻可能出現(xiàn)裂隙漏水或破損滲漏。

測(cè)線2 位于堤壩壩腰位置，如圖3 中圖所示，經(jīng)測(cè)線2 剖面視電阻率斷面圖分析可發(fā)現(xiàn)，橫向距離56～64m，縱向位置4～9m 有很明顯的低阻異常區(qū)。推斷C1 異常區(qū)域可能存在滲漏。其余區(qū)域相對(duì)低阻區(qū)推斷解釋為壩體粘土引起，低阻異常呈條帶狀展布，說(shuō)明該壩體電性特征分布均勻。壩腰靠近山體方向的高阻異常整體上升，由大壩平面對(duì)比圖分析，受土石壩形體影響，供電電流大部分集中在主壩體內(nèi)，使觀測(cè)電壓相對(duì)偏高，反演后對(duì)應(yīng)的地層相對(duì)變淺，形成高阻異常整體上升的現(xiàn)象。

圖3下圖所示，壩下測(cè)線3反演二維視電阻率斷面圖電阻率特征分析可知，兩側(cè)壩肩無(wú)明顯電性異常，而壩中部位橫向距離114～188m，縱向位置3～9m出現(xiàn)了明顯大面積低阻異常。推斷C2 異常區(qū)域可能存在滲漏。左側(cè)壩肩的深部C3 異常區(qū)域存在較為明顯低阻異常，推測(cè)是土石壩壩體中，當(dāng)出現(xiàn)滲漏通道時(shí)，由于流體滲漏，附近區(qū)域出現(xiàn)明顯的低阻異常，從而可對(duì)滲漏位置進(jìn)行推斷。結(jié)合3條測(cè)線的反演結(jié)果可以得知，測(cè)線2及測(cè)線3底部均出現(xiàn)明顯的低阻體，推斷在大壩底部可能存在一條滲漏通道，而測(cè)線1由于受探測(cè)深度限制未能反映出壩底是否存在的滲漏通道。根據(jù)測(cè)線1和測(cè)線2剖面電性異常分析并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)施工資料，壩腰也可能存在一定范圍的滲漏跡象。為了驗(yàn)證本次物探結(jié)果的準(zhǔn)確性，通過(guò)實(shí)地踏勘和后期鉆探，在壩腰中間發(fā)現(xiàn)了一個(gè)明顯出水口，位置和本次高密度電阻率法探測(cè)結(jié)果基本吻合。

4 結(jié)論

本次高密度電阻率法在土石壩水庫(kù)滲漏勘測(cè)中取得了較好效果。依據(jù)剖面反演結(jié)果綜合對(duì)比分析，推斷壩腰的橫向距離56～64m，縱向位置4～9m位置可能存在滲漏管涌問(wèn)題，對(duì)壩中部位橫向距離114～188m，縱向位置3～9m 處一低阻異常區(qū)，推斷也可能存在滲漏。結(jié)合前期的工程地質(zhì)調(diào)查、后期的鉆探資料驗(yàn)證，證實(shí)本次高密度電阻率法探測(cè)成果的準(zhǔn)確性。此外查明了土石壩水庫(kù)的滲漏位置，為土石壩水庫(kù)除險(xiǎn)加固提供科學(xué)的參考依據(jù)。

通過(guò)本次高密度電阻率法在土石壩水庫(kù)的滲漏勘測(cè)的應(yīng)用，可得出以下結(jié)論：

（1）高密度電阻率法做到了一次性布設(shè)電極，可以自動(dòng)進(jìn)行采集和存儲(chǔ)，野外數(shù)據(jù)采集過(guò)程中體現(xiàn)了極高的工作效率；

（2）采用二維反演，結(jié)果直觀，成效顯著；

（3）使用高密度電阻率法進(jìn)行堤壩滲漏探測(cè)，容易受到觀測(cè)環(huán)境影響，數(shù)據(jù)處理過(guò)程中應(yīng)重視施工環(huán)境中近地表可能存在的電性各向異性和人文電磁干擾。