高密度电阻率法在土坝渗漏通道探测中的应用

李 焱 邹晨阳 吴永风

(1.江西省水利科学研究院, 江西 南昌 330029;2. 江西省水工安全工程技术研究中心, 江西 南昌 330029;3. 西北农林科技大学水利与建筑工程学院, 陕西 杨凌 712100)



高密度电阻率法在土坝渗漏通道探测中的应用

李 焱1,2,3邹晨阳1,2吴永风1,2

(1.江西省水利科学研究院, 江西 南昌 330029;2. 江西省水工安全工程技术研究中心, 江西 南昌 330029;3. 西北农林科技大学水利与建筑工程学院, 陕西 杨凌 712100)

利用高密度电阻率法对水库大坝渗漏通道进行探测，并用地质雷达法对探测结果进行验证，基本探明了渗漏通道的走向和埋深，表明高密度电阻率法在探测渗漏通道方面具可信度。同时指出在渗漏通道探测工作中，应使用两种以上方法，以使结论互相印证。

大坝； 渗漏通道； 高密度电阻率法； 探测

Application of high density resistivity method in earth dam seepage channel detection

1 前 言

高密度电阻率法探测技术自20世纪80年代发明以来，广泛应用于工程勘探、地质灾害评估、工程检测等领域。在水利水电工程中，主要应用于混凝土防渗墙质量检测、堤坝隐患渗漏探测等。关于高密度电阻率法在堤坝渗漏通道探测中的应用，前人进行了大量的研究，基本明确了高密度电阻率法的应用方法,并指出了在应用时应注意的事项。本文在参考这些研究的基础上，对水库大坝实例的渗漏通道进行探测，排查大坝渗漏通道并确定走向和位置，同时根据走向对混凝土防渗墙进行质量判定，利用高密度电阻率法和地质雷达法对大坝下游坝体进行探测。

2 工程概况

江西省贵溪市界牌水库大坝为均质土坝，最大坝高20.30m，坝长147m，坝顶高程59.78m(假设高程)，总库容196万m3，该水库为小(1)型水库工程。水库始建于20世纪60年代，由于年久失修，大坝渗漏严重，下游常出现渗水、管涌等险情。

3 探测原理及仪器

高密度电阻率法探测技术是在传统的四极对称直流电探测法基础上，对地下介质的导电性差异进行分析，从而确定地下介质分布的一种电学勘探方法。其工作过程是首先施加并接收一个人工电场，研究地下传导电流的分布规律，从而推断地下具有不同电阻率地质体的位置。该方法可以同时布设大量电极，检测密度高，但探测深度和布设导线的长度有关。使用的仪器为DUK-4全波形分布式高密度电阻率法仪，该仪器集电流电位全波形记录、32位A/D、大功率控制、嵌入式实时操作系统于一体，现场可编程阵列逻辑；仪器具备完善的测量控制过程，具有接地电阻检测、电极自检功能、电极电位超限自延测量功能和自动增益功能，可确保在受到干扰的情况下仍能获得高质量的原始数据。

4 探测工作流程

为探测水库渗漏通道，共进行两次测试，两次探测的平面位置均为大坝0+000～0+080，高程分别为53.78m、49.78m；测线均布置于背水坡并平行于坝轴线。

每次探测选用8根10道电缆，共80道电极，电极间距1m。断面测量时所有电极一次性铺设完成，为确保电极接地良好、各电极接地电阻均一，剖面测量前对所有电极进行接地电阻检查，采取浇盐水等手段保证各电极接地电阻均小于7kΩ。采集过程中供电电压采用400V。

5 成果分析及验证

5.1 高密度电阻率法探测成果

a.大坝0+000～0+080断面。大坝0+000～0+080，高程53.78m处断面共布置高密度点电法测线1条(见图1)，布置于背水坡一级马道上，马道高程53.78m。采用温纳排列进行测量。

图1 JP1线高密度电法反演电阻率剖面(▽53.78m)

JP1线起点桩号为0+000(图1右侧)，终点桩号为0+080(图1左侧)，道间距1m(反演后加密为0.5m)，共80道电极。从视电阻率等值图可以看出，在测线横坐标35～43(桩号0+037～0+045附近)出现低阻异常带,电阻率约为70Ω·m。对地下水电阻率值的探测结果，推断该处可能为隐伏的渗漏通道。其深度大约为测线以下9～12m左右，即高程约为44.78～41.78m。

b.大坝0+000～0+080断面。大坝0+000～0+080，高程49.78m断面布置高密度点电法测线1条(见图2)，布置于二级马道上。采用温纳排列进行测量。

图2 JP2线高密度电法反演电阻率剖面(▽49.78m)

JP2线起点桩号为0+000(图2右侧)，终点桩号为0+080(图2左侧)，道间距1m(反演后加密为0.5m)，共80道电极。从视电阻率等值图可以看出，在测线横坐标37～60(桩号0+020～0+043附近)出现明显低阻异常,电阻率约为70Ω·m，推断可能为渗漏通道，深度约为测线以下5～7m，即高程约为44.78～42.78m。

5.2 地质雷达法验证

地质雷达法，利用超高频电磁波探测地下介质分布，基本原理是：发射天线发射脉冲电磁波讯号。当这一讯号在岩层中遇到地层变化或地质体变化时，会产生一个反射讯号。直达讯号和反射讯号通过接收天线输入接收机，放大后由示波器显示并由主机记录。随着地质雷达的行进和地下物体的变化，波形不断增加并改变。根据波形变化，即可以判断地下地层和地质情况变化；根据被探测物体的介电常数，即可对地下地层和地质情况进行深度分析。其优点是对介电常数变化较大的地质体可清晰分辨。该次探测地质雷达操作平台为Windows CE，主机可适配所有高中低频雷达天线，频率范围从16MHz到2.2GHz，扫描速率最高300线/s，具备连续测量、测量轮、点测三种模式，测量范围0～8000ns。

共进行1次验证探测，位置为大坝0+000～0+080，高程49.78m，探测总长度80m；探测位置同高密度电阻率法。

选用80MHz非屏蔽低频组合天线，天线中心频率为80MHz，为了对自然界的杂波、仪器杂波及其他信号杂波进行过滤，仅采集20～200MHz电磁波信号。结合相关地质资料，选择合适介电常数和记录长度，使测试达到预期深度。选择点测模式，并通过增大发射率和叠加次数以提高测量精度。收发天线间距固定为1.20m，步长选定为0.50m。

探测雷达原始图经时间零点确认→背景去除→表面范化→横向扩展→反卷积处理后，形成雷达成像图(见图3)。

图3 大坝0+000～0+080地质雷达成像(▽49.78m)

图3中纵坐标为深度，横坐标右侧为0+000，左侧为0+080。

根据图3可以看出：图中深度0～1m存在较多异常情况，但考虑到1m以内为雷达盲区(盲区范围随雷达频率不同)，判定为干扰杂波。在桩号0+020～0+040范围内，深度5m向下，波形起伏较大，推断为该区域为含水较高区域。但由于土体含水率较高，干扰较大，因此无法对其深度进行准确定位。结合高密度电阻率法，认为深度为5.0m向下，即高程44.78m以下均为高含水区。

综合高密度电阻率法和地质雷达法的探测结果，推断渗漏通道高程为44.78～41.78m处，平面位置由0+037～0+045逐渐变为0+020～0+043，说明随着渗漏的产生，高含水体范围呈扩大趋势。

6 结 论

利用高密度电阻率法，对大坝渗漏通道进行了探测，并用地质雷达法进行了验证，基本确定了渗漏通道位置和走向。对堤坝渗漏通道进行探测时，应使用两种以上方法互相验证探测结果，结论更可靠。

地质雷达法对渗漏通道探测成果可信度弱于高密度电阻率法，相比后者，耗时更长，操作更复杂，建议地质雷达法作为高密度电阻率法的验证和补充方法。

[1] 李雷,张国栋.我国堤坝隐患探测技术及面临的问题与建议[J].水利水运工程学报，2009(4):91-99

[2] 邓居智,刘庆成,莫撼.高密度电阻率法在探测水坝隐患中的应用[J].华东地质学院学报，2001，24(4):282-285.

[3] 董延朋,万海.高密度电阻率法在堤坝洞穴探测中的应用[J].物探装备，2006，16(1):56-58.

LI Yan1, 2, 3, ZOU Chenyang1,2, WU Yongfeng1, 2

(1.JiangxiWaterResourcesScienceResearchInstitute,Nanchang330029,China; 2.JiangxiHydraulicSafetyEngineeringTechnologyResearchCenter,Nanchang330029,China; 3.NorthwestAgricultureandForestryUniversity,WaterResources

andArchitecturalEngineeringInstitute,Yangling712100,China)

High density resistivity method is utilized for the detection of the reservoir dam leakage passage. Geological ground penetrating radar method is used for validating the detection result. The direction and buried depth of seepage channel are basically detected. It is obvious that the high density resistivity method has high credibility in the aspect of seepage channel detection. Meanwhile, it is pointed out that the two methods should be applied in seepage channel detection work for confirming the conclusions mutually.

dam; seepage channel; high density resistivity method; detection

10.16616/j.cnki.11- 4446/TV.2016.11.018

TV698.2+3

B

1005-4774(2016)11- 0065- 04