瞬变电磁法探测大坝裂缝试验研究★

张 毅 毋光荣

(黄河勘测规划设计有限公司,河南 郑州 450003)



瞬变电磁法探测大坝裂缝试验研究★

张 毅 毋光荣

(黄河勘测规划设计有限公司,河南 郑州 450003)

介绍了瞬变电磁法的工作原理，通过纳米瞬变电磁仪，对某大坝裂缝进行了探测，并论述了中心回线和偶极两种装置的试验参数，对比了两种装置的试验结果，指出内框1 m，外框4 m的中心回线装置探测均质土坝裂缝效果较好。

瞬变电磁法，大坝裂缝，中心回线，偶极装置

0 引言

某水库大坝为碾压式均质土坝，走向为西南至东北，斜贯沟谷，位于鞑子坟北侧240 m处。坝体建基面最低高程1 568.00 m，坝顶高程1 603 m，最大坝高为35 m，坝长为480 m，坝顶宽8 m，上铺15 cm厚碎石。

大坝上游砌护采用干砌卵石，坝基防渗采用截槽方式，截渗槽底深入泥岩1 m；坝体内部排水采用坝内集水棱体+水平排水褥垫方式，下游坝坡砌护采用草皮护坡，并每60 m设竖向坡面排水一道，马道和大坝外坡脚设纵向排水沟，排水沟采用混凝土砌护。

水库大坝安全评价结果表明：大坝坝顶存在较严重的不均匀沉降，坝面出现多处裂缝，坝顶上下游侧坝坡砌护混凝土出现裂缝、错台、破碎现象。大坝输水涵管顶部坝体沉降较小，而两侧坝体沉降较大，出现多条横向裂缝，虽经灌浆处理，仍有发展趋势，坝体与涵管间存在接触渗漏的可能。

上、下游坝面有主要裂缝15条，另外有4条横向裂缝。根据大坝裂缝分布情况，其中坝顶裂缝主要分布在0+110 m～0+200 m附近。而横向裂缝主要分布在左右坝肩与坝体结合处，集中在上游面靠近库区范围内。大部分裂缝均经过灌浆处理，但部分裂缝在处理后仍有一定的发展趋势，湿陷性黄土导致的坝体沉降严重影响了大坝的安全运行。

1 方法原理

瞬变电磁法(Time Domain Electromagnetic Method)简称TDEM或TEM。瞬变电磁法以接地导线或不接地回线通以脉冲电流，在一次场间歇期间利用另一回线接收测量由地下介质产生的感应电场即二次场随时间的变化。该二次场是由地下不同导电介质受激励引起的涡流产生的非稳定磁场，它与地下地质体有关，根据它的衰减特征，可以判断地下地质体的电性、规模、产状等。

现场工作采用重叠回线装置，即发送回线Tx与接收回线Rx相重合的敷设装置，这种装置产生的电磁场与被探测地质体具有最佳耦合。现场试验确定线框尺寸为2 m×2 m，发射线圈5匝，接收线圈15匝，发送电流确定为5 A，测点点距1.0 m，装置示意图见图1。

2 仪器与参数

2.1 仪器

纳米瞬变电磁仪(NanoTEM)由一个NT-32与GDP-32Ⅱ构成一体的发送机，一个电池供电的NanoTEM发送机以及少量负载电阻所组成。接收板对衰减波形在1.2 μs或1.6 μs间隔上取样，纳米瞬变电磁(NanoTEM)发送机的配置是为了快速关断，用12 V电池供电，其输出电流可高达10 A。

2.2 试验参数

试验采用中心回线和偶极两种装置类型，装置示意图见图2。

中心回线装置根据仪器厂家推荐的内外框边长1∶4，分别用内框5 m、外框20 m；内2 m、外框8 m；内1 m、外框4 m；在已知裂缝位置探测3次，点距均为1 m。

偶极装置分别用边长3 m,2 m,1 m的正方形框测试；在已知裂缝位置探测3次，点距均为1 m。

3 试验结果

大坝为人工填土，土质均匀，空洞或裂缝在干燥情况下，电阻率远高于周围土体，在冲水情况下，电阻率明显低于周围土体，这是探测大坝隐患的电性基础。

图3是中心回线3种装置在裂缝处的对比试验结果，内框1 m、外框4 m的中心回线装置成果图在250 m水平位置，深度10 m以下，有一条明显的低阻区，与地表发现的裂缝位置一致，探测效果最好。三种装置探测结果对比显示，收发线框尺寸越大，探测裂缝的效果越差，这一现象符合瞬变电磁原理，线框尺寸越大，探测的有效区域越大，裂缝体积在有效探测体积内所占比重越小，异常反映也就越弱。

图4是偶极3种装置在裂缝处的对比试验结果，边框2 m的偶极装置成果图在250 m水平位置，深度10 m以下，有一条明显的高阻区，与地表发现的裂缝位置一致，但此处裂缝在水位线以

下，应表现为低阻区域，探测效果较好。三种装置探测结果对比显示，边框2 m的偶极装置能够准确探测到裂缝位置，但电阻率性质相反，另外两种方式对裂缝无明显反应。

通过对比试验，内框1 m、外框4 m的中心回线装置探测均质土坝裂缝的效果最好。

4 结语

1)纳米瞬变电磁仪探测均质土坝裂缝是有效的；

2)偶极装置对裂缝的位置反应最明显；

3)内框1 m、外框4 m的中心回线装置探测均质土坝裂缝的深度效果最好；

4)纳米瞬变电磁仪探测裂缝效率高；

5)本次试验的裂缝贯穿地表，裂缝最大宽度10 cm,选用内框1 m、外框4 m的中心回线装置探测均质土坝裂缝的效果最好，但是对空洞等隐患，最佳探测装置可能不同。

[1] 李金铭.地电场与电法勘探[M].北京：地质出版社，2005.

Abstract: The paper introduces the principle for the Time Domain Electromagnetic Method, detects the cracks on some dam by the nano-transient electronmagnetic method, indicates the technical parameter of the central loop and dipole, compares the test results of the two devices, and points out the central loop device with 1 m internal framework and 4 m external framework has better detection over the cracks on the dam.

Key words: Time Domain Electromagnetic Method, dam crack, central loop, dipole device

Comprehensive evaluation of water quality in Binzhou basin based on RAGA-PPCE model

Liu Peng1Shen Hongzhen2

(1.ShandongBinzhouCityWaterConservancyBureau,Binzhou256600,China; 2.BinzhouUniversity,Binzhou256600,China)

Taking Shandong Binzhou major basin water quality as the research targets, applying RAGA-PPCE model, the paper carries out comprehensive evaluation for the water quality, compares the above-mentioned evaluation result to AHP evaluation result, and points out its advantages, such as objective and rational evaluation results, which can be effectively applies in water quality evaluation engineering.

RAGA-PPCE model， water quality, evaluation grading criteria, projection direction

Experimental study on detection of dam crack by Time Domain Electromagnetic Method★

Zhang Yi Wu Guangrong

(InstituteofGeophysicalProspecting,YREC,Zhengzhou450003,China)

1009-6825(2017)11-0216-02

2017-02-09★：水利部“948”项目(编号：201506)资助

张 毅(1980- )，男，高级工程师

P631.325

A