综合物探方法在病险水库安全评价鉴定检测中的应用

刘 斯 万

(中国电建集团中南勘测设计研究院有限公司，湖南 长沙 410014)

综合物探方法在病险水库安全评价鉴定检测中的应用

刘 斯 万

(中国电建集团中南勘测设计研究院有限公司，湖南 长沙 410014)

单一检测我国堤防质量的方法众多，由于无法对堤防质量作出准确分类，因此，单一的物探检测方式给出的辨识结果存在无法解释的地方，给质量检测留下诸多隐患。但是，如果将综合物探方法充分应用其中就可以有效避免上述问题。

综合物探,堤防质量检测,高密度电法

最常用的综合物探方法有高密度电法，瑞雷面波法，激化法和探地雷达法等。这些方法应用于堤防质量的检测中通常能发挥重大的作用。然而，一般病险水库修建年限较长，而堤防土质又十分复杂，因此，仅用一种物探方法进行检测就非常容易产生出多种解释。这样很难正确判断堤防质量，并对其进行系统分类。综合物探方法的选择原则是首先尽量选择不同物性参数的物探方法，并将其进行组合，从不同的物探参数角度来表现同一个探测目的体，这样得到的测试参数就具备了多样化；其次，在探测深度上遵循了“选择探测深度浅、精度高、探测深度大、精度相对较低”的方法进行组合，使得探测信息更加丰富、完整，解释成果更加全面，对水库安全评价评估和对水库堤坝设计加固处理更加富有指导意义。

1 工程简介

本项目为重庆市某区水库大坝安全鉴定项目，要求对辖区内21座小二型水库开展大坝安全鉴定工作，以确保水库安全。21座水库中,其中人和水库属于混凝土重力坝，建成时间为2003年；马甲塘水库为浆砌石拱坝，建成时间为1978年；其余19座水库均为均质土坝，建成时间为1958年—1979年。除蔡家沟水库坝高25.8 m外，其余水库坝高均为几米至十几米，水库为均质土坝。防护堤的构造比较均匀(见图1)。而填筑堤身所用到的材料主要是为第三系的紫红色泥岩、泥质构造的粉砂岩、风化的板岩岩土和粉色、黄红色网状的粘土；每个水库中涉及的水文地质都比较简单，地下水一般都是松散岩层的孔隙水。本次检测了11座电站的安全。因此，实验从重庆市某区几个水库堤防的实际特点出发，先用高密度阻率法对堤身进行检查，在相对异常的地段再运用探地雷达测试和激化极化法来详细对其进行检查，再进行浅部用瑞雷波法对其中一些有代表性的地段进行详细分层检测，以得到坝堤身土体分层的具体状况。根据验证以及分析，对堤防质量进行正确的判断，进而对其作出客观的评价。

2 检测方法

根据任务要求，采用高密度电阻率法、地质雷达法与瑞雷面波法及激化极化法的综合地球物理勘探方法对重庆市某区11个水库坝址进行探测。

野外现场采集的原始数据，经数据转储、预处理后，利用Surfer软件绘制ρs视电阻率断面图，根据断面图中显示的电性分布特征，判断出地质体的视电阻率范围，圈定出电性异常点，分析引起异常点的原因，从而剔除干扰异常，留下真异常。

采用高密度电法反演软件RES2DIV进行反演，从而得出视电阻率层析成像图，使其能够准确反映地下介质视电阻率分布的真实情况，从而对地层进行划分。

2.1地质雷达

地质雷达是利用时间域脉冲信号，通过接收反射信号达到探测地下目标的目的。本次地质雷达法探测采用的仪器为瑞典进口的MALA地质雷达(ProEx第二代)，针对不同的探测深度，配合使用100 MHz和50 MHz两种频率地面耦合型天线。

2.2瞬态面波原理

瞬态面波勘探法具有操作简便，探测速度快、对检测场地要求不高且能一次获得与深度相关的地层瑞雷面波速度参数的特点，所以，在工程地质勘察和工程质量检测方面应用广泛。

瞬态面波法仪器利用在一个波长深度范围内传播的瑞雷波来进行测试。随深度变化的地层中，弹性波以不同的波速传播，具有不同频率(或波长)的瑞雷波就在不同的深度进行传播。本次检测采用瞬态法，采用WZG-24A地震仪，由人工瞬时激发出瑞雷波信号，通过频谱分析，计算出各频率的波速，并形成频散曲线，进而分析填筑层的密实情况，达到勘测的目的。

2.3激发极化原理

激发极化法(简称激电法，以下同)找水主要用于研究地下介质二次场的强度和衰减速度。在研究过程中根据半衰时TH、衰减度D、极化率η等值，找出含水异常。TH指二次场电位衰减至一半(50%)时所需的时间，衰减度D是对二次场电位衰减速度的反映，TH与D值越大，二次场衰减速度越慢，则地质体的含水性越好。激电法仪器测试的参数基本上有以下几种：

极化率(η)：是表示岩石激发极化作用强弱的参数，在数值上为二次场某一规定时刻的电位差ΔV2与一次场电位差ΔV1比值的百分数。

半衰时(TH)：是激发极化作用强弱的重要参数，设断电后延时到200 ms时，二次场第1子样ΔV2(M1)，则半衰时为二次场衰减到ΔV2(M1)/2时的时间值，单位为ms。

衰减度(D)：是研究二次场电位差的衰减规律与一次场电位差不发生任何关系，因此衰减度参数是激电二次场找水的主要参数。

即衰减度为二次场子样在5 s内均值与第1个子样(M1)之比。地下水位的探测主要是利用二次场的衰减特性来研究地下水。本次地下水浸润线测试工作以衰减度(D)作为主要的衰减特征参数。

本次工作采用对称四极装置，最小供电极距(AB极距)3.0 m，最大供电极距(AB极距)50 m，测量极距(MN距)选用2.0 m，用大电流、高电压供电，选择极差小且稳定的测量电极(不极化电极)，以确保各种参数的准确性和有效性。

野外现场采集的原始数据，经数据转储、预处理后，利用Surfer软件绘制视电阻率ρs、半衰减时TH、视衰减度Ds断面图，根据断面图中显示的电性分布特征，结合有关的水文资料及观测曲线的特征(曲线类型、异常幅度等)，以区分第四纪覆盖层含水及干扰背景，推断岩性变化及构造发育情况，进而区分独立含水体，确定稳定地下水位，如图2所示是有代表性的衰减度D值曲线，分析认为在地下一定深度存在地下水位，也就是本次工作要寻找的地下浸润线的所在。

3 应用实例

本次重庆市某区11个水库测区均属侵蚀—剥蚀浅切低山、丘陵地貌。沿线出露的地层主要包括：第四系(Q4)覆盖层，下伏侏罗系中统的上沙溪庙组(J2S)、下沙溪庙组(J2XS)、新田沟组(J2X)，中下统的自流井组(J1-2Z)和下统珍珠冲组(J1Z)的基岩。地质构造和水文地质条件较简单。沿线自然边坡稳定。本文列举其中“六一水库”的综合物探方法运用实例中所取得的测试成果，进行主要的举例分析。该库主要建筑物为土坝。

探测结果(见图3)表明：高密度电阻率法所反映该土坝整体均匀性较差，表层填筑较致密；测线18 m～25 m处的低阻体为溢洪道的反应，测线0 m～65 m段，135 m～177 m段存在的高阻反应，推断为左右坝肩基岩的反应，测线65 m～135 m段低阻推测为土坝坝体含水且密实度较差，均匀性较差，不排除存在渗漏的可能，也可能为坝后建筑物基础的影响。根据电阻率阻值推算的坝基界面不清晰。未发现明显的洞穴、裂缝、松散体、高含砂层及渗漏通道等隐患。地质雷达法探测表明：测线20 m～90 m段，反射波形相对紊乱，判断为土坝坝体的反应，土坝大坝坝体整体填筑料分布均匀性一般。瑞雷面波法探测表明：如图4所示为瞬态面波测试Vs分布剖面图，Vs波速分布层状明显，分层明显。土坝的面波速度VR=150 m/s～330 m/s，地表以下9 m左右波速相对偏低，为坝体的反应。从坝顶往下，面波速度逐渐增高，表明密实度越来越好。

激法极化法地下水浸润线平面分布图(如图5所示)表明：90 m～108 m段激电测点是布置在水库土坝与坝肩上，地下水浸润线相对比较高，高程为323.00 m，且有向中部延伸的趋势，从而也可以发现平面图的左侧是地下水浸润线相对较低的地段，图5中的横坐标0 m～70 m段，地下水浸润线在平面上有呈左低右高的分布。总体上看地下水浸润线分布基本是随地形变化而变化。

实验发现瞬态面波法能够有效分层水库坝身，高密度电阻率法与地质雷达法可以判定高阻或低阻洞穴的隐患，利用激法极化法地下水浸润线平面分布来判断地下水的动向。由此可见，几种物探的方法运用在实例中，才能够帮助我们对水库坝身的质量作出充分的判定，进而对所判断的水库坝身作出客观的评价。

4 结语

1)本次采用高密度电阻率法、地质雷达法、瞬态面波法及激化极化法综合物探方法对重庆市某区水库安全鉴定评价探测，查明了所鉴定水库土坝中的洞穴、裂缝、松散体、高含砂层、护坡脱空和渗漏通道等隐患的规模、位置与埋深和大坝清基程度、岩体风化深度、裂隙发育程度；查明均质土坝填筑材料的层位、均匀性等，判定填筑介质的密实度。综合物探成果各方法之间相互应证效果较好，尤其是对物探异常位置的定位判断是基本一致的，物探成果能有效地反映出水库坝身的宏观地质形态特征。2)通过这次综合物探方法在病险水库的安全鉴定取得较好的效果，为今后物探工作的开展拓宽了思路，展现了综合物探方法的新思维。3)单一物探方法测试结果易受地形影响，电法或磁法类方法易受电磁干扰的影响，采用政务通相互验证、相互补充可以提高物探效果。4)物探方法均遵循从已知到未知、从简单到复杂，由表及里的认识过程，因此，从搜集已知资料开始到现场踏勘、布置典型实验性测点或测线，最终分析各种干扰因素的影响程度等一系列环节都是整个探测工作过程中必不可少的工作。5)综合物探方法的优势在于采用两种或两种以上常规物探方法，各自发挥探测优势，通过相互补充、取长补短，并相互验证的方法达到提高探测效果和解释精度的目的。物探方法选择取决于勘探目的，根据探测目的层的深度、精度要求来选择不同物探及其方法，以提高探测成果准确性和可靠性。本次基于对水库坝址的工程地质条件安全鉴定，物探方法选定以高密度电阻率法勘探为主，地质雷达法、瞬态面波法和激化极化法探测方法为辅的技术思路是十分正确的。

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Theapplicationofintegratedgeophysicalmethodindamsafetyevaluationinaspectoftheidentificationdetection

LiuSiwan

(ZhongnanConstructionResearchInstituteofChinaElectricPowerConstructionGroupCo.,Ltd,Changsha410014,China)

There are many detective method for dikes quality in our country. The identification results given by a single geophysical detection method are beyond interpretation because the quality of embankments cannot be accurately classified which leave a lot of risks to the quality detection. However, the full application of the integrated geophysical method can effectively avoid the above problem.

complex geophysical prospecting, embankment quality inspection, high density resistivity method

1009-6825(2017)32-0197-03

2017-09-04

刘斯万(1962- )，男，工程师

P631

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