差值高密度电法在堤防渗漏探测中应用★

陈江平 王鹏飞

(1.长江勘测规划设计研究有限责任公司，湖北 武汉 430010； 2.长江地球物理探测(武汉)有限公司，湖北 武汉 430010)

堤坝作为重要的防水建筑物，在水库运行、防洪抗灾方面发挥重要的作用[1]。由于高水位和长期运行，堤坝渗漏问题时常发生，如果不能及时探测和治理，可能造成不可估量的损失[2]。地球物理技术由于具有快速、无损、经济等优点，目前已广泛应用于堤坝渗漏探测中。常用方法有直流电法(高密度电法、自然电位法)、磁电阻率法、核磁共振法、探地雷达等[3-5]。高密度电法对低阻异常具有较高的敏感性，但对于含水率较高的堤段，渗漏导致的低阻异常往往难以分辨。本文提出一种差值高密度电法，通过将渗漏堤段和完整堤段的高密度探测成果做差，从而突出渗漏异常。

1 高密度电法

高密度电法由传统的直流电阻率法发展而来，原理和电阻率法一样，通过供电电极AB接入大地制造人工稳定电场，在测量电极MN处测量地下电场的电位差，根据电极排列方式选择不同装置系数，计算测点处视电阻率值，从而探测岩土体的导电性差异[6，7]。视电阻率计算公式为：

(1)

其中，ρ为视电阻率；K为装置系数,m；ΔV为观测电位差,V；I为供电电流,A。

高密度电法可以一次性布置几十到几百根电极，采集装置按设定的供电测量方式自动采集测量电极间的电位值及回路中的电流值，电极距按照探测深度和探测目标体的尺度进行合理设置。通过地层的电性差异来进行电性分层，尤其对含水层的反应较灵敏，是探测渗漏通道、破碎带的有效手段。常用的探测方式有对称四极装置、温纳装置、偶极装置等，本次探测使用的是温纳装置，如图1所示。

2 差值处理

高密度电法差值处理主要针对介质比较均匀的工程地质区域，如土堤、土堆石坝等。选择同一高程，且施工工艺、土堤结构相同两段堤坝，假设发生渗漏堤段高密度电法视电阻率反演结果为ρ(x,y)，其中x为反演水平位置；y为反演深度；未发生渗漏堤段高密度电法视电阻率反演结果为ρ′(x,y)。

首先，通过未渗漏堤段视电阻率反演结果ρ′(x,y)计算不同深度处平均视电阻率值ρ(h)，h为反演深度，N为某反演深度下所有测点个数：

(2)

然后，使用渗漏堤段视电阻率反演结果ρ(x,y)与平均视电阻率值ρ(h)进行差值，得出异常视电阻率剖面ρΔ(x,y)：

ρΔ(xi,yj)=ρ(xi,yj)-ρ(hj)

(3)

3 工程概况

此次在湖北某堤防进行渗漏检测，桩号为9+280 m～9+380 m。该段堤内坡脚出现散浸渗水现象，渠道水位高程39.5 m，散浸点沿高程39 m分布。为了查明堤坝的渗漏位置及通道，为防渗施工提供依据，急需进行渗漏探测工作。

经研究决定采用差值高密度电法进行探测，仪器选用重庆地质仪器厂高密度电法系统，供电电压280 V。根据探测深度要求，结合土堤地形特征，共布置了2条测线。G1，G2测线位于背水面距堤顶斜距0.5 m，G1测线在不渗水堤段，剖面长度118 m，电极距2 m；G2测线起点桩号9+240 m，终点桩号9+478 m包含渗漏堤段，剖面长度238 m，电极距2 m，采用温纳装置。通过两段高密度电法成果对比分析主要渗水点的空间位置。测线布置示意图见图2。

4 数据处理

室内处理解释时首先对实测数据进行数据排列、突变点剔除、数据圆滑处理。再使用Res2dinv电法处理软件进行阻尼最小二乘法反演，反演结果如下：

G1剖面位于不渗水有防渗墙堤段背水面，视电阻率剖面整体上分层较明显，高程35 m～38 m区域视电阻率基本大于30 Ω·m。

G1剖面高密度电法视电阻率反演成果图见图3。

按照式(2)计算各高程平均视电阻率ρ(h)，作为完好堤段视电阻率曲线，如图4所示。

G2剖面位于有防渗墙渗水堤段背水面，高密度电法视电阻率反演成果如图5所示，由于该堤段含水率较高，地层电阻率低，无法较好的分析出主要渗漏区域。

由于G1，G2基本位于同一高程，且施工工艺、土堤结构相同，可以近似认为两测线不渗水高程相同区域视电阻率相同；通过G2剖面反演视电阻率值ρ(x,y)减去G1剖面平均视电阻率ρ(h)，可以突出G2剖面中视电阻率相对较低的区域。

如图6所示，G2剖面桩号9+265 m～9+300 m、剖面桩号9+410 m～9+425 m，高程35 m～38 m，视电阻率值相对于G1剖面平均视电阻率值变低较明显，编号为低阻异常-1、低阻异常-2，推测为河水渗向堤后导致其含水率增加与电阻率变低。

对两个低阻异常区域进行钻孔验证，在高程35 m～38 m处岩芯破碎、有漏水现象，与差值高密度电法探测结果高度吻合，证明了该方法在堤坝渗漏探测中的有效性。

5 结语

针对堤坝含水率高、渗漏导致的低阻异常难以分辨的难题，提出一种插值高密度电法，通过渗漏堤段与完整堤段电阻率差值，突出渗漏异常，查明渗漏点的位置。通过湖北某堤防渗漏检测实例，可以得出：1)高密度电法是一种有效的堤坝渗漏探测手段，可以查明堤坝渗漏位置。2)经过差值处理后的高密度电法成果，增强了对低阻异常的分辨能力，提高了渗漏点位置的探测精度。