劉 斯 萬

(中國(guó)電建集團(tuán)中南勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，湖南 長(zhǎng)沙 410014)

綜合物探方法在病險(xiǎn)水庫(kù)安全評(píng)價(jià)鑒定檢測(cè)中的應(yīng)用

劉 斯 萬

(中國(guó)電建集團(tuán)中南勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，湖南 長(zhǎng)沙 410014)

單一檢測(cè)我國(guó)堤防質(zhì)量的方法眾多，由于無法對(duì)堤防質(zhì)量作出準(zhǔn)確分類，因此，單一的物探檢測(cè)方式給出的辨識(shí)結(jié)果存在無法解釋的地方，給質(zhì)量檢測(cè)留下諸多隱患。但是，如果將綜合物探方法充分應(yīng)用其中就可以有效避免上述問題。

綜合物探,堤防質(zhì)量檢測(cè),高密度電法

最常用的綜合物探方法有高密度電法，瑞雷面波法，激化法和探地雷達(dá)法等。這些方法應(yīng)用于堤防質(zhì)量的檢測(cè)中通常能發(fā)揮重大的作用。然而，一般病險(xiǎn)水庫(kù)修建年限較長(zhǎng)，而堤防土質(zhì)又十分復(fù)雜，因此，僅用一種物探方法進(jìn)行檢測(cè)就非常容易產(chǎn)生出多種解釋。這樣很難正確判斷堤防質(zhì)量，并對(duì)其進(jìn)行系統(tǒng)分類。綜合物探方法的選擇原則是首先盡量選擇不同物性參數(shù)的物探方法，并將其進(jìn)行組合，從不同的物探參數(shù)角度來表現(xiàn)同一個(gè)探測(cè)目的體，這樣得到的測(cè)試參數(shù)就具備了多樣化；其次，在探測(cè)深度上遵循了“選擇探測(cè)深度淺、精度高、探測(cè)深度大、精度相對(duì)較低”的方法進(jìn)行組合，使得探測(cè)信息更加豐富、完整，解釋成果更加全面，對(duì)水庫(kù)安全評(píng)價(jià)評(píng)估和對(duì)水庫(kù)堤壩設(shè)計(jì)加固處理更加富有指導(dǎo)意義。

1 工程簡(jiǎn)介

本項(xiàng)目為重慶市某區(qū)水庫(kù)大壩安全鑒定項(xiàng)目，要求對(duì)轄區(qū)內(nèi)21座小二型水庫(kù)開展大壩安全鑒定工作，以確保水庫(kù)安全。21座水庫(kù)中,其中人和水庫(kù)屬于混凝土重力壩，建成時(shí)間為2003年；馬甲塘水庫(kù)為漿砌石拱壩，建成時(shí)間為1978年；其余19座水庫(kù)均為均質(zhì)土壩，建成時(shí)間為1958年—1979年。除蔡家溝水庫(kù)壩高25.8 m外，其余水庫(kù)壩高均為幾米至十幾米，水庫(kù)為均質(zhì)土壩。防護(hù)堤的構(gòu)造比較均勻(見圖1)。而填筑堤身所用到的材料主要是為第三系的紫紅色泥巖、泥質(zhì)構(gòu)造的粉砂巖、風(fēng)化的板巖巖土和粉色、黃紅色網(wǎng)狀的粘土；每個(gè)水庫(kù)中涉及的水文地質(zhì)都比較簡(jiǎn)單，地下水一般都是松散巖層的孔隙水。本次檢測(cè)了11座電站的安全。因此，實(shí)驗(yàn)從重慶市某區(qū)幾個(gè)水庫(kù)堤防的實(shí)際特點(diǎn)出發(fā)，先用高密度阻率法對(duì)堤身進(jìn)行檢查，在相對(duì)異常的地段再運(yùn)用探地雷達(dá)測(cè)試和激化極化法來詳細(xì)對(duì)其進(jìn)行檢查，再進(jìn)行淺部用瑞雷波法對(duì)其中一些有代表性的地段進(jìn)行詳細(xì)分層檢測(cè)，以得到壩堤身土體分層的具體狀況。根據(jù)驗(yàn)證以及分析，對(duì)堤防質(zhì)量進(jìn)行正確的判斷，進(jìn)而對(duì)其作出客觀的評(píng)價(jià)。

2 檢測(cè)方法

根據(jù)任務(wù)要求，采用高密度電阻率法、地質(zhì)雷達(dá)法與瑞雷面波法及激化極化法的綜合地球物理勘探方法對(duì)重慶市某區(qū)11個(gè)水庫(kù)壩址進(jìn)行探測(cè)。

野外現(xiàn)場(chǎng)采集的原始數(shù)據(jù)，經(jīng)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)儲(chǔ)、預(yù)處理后，利用Surfer軟件繪制ρs視電阻率斷面圖，根據(jù)斷面圖中顯示的電性分布特征，判斷出地質(zhì)體的視電阻率范圍，圈定出電性異常點(diǎn)，分析引起異常點(diǎn)的原因，從而剔除干擾異常，留下真異常。

采用高密度電法反演軟件RES2DIV進(jìn)行反演，從而得出視電阻率層析成像圖，使其能夠準(zhǔn)確反映地下介質(zhì)視電阻率分布的真實(shí)情況，從而對(duì)地層進(jìn)行劃分。

2.1地質(zhì)雷達(dá)

地質(zhì)雷達(dá)是利用時(shí)間域脈沖信號(hào)，通過接收反射信號(hào)達(dá)到探測(cè)地下目標(biāo)的目的。本次地質(zhì)雷達(dá)法探測(cè)采用的儀器為瑞典進(jìn)口的MALA地質(zhì)雷達(dá)(ProEx第二代)，針對(duì)不同的探測(cè)深度，配合使用100 MHz和50 MHz兩種頻率地面耦合型天線。

2.2瞬態(tài)面波原理

瞬態(tài)面波勘探法具有操作簡(jiǎn)便，探測(cè)速度快、對(duì)檢測(cè)場(chǎng)地要求不高且能一次獲得與深度相關(guān)的地層瑞雷面波速度參數(shù)的特點(diǎn)，所以，在工程地質(zhì)勘察和工程質(zhì)量檢測(cè)方面應(yīng)用廣泛。

瞬態(tài)面波法儀器利用在一個(gè)波長(zhǎng)深度范圍內(nèi)傳播的瑞雷波來進(jìn)行測(cè)試。隨深度變化的地層中，彈性波以不同的波速傳播，具有不同頻率(或波長(zhǎng))的瑞雷波就在不同的深度進(jìn)行傳播。本次檢測(cè)采用瞬態(tài)法，采用WZG-24A地震儀，由人工瞬時(shí)激發(fā)出瑞雷波信號(hào)，通過頻譜分析，計(jì)算出各頻率的波速，并形成頻散曲線，進(jìn)而分析填筑層的密實(shí)情況，達(dá)到勘測(cè)的目的。

2.3激發(fā)極化原理

激發(fā)極化法(簡(jiǎn)稱激電法，以下同)找水主要用于研究地下介質(zhì)二次場(chǎng)的強(qiáng)度和衰減速度。在研究過程中根據(jù)半衰時(shí)TH、衰減度D、極化率η等值，找出含水異常。TH指二次場(chǎng)電位衰減至一半(50%)時(shí)所需的時(shí)間，衰減度D是對(duì)二次場(chǎng)電位衰減速度的反映，TH與D值越大，二次場(chǎng)衰減速度越慢，則地質(zhì)體的含水性越好。激電法儀器測(cè)試的參數(shù)基本上有以下幾種：

極化率(η)：是表示巖石激發(fā)極化作用強(qiáng)弱的參數(shù)，在數(shù)值上為二次場(chǎng)某一規(guī)定時(shí)刻的電位差ΔV2與一次場(chǎng)電位差ΔV1比值的百分?jǐn)?shù)。

半衰時(shí)(TH)：是激發(fā)極化作用強(qiáng)弱的重要參數(shù)，設(shè)斷電后延時(shí)到200 ms時(shí)，二次場(chǎng)第1子樣ΔV2(M1)，則半衰時(shí)為二次場(chǎng)衰減到ΔV2(M1)/2時(shí)的時(shí)間值，單位為ms。

衰減度(D)：是研究二次場(chǎng)電位差的衰減規(guī)律與一次場(chǎng)電位差不發(fā)生任何關(guān)系，因此衰減度參數(shù)是激電二次場(chǎng)找水的主要參數(shù)。

即衰減度為二次場(chǎng)子樣在5 s內(nèi)均值與第1個(gè)子樣(M1)之比。地下水位的探測(cè)主要是利用二次場(chǎng)的衰減特性來研究地下水。本次地下水浸潤(rùn)線測(cè)試工作以衰減度(D)作為主要的衰減特征參數(shù)。

本次工作采用對(duì)稱四極裝置，最小供電極距(AB極距)3.0 m，最大供電極距(AB極距)50 m，測(cè)量極距(MN距)選用2.0 m，用大電流、高電壓供電，選擇極差小且穩(wěn)定的測(cè)量電極(不極化電極)，以確保各種參數(shù)的準(zhǔn)確性和有效性。

野外現(xiàn)場(chǎng)采集的原始數(shù)據(jù)，經(jīng)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)儲(chǔ)、預(yù)處理后，利用Surfer軟件繪制視電阻率ρs、半衰減時(shí)TH、視衰減度Ds斷面圖，根據(jù)斷面圖中顯示的電性分布特征，結(jié)合有關(guān)的水文資料及觀測(cè)曲線的特征(曲線類型、異常幅度等)，以區(qū)分第四紀(jì)覆蓋層含水及干擾背景，推斷巖性變化及構(gòu)造發(fā)育情況，進(jìn)而區(qū)分獨(dú)立含水體，確定穩(wěn)定地下水位，如圖2所示是有代表性的衰減度D值曲線，分析認(rèn)為在地下一定深度存在地下水位，也就是本次工作要尋找的地下浸潤(rùn)線的所在。

3 應(yīng)用實(shí)例

本次重慶市某區(qū)11個(gè)水庫(kù)測(cè)區(qū)均屬侵蝕—?jiǎng)兾g淺切低山、丘陵地貌。沿線出露的地層主要包括：第四系(Q4)覆蓋層，下伏侏羅系中統(tǒng)的上沙溪廟組(J2S)、下沙溪廟組(J2XS)、新田溝組(J2X)，中下統(tǒng)的自流井組(J1-2Z)和下統(tǒng)珍珠沖組(J1Z)的基巖。地質(zhì)構(gòu)造和水文地質(zhì)條件較簡(jiǎn)單。沿線自然邊坡穩(wěn)定。本文列舉其中“六一水庫(kù)”的綜合物探方法運(yùn)用實(shí)例中所取得的測(cè)試成果，進(jìn)行主要的舉例分析。該庫(kù)主要建筑物為土壩。

探測(cè)結(jié)果(見圖3)表明：高密度電阻率法所反映該土壩整體均勻性較差，表層填筑較致密；測(cè)線18 m～25 m處的低阻體為溢洪道的反應(yīng)，測(cè)線0 m～65 m段，135 m～177 m段存在的高阻反應(yīng)，推斷為左右壩肩基巖的反應(yīng)，測(cè)線65 m～135 m段低阻推測(cè)為土壩壩體含水且密實(shí)度較差，均勻性較差，不排除存在滲漏的可能，也可能為壩后建筑物基礎(chǔ)的影響。根據(jù)電阻率阻值推算的壩基界面不清晰。未發(fā)現(xiàn)明顯的洞穴、裂縫、松散體、高含砂層及滲漏通道等隱患。地質(zhì)雷達(dá)法探測(cè)表明：測(cè)線20 m～90 m段，反射波形相對(duì)紊亂，判斷為土壩壩體的反應(yīng)，土壩大壩壩體整體填筑料分布均勻性一般。瑞雷面波法探測(cè)表明：如圖4所示為瞬態(tài)面波測(cè)試Vs分布剖面圖，Vs波速分布層狀明顯，分層明顯。土壩的面波速度VR=150 m/s～330 m/s，地表以下9 m左右波速相對(duì)偏低，為壩體的反應(yīng)。從壩頂往下，面波速度逐漸增高，表明密實(shí)度越來越好。

激法極化法地下水浸潤(rùn)線平面分布圖(如圖5所示)表明：90 m～108 m段激電測(cè)點(diǎn)是布置在水庫(kù)土壩與壩肩上，地下水浸潤(rùn)線相對(duì)比較高，高程為323.00 m，且有向中部延伸的趨勢(shì)，從而也可以發(fā)現(xiàn)平面圖的左側(cè)是地下水浸潤(rùn)線相對(duì)較低的地段，圖5中的橫坐標(biāo)0 m～70 m段，地下水浸潤(rùn)線在平面上有呈左低右高的分布。總體上看地下水浸潤(rùn)線分布基本是隨地形變化而變化。

實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)瞬態(tài)面波法能夠有效分層水庫(kù)壩身，高密度電阻率法與地質(zhì)雷達(dá)法可以判定高阻或低阻洞穴的隱患，利用激法極化法地下水浸潤(rùn)線平面分布來判斷地下水的動(dòng)向。由此可見，幾種物探的方法運(yùn)用在實(shí)例中，才能夠幫助我們對(duì)水庫(kù)壩身的質(zhì)量作出充分的判定，進(jìn)而對(duì)所判斷的水庫(kù)壩身作出客觀的評(píng)價(jià)。

4 結(jié)語(yǔ)

1)本次采用高密度電阻率法、地質(zhì)雷達(dá)法、瞬態(tài)面波法及激化極化法綜合物探方法對(duì)重慶市某區(qū)水庫(kù)安全鑒定評(píng)價(jià)探測(cè)，查明了所鑒定水庫(kù)土壩中的洞穴、裂縫、松散體、高含砂層、護(hù)坡脫空和滲漏通道等隱患的規(guī)模、位置與埋深和大壩清基程度、巖體風(fēng)化深度、裂隙發(fā)育程度；查明均質(zhì)土壩填筑材料的層位、均勻性等，判定填筑介質(zhì)的密實(shí)度。綜合物探成果各方法之間相互應(yīng)證效果較好，尤其是對(duì)物探異常位置的定位判斷是基本一致的，物探成果能有效地反映出水庫(kù)壩身的宏觀地質(zhì)形態(tài)特征。2)通過這次綜合物探方法在病險(xiǎn)水庫(kù)的安全鑒定取得較好的效果，為今后物探工作的開展拓寬了思路，展現(xiàn)了綜合物探方法的新思維。3)單一物探方法測(cè)試結(jié)果易受地形影響，電法或磁法類方法易受電磁干擾的影響，采用政務(wù)通相互驗(yàn)證、相互補(bǔ)充可以提高物探效果。4)物探方法均遵循從已知到未知、從簡(jiǎn)單到復(fù)雜，由表及里的認(rèn)識(shí)過程，因此，從搜集已知資料開始到現(xiàn)場(chǎng)踏勘、布置典型實(shí)驗(yàn)性測(cè)點(diǎn)或測(cè)線，最終分析各種干擾因素的影響程度等一系列環(huán)節(jié)都是整個(gè)探測(cè)工作過程中必不可少的工作。5)綜合物探方法的優(yōu)勢(shì)在于采用兩種或兩種以上常規(guī)物探方法，各自發(fā)揮探測(cè)優(yōu)勢(shì)，通過相互補(bǔ)充、取長(zhǎng)補(bǔ)短，并相互驗(yàn)證的方法達(dá)到提高探測(cè)效果和解釋精度的目的。物探方法選擇取決于勘探目的，根據(jù)探測(cè)目的層的深度、精度要求來選擇不同物探及其方法，以提高探測(cè)成果準(zhǔn)確性和可靠性。本次基于對(duì)水庫(kù)壩址的工程地質(zhì)條件安全鑒定，物探方法選定以高密度電阻率法勘探為主，地質(zhì)雷達(dá)法、瞬態(tài)面波法和激化極化法探測(cè)方法為輔的技術(shù)思路是十分正確的。

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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

劉斯萬(1962- )，男，工程師

P631

A