高密度电法在土石坝坝肩渗漏检测中的应用探讨

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　　摘 要 目前，我国的经济在快速的发展，社会在不断进步，渗漏是土石坝主要病害之一，其中，坝肩渗漏是一种常见而特殊的渗漏形式，渗漏路径复杂，来水原因难以判断，可能为绕坝渗漏、坝体渗漏，也可能为坝肩侧山体渗水。高密度电法对坝体低阻异常具有较高的敏感性，采用高密度电法对南京某水库土坝坝肩的渗漏问题进行试验研究，采用网格化布置测线，克服了坝肩场地狭小难以布设电极的缺点，探明了坝肩渗漏通道的位置走向。通过分析探测视电阻率值的相对变化和等值线的形态，结合现场检查和钻孔的结果，分析得出了坝肩渗漏的原因，证明高密度电法在大坝坝肩渗漏检测中是有效的。
　　关键词 坝肩渗漏;探测;高密度电法;测线布置;土石坝
　　引言
　　大坝主体工程的稳定不仅仅依赖于大坝自身重量在坝基面处产生的抗滑力，大坝两侧坝肩与岩体的紧密接触对大坝横向力的传导及纵向的稳定也起著至关重要的作用。
　　1 高密度电法的基本原理
　　高密度电阻率法是根据水文、工程和环境地质调查的实际需要开发的一种电阻率观测系统。与常规电阻率法相比，高密度电阻率法在野外信息采集过程中可以形成多种仪器，采集的信息量大，数据观测精度高，在电不均匀性检测中取得了良好的地质效果。在现场测量中，只需在一定的间隔内设置所有电极，测点的密度远高于常规电阻率法，一般为1～10米，然后用多芯电缆将其连接到可编程多通道电极更换开关上。电极转换开关是由单片机控制的自动电极转换装置。可根据需要自动转换电极装置的形式、极距和测点。测量信号通过电极转换开关送入微机工程机电测量仪，测量结果一次存储在随机存储器中。原始数据可以通过将数据回放到计算机中，根据给定的程序进行处理[1]。
　　2 试验研究
　　某水库是一座以防洪为主、综合利用的中型水库，大坝为均质土坝，坝长776.0m，坝顶高程29.00m，最大坝高20.2m，迎水面为混凝土护坡，背水面为草坡护坡，在高程16.20m、22.50m处分别设2.0m宽平台，高程16.20m以下设高2.0m反滤排水棱体。水库右坝肩坝后坡面曾存在较严重的渗漏问题，2009年进行了除险加固工程，对右岸坝肩做了防渗帷幕灌浆处理，灌浆范围为K0+000～K0+042，K0+042处灌浆底高程-12.78m，K0+000处灌浆底高程13.0m。灌浆孔孔距为1.5m。灌浆后右坝肩渗漏问题有所缓解，但并未根除。本次试验旨在通过高密度电法结合勘探的方法，对右坝肩渗漏原因进行探测研究，查明来水源头和渗流路径。根据地质勘查资料，右坝肩范围内的坝体从上至下主要为：（1-1）粉质黏土，黄褐色，土质均匀，弱透水，层厚约2.5～9.5m;（1-2）粉质黏土，灰褐色，土质均匀，弱透水，层厚约0～10.0m;（2-1）粉质黏土，灰色～灰褐色，土质较均匀，微透水，局部弱透水，层厚约0～6.0m;（3-1）含砾粉质黏土，土质不均匀，弱透水，层厚约0～5.0m;（6-1）强风化硅质岩层，主要分布于右坝肩部位，埋藏比较浅，原岩风化比较严重，顶板埋深0.7～31.0m，最大可见层厚14.5m，渗透系数大，透水性比较强;（6-2）中风化硅质岩层，主要分布于坝肩，最大可见层厚5.5m。
　　2.1 工作布置
　　大坝背水坡在桩号K0+049、K0+072附近存在散浸、渗水现象，其中K0+049（渗漏Ⅰ区）所处高程约23.0m，该处坝面存在散浸现象，K0+072（渗漏Ⅱ区）范围约3.8m×2.5m，区域顶部高程为20.45m，底部高程为18.99m，该处坝面明显渗水。为查明渗漏产生的原因和渗漏通道走向，采用高密度电阻率法对大坝右坝肩进行探测试验，在右坝肩共布置4条测线，成纵横网状分布。根据经验，温纳装置在水平和垂直分辨率较为均衡，探测效果较好，本次试验选择温纳装置。采用RES2DINV反演软件进行数据分析，反演方法采用标准高斯牛顿最小二乘法，对最小二乘法的模型修改矢量进行圆滑约束，并减小数据噪声敏感性，以提高视电阻率的计算精度，得出右坝肩视电阻率分布的二维剖面图。
　　2.2 反演结果分析
　　岩土体的电阻率与其本身的材料属性和含水率等因素有关，当坝体存在渗漏时，渗漏区域的电阻率会明显下降，呈现为低阻异常区，这是探测坝体渗漏的主要依据。视电阻率色谱图横轴为桩号，纵轴为高程。由反演视电阻率剖面可看出，探测范围内坝体整体的视电阻率呈层状分布，坝体和坝基的分界面较为明显，视电阻率值在5～130Ω·m之间，坝基整体视电阻率值高于坝体，分布均匀;坝体整体视电阻率值略低，分布较均匀，浸润线下含水层表现为相对低阻，符合均质土坝各层视电阻率分布的规律特征。为进一步了解渗漏相对严重的Ⅱ区的情况，在渗漏Ⅱ区上部坝坡布置了2号测线。在K0+067～K0+084段、高程11.0～20.0m范围内，存在明显的低阻异常闭合圈，视电阻率值小于8Ω·m，也即渗漏Ⅱ区的影响范围。在起点至K0+053段也为低阻异常区，因测线起点紧靠山体，说明靠近山体的坝段含水率高。山体与渗漏Ⅱ区之间存在较明显的低阻联系带。3号测线为垂直坝轴线的横向测线，布置在K0+039处，位于坝体与山体的结合部位。高程19.5m以上的部分视电阻率值较低，该区域坝体含水率高，说明坝体和山体结合部位的岩土体中含水丰富。这与1号、2号测线得出的靠近山体的部位含水率高是一致的。4号测线与3号测线平行，在桩号K0+072处，穿过渗漏Ⅱ区。由图8可看出，渗漏Ⅱ区下方存在明显的低阻闭合圈，且其上游侧坝体无异常低阻，即无渗流通道[2]。
　　3 结束语
　　综合分析高密度电法反演视电阻率剖面图和现场查勘情况，本次探测较好揭示了坝体各层介质视电阻率的分布情况，符合土坝在深度方向的变化规律，准确检测到了已知渗漏区的水平位置，验证了高密度电法在土坝渗漏探测中的可行性。①对该水库大坝渗漏的探测试验，体现了高密度电法在大坝坝肩渗漏探测中的优势，具有效率高、可靠性好、对渗漏低阻的敏感性高、结果呈现直观性好的优点。②采用网格化测线布置的方式，克服了坝肩场地窄小难以布设电极的缺点，成功探测到了大坝右坝肩的渗漏通道。结合现场查勘和钻孔勘探，排除了绕坝渗漏的可能，查明了右坝肩渗漏来水的原因，为后期防渗处理提供了可靠的依据。
　　参考文献
　　[1] 中华人民共和国水利部，中华人民共和国国家统计局.第一次全国水利普查公报[M].北京：中国水利水电出版社，2013：202.
　　[2] 吴广平.天开水库渗漏分析研究[D].北京：清华大学，2015.
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