综合物探方法在某水库大坝渗漏检测中的应用_肖晔.pdf

2023NO3.ISSN 1672-9064CN 35-1272/TK收稿日期：2023-01-29作者简介：肖晔（1988），男，本科，物探工程师，研究方向为煤田测井及地面物探。综合物探方法在某水库大坝渗漏检测中的应用肖晔（福建省121地质大队福建龙岩364021）摘要阐述了福建某水库采用高密度电法和天然源面波（微动）法成果资料，结合水库大坝以往的安全评价资料和地质资料，取得了较好的渗漏检测效果。2种物探方法组合解释，对发现大坝渗漏通道效果极佳。关键词高密度微动渗漏通道低阻异常低速异常中图分类号：P631.4；TV698.1文献标识码：A文章编号：1672-9064(2023)03119040引言随着某水库运行时间越来越长，受到自然环境因素和蛇鼠虫蚁等生物破坏因素的影响，坝体防渗复合土工膜效果逐渐减弱，坝体填筑土受到水库水渗透浸润作用，形成空腔、松散软弱和渗漏通道等不良地质体。作者观察发现福建某水库大坝坝角处存在一股水流渗漏，说明2014年除险加固工作效果不理想，没有从根源处解决渗漏问题。为了检测大坝整体结构是否有安全隐患，为水库大坝安全评价和除险加固提供理论依据，从便捷、经济和不破坏大坝结构等因素考虑，选择用综合物探方法开展大坝渗漏检测工作。1水库大坝概况1.1水库概况某水库最大坝高15.1 m，坝顶高程430.1 m，坝顶长65 m，坝型为均质土坝，坝址以上集雨面积0.086 km2。水库枢纽由大坝、溢洪道、输水涵管组成，是一座以灌溉为主结合防洪的小（2）型水库。库区两岸地形坡度较缓，坡度大致呈2030，库岸绝大部分为第四系残坡积含砂粘土层覆盖，基岩露头少。1.2大坝相关物性特征水库坝体为人工堆积填筑土，黄色，稍湿，硬塑，筑填料以粉质粘土、粘土为主，含约5%10%左右碎石，主要为粉砂岩和砂岩；坝基为泥盆系上统天瓦岽组粉砂岩，受构造裂隙及差异风化作用影响，原岩结构已基本风化，坝基为全风化粉砂岩。根据以往的勘探经验，在本次大坝探测中常见的介质电阻率和横波波速参数如表1所示。可以看到坝体组成部分与水存在物性差异，当这些介质含水量变化时，物性特征也会出现较大改变，这为本次利用综合物探方法探测坝体渗漏隐患提供了地球物理基础1。2渗漏成因分析及检测方法选择2.1水库大坝渗漏原因要准确探测水库渗漏，首先应该对水库大坝渗漏隐患产生的机理有一定的认识，以便有针对性地开展探测工作2。某水库大坝为均质土坝，均质土坝渗漏情况有4种：坝体渗漏、坝体坝基接触渗漏、绕坝渗漏和输水涵管（涵洞）渗漏。每种渗漏原因有所不同：坝体渗漏原因有坝坡裂缝，防渗加固新老防渗体接触不好，填筑土料太差，白蚁和老鼠等生物形成洞穴；坝体与坝基接触渗漏有清基工作没做好，岩溶坝基处理不好等；绕坝渗漏原因有坝体与岸基接触的地方清理不彻底，岸坡有向下游发育的岩溶通道，岸坡有白蚁和老鼠的洞穴没有清理；输水设施的渗漏原因有涵管对接没接好，涵洞砌时砂浆填充不实，与坝体填筑土接触不够紧致，放水闸门损坏导致封水效果不好。2.2检测方法选择目前水库大坝渗漏检测的手段有很多，有高密度电法、瞬变电磁法、探地雷达、瞬态面波和天然源面波（微动）等。水库的渗漏情况主要是坝体渗漏和坝体坝基接触渗漏，渗漏明显。综合水库的地形条件和各种物探方法的特点，确定我们这次使用的综合物探方法施工方案：天然源面波（微动）先检测坝体和坝基的松散软弱和空腔不良地质体，再用高密度电法确定坝体和坝基在微动勘探显示的不良地质体范围处的物性特征，圈定渗漏位置和范围。3物探方法特点3.1高密度电法高密度电法是在静电场理论基础上发展起来的阵列勘探方法，属直流电阻率法。直流电阻率法是将直流电流供入地下，建立稳定的人工电场，记录地表某点垂直方向（电测深法）或沿某一测线的水平方向（电剖面法）的电阻率变化，推断地下具有不同电性差异的地层岩性格架或地质构造展布的情况3，以便更好了解岩土介质分布或地质构造的方法。此方法接收的数据量很大，经常用来进行层析成像计算，书书书表 摇常见介质电阻率值及横波波速值介质电阻率值 横波波速（）水 壤土 素填土 基岩 环 境 大 视 野1192023NO3ISSN 1672-9064CN 35-1272/TK成图直接明了，可视性强，采集装置种类多，仪器轻便，经常应用于金属与非金属矿产资源勘探和城市物探等方面，也用于寻找地下水、检测水库大坝和防洪大堤隐患位置等工程地质勘探。3.2天然源面波（微动）微动信号为天然源信号，主要有2种：人类的日常活动，包括各种机械振动、道路交通等，属高频信号源；各种自然现象，包括海浪对海岸的撞击、河水的流动、风、雨、气压的变化等，属低频信号源。微动没有特定的震源，振动波来自检测点的四面八方。微动勘探方法是以平稳随机过程理论为依据，基于空间自相关法数据处理技术，从台阵微动观测数据中提取瑞雷波相速度频散曲线，通过对频散曲线反演、计算，获取地下介质声波速度结构、视声波速度剖面，用来划分地层岩性、探测地质构造的地球物理探测方法。4物探测线布设及参数选择4.1物探测线布设结合某水库大坝现场情况及库区地质背景特征，布设物探测线4条（测线布置如图1），坝顶（高程约430.1 m）布设2条测线，高密度G1线118.5 m长和微动W1线63 m长，一阶马道（425.0 m）布设2条测线，高密度G2线103.5 m长和微动W2线27.75 m长。图1物探测线布设示意图4.2技术参数选择此次高密度电法选用温纳排列装置，点距1.5 m。供电时间：100 ms，断电时间：100 ms，梯度阈值：100 mV/s，超限延时：1 000 ms，分布式开关，供电电压500600 V。微动采用直线型观测台阵，在水库大坝与山体接触位置无法用直线型台阵时，在条件允许情况下就改用“L”台阵进行观测采集，道间距1.5 m，采样率250 ms，采集时间20 min。5物探资料异常分析5.1高密度电法异常分析依据坝顶G1线视电阻率剖面推断异常图（图2），推断的异常有2处A1和A2。A1异常在剖面水平距离28.537.5 m间，电阻率范围0100 m呈低阻反映，解释为近地表地层受雨水下渗含水率变大引起。A2异常在剖面水平距离55.570.5 m间，电阻率范围50100 m呈低阻反映，解释为水库水对坝体填筑土渗透浸润，由于填筑土含水率变大引起；依据一阶马道G2线视电阻率剖面推断异常图（图3），推断的异常有一处A3。A3异常在水平距离3358.5 m间，电阻率范围30100 m呈低阻反映，解释为坝体填筑土受水库水的渗透浸润作用，含水率变大引起。图2坝顶G1线视电阻率剖面推断异常图环 境 大 视 野1202023NO3.ISSN 1672-9064CN 35-1272/TK图6坝顶G1线剖面、W1线剖面推断异常综合对比图图5一阶马道W2线视横波速度剖面推断异常图5.2天然源面波（微动）异常分析依据坝顶W1线视横波速度剖面推断异常图（图4），推断的异常有B1、B2、B3、B4和B5共5个。B1异常在剖面水平距离012 m间，波速范围180200 m/s呈低速反映，解释为坝体近地表填筑土不致密松散引起。在剖面水平距离2632 m间的B2异常、水平距离3646m间的B3异常和水平距离4754 m间的B4异常，波速范围150240 m/s呈低速反映，解释为坝体填筑土局部松散软弱不致密引起。B5异常在剖面水平距离5863 m间，波速范围160200 m/s呈低速反映，解释为由坝体填筑土与坝基交界处不致密引起；依据一阶马道W2线视横波速度剖面推断异常图（图5），推断的异常有B6、B7和B8共3处。在剖面水平距离323 m间的B6、B7和B8 3处异常位于坝体中深部，波速范围150240 m/s呈低速反映，推测解释坝体填筑土局部松散不致密，加上水库水的渗透浸润作用使得填筑土变得潮湿软弱。5.3综合异常分析依据坝顶G1线剖面、W1线剖面推断异常综合对比图（图6），推断的A1低阻异常和B1低速异常对应较好，但异常反映位于水位线往上近地表处，推测可能是由于施工期间雨水较多，近地表雨水下渗引起的低阻低速异常特征，存在渗漏可能性较小。A2低阻异常和B2、B3低速异常对应较好，异常处存在渗漏通道的可能性较大。B4和B5低速异常无对应低阻异常，所以推断两处存在渗漏通道可能性很小；依据一阶马道G2线图3一阶马道G2线视电阻率剖面推断异常图图4坝顶W1线视横波速度剖面推断异常图环 境 大 视 野1212023NO3ISSN 1672-9064CN 35-1272/TK（上接第107页）8陈能场，郑煜基，何晓峰，等.全国土壤污染状况调查公报探析J.农业环境科学学报，2017，36（09）：1689-1692.9胡昊.ICP-MS分析全国土壤污染状况详查土壤中9种金属元素J.世界有色金属，2019（11）：273-274.10赵志南，冯文坤，张力，等.ICP-OES测定全国土壤污染状况详查项目中9种金属元素J.环境化学，2017，36（03）：685-687.11张宏泽，崔文刚，黄月美，等.黔中喀斯特地区临近矿区耕地土壤重金属污染评价及其源解析J.环境科学学报，2022，42（04）：412-421.12居字龙，袁航，张小波，等.县域生态地质调查土壤重金属污染评价及来源分析：以红安县为例 J.资源环境与工程，2022，36（01）：124-131.13汪峰，黄言欢，李如忠，等.有色金属矿业城市典型村镇土壤重金属污染评价及来源解析J.环境科学，2022，43（09）：4800-4809.DOI：10.13227/j.hjkx.202112016.14穆德苗，陈艳秋，胡涛，等.基于田块尺度的农田土壤重金属污染评价及来源解析J/OL.农业环境科学学报，2021-12-132022-05-08.http：/ 境 大 视 野122