高密度电阻率法在探测某水库大坝隐患中的应用实践

张恩厚

（华东冶金地质勘查局物探队， 安徽芜湖 241004）

0 引言

20世纪50～70年代修筑的许多中小型水库大坝为土质大坝，修筑时经过抛填、碾压等方法构筑成水库大坝，鉴于当时生产技术水平，许多坝体修筑还夹带人力夯实，因此造成坝体压填不均，局部地区形成薄弱地带，在水压长期作用下，坝体内毛细渗透逐渐增多，坝体内薄弱地带逐渐变成含水丰富的浸润体，年长日久，在库水不断压冲作用下，浸润体部位逐渐变得松软，丰水期往往发生坍塌、管涌等现象，对大坝安全造成严重危害。浸润体含水越多，其电阻率越低，根据这种特征，利用物探方法对大坝进行无损检测，对大坝内含水丰富的松软部位进行探测定位，为后期钻探注浆填实，清除不良隐患体提供依据。本文通过对某水库大坝内不良隐患体的物探工作，介绍高密度电阻率法探测技术方法，说明使用这种方法在探测大坝内不良隐患体的有效性。

1 大坝工程及水文地质概况

某水库大坝修建于五十年代末期，建在原有岗地、河槽及山间洼地上，坝基地层分为7层，自上而下分别为：①层，淤泥质重粉质壤土；②层，重、中粉质壤土，粉质粘土；③层，淤泥质重粉质壤土夹细砂，局部夹砂壤土；④层，重粉质壤土，粉质粘土；⑤层，重粉质壤土夹中细砂，细砂，重粉质壤土夹砾石，泥砾石夹砂砾石；⑥层，强—中风化等闪长玢岩；⑦层，强—中风化灰岩。大坝上部主要为土质结构，下部夹砂、砾石，基底为岩石，在修筑时，土、石经过层层碾压，构筑成坝，有效拦截水体。

大坝坝顶高程33m，正常蓄水位29m。坝体为土质结构，随着长期水压和库水浸润作用下，坝体内出现渗流，在坝坡前脚处出现渗水现象，尤其在丰水期，渗水更为明显，对大坝的稳固构成威胁，为此需要通过物探方法确定坝体隐患部位。

2 地球物理概况

高密度电阻率法是垂向直流测深和电测剖面探测相结合的一种方法。垂向直流测深是以测点为中心，逐渐改变供电和接受极距，在垂向方向上测量视电阻率。电测剖面探测是供电和接受极距不变，在水平方向上逐点测量视电阻率。壤土电阻率一般在10～30Ω·m，含水量越高，电阻率越低，当壤土中夹杂砾石时，其电阻率相应增高，一般大于30Ω·m。因此当大坝中出现含水丰富的浸润体时，其电阻率很低，通常小于10Ω·m，形成明显低阻异常。大坝电阻率随含水量变化而变特征，为使用高密度电阻率法探测大坝中含水丰富的浸润体提供物理前提，进而根据物探异常圈定坝体隐患部位。

3 高密度电阻率法探测技术

根据水库历史资料，水库渗水区域都集中于大坝中间区段，即图1中测线布置区段，因此在坝顶、背水坡、坡脚分别布置L1、L2、L3三条平行测线，每条测线长300m，平行于大坝走向（图1），测线100m处大坝横断面图见图2，L3剖面高程32.4m，L2剖面高程27.4m，L1剖面高程21.2m。

图1 测线布置图及推测隐患区分布图Figure 1.Survey line layout and inferred distribution of hidden troubles

高密度电阻率探测系统通过控制系统采集测量电极之间的电压和电流，系统计算视电阻率，经过反演处理，形成电阻率反演断面图。使用仪器为重庆地质仪器厂生产的DUK-2A高密度电法系统，一次布置60根电极，采用施伦贝尔测深法采集数据，最大隔离层数为16,其中L3剖面相邻电极间距为2m，L1、L2剖面相邻电极间距为3m。为保证采集数据准确，稳定，进行了仪器系统检查和接地电阻测量，正确无误后，开展数据采集，对采集的数据进行编辑，剔除畸变数据，最后通过软件进行迭代反演，生成电阻率反演断面图，依据反演断面图推断解释。

图3 L1、L2、L3剖面ρs反演断面图Figure 3.ρs inversion sections of L1,L2 and L3 profiles

图2 水库大坝横断面图Figure 2.Cross-section of the reservoir dam

4 成果资料分析推断解释

对L1、L2、L3三条剖面ρs异常分别进行反演，形成电阻率异常反演断面图，见图3。从位于坝顶L3剖面ρs反演断面图看出，坝顶高程32.5m至高程29m之间3.5m范围内，该区间坝体表现为相对高电阻率异常区，这是由于该段处于坝体上部，处于库区水面高程之上，很少受水库水的浸润，所以该段坝体呈高电阻率异常区。高程29m至高程22m之间7m范围内，该区间坝体表现为相对低电阻率异常区，其中在高程25m处附近坝体电阻率异常值最低，推测该段坝体为人工填埋的土质体，土质主要为壤土，受到水库水的长期浸润作用，所以该段坝体呈低电阻率异常区。在高程22m以下为大坝下部，表现为相对高电阻率异常区，这是由于该段坝体中含砾石较多或为基岩岩石，因此表现为高阻异常。L2、L1剖面电阻率异常分布特征和L3剖面相似，总体上，大坝上部为壤土，加之库水长期浸润，因此在大坝上部表现为低阻异常，大坝下部由于含砾石较多或为基底岩石，因此大坝下部表现为高阻异常。

在L1、L2、L3三条剖面0m～65m区段上，坝体下部总体表现为高阻异常区，该段坝体中填石较多，因而造成高阻异常，每条剖面中高阻异常中出现明显纵向低阻异常区，低阻异常区分别为：在L3剖上以16Ω·m圈定的低阻异常区位于34.5m～40.2m区段上，其顶部高程为22.7m，低阻异常没有闭合，向地下继续延伸；在L2剖上以12Ω·m圈定的低阻异常区位于31.6m～39.3m区段上，低阻异常闭合，其上下顶端高程分别为21.8m、12.9m；在L1剖上以4Ω·m圈定的低阻异常区位于35.8m～44.9m区段上，低阻异常闭合，其上下端高程分别为19.7m、10m，三个低阻异常夹于高阻异常中，在纵方向上呈狭长带状，异常形态相似，异常值很低，三者投影到平面图上连接构成一条低阻异常带，见图1，推测低阻异常带为坝体中被水充分浸润形成的滲漏通道，是坝坡前脚处渗水主要原因，为大坝隐患区域。

5 结论

土质水坝长期受到库水浸润，在薄弱区段形成含水丰富的浸润体，容易发生渗漏、管涌现象，严重影响水库大坝安全，构成大坝主要隐患。含水丰富的浸润体含水量高，其电阻率比周围坝体电阻率低很多，形成明显的低阻异常，根据大坝低阻异常分布特征，可以推测渗漏通道位置。利用大坝中浸润体含水量越多，其电阻率越低特征，可以使用高密度电阻率法探测大坝中低阻异常区段，高密度电阻率法具有垂向直流测深和电测剖面探测相结合优点，采集数据快，探测精度高，反演速度快，及时显示反演图像，现场确定低阻异常区，利用多条测线探测，结合现场情况，勾绘低阻异常带，推测坝体易滲漏区，确定了大坝隐患区域，为后期大坝注浆治理隐患区提供依据。