绕坝渗流探测技术应用研究（涂善波,杨红云,鲁辉）

时间：2022-02-22 15:19:31 浏览量：次

［摘要］利用潜水面水位场矢量法结合激发极化法基本查明了大坝绕坝渗流问题，确定了绕坝渗流通道的位置，为大坝处理提供了准确翔实的资料。

［关键词］绕坝渗流潜水面水位场矢量法激发极化法

1 引言

近年来，我国水利水电工程发展迅速，许多水利枢纽、电站相继建成并投入使用，为我国抵御洪涝灾害提供了保障，并大大地缓解了目前我国电力紧张的局面，产生了巨大的社会经济效益。随着大坝的建成，由于地质结构引发的各种复杂的安全隐患也随之而来。绕坝渗流问题就是目前出现的一类较为典型的由地质结构引发的安全隐患。某大坝蓄水后，由于蓄水压力形成透水层，从而产生了绕坝渗流，伴随着库区水位抬高，大坝下游滩地及居民区的地下水位也随之升高，对房屋等建筑地基造成不利影响。快速准确的找到绕坝渗流场，界定绕坝渗流通道的位置，为大坝加固处理工程提供依据，具有十分重要的意义。

2 工程地质概况

该大坝位于低山丘陵区向冲洪积平原的过渡地带，地形平坦，地貌类型复杂，地势西高东低，南北均与黄土台塬—丘陵区相邻。河谷呈广阔的“U”型，谷地宽3 000m左右，左岸河漫滩宽约750m，右岸河漫滩1 100～1 500m，滩面高程124～126m。两岸主要为Ⅱ级阶地，Ⅰ级阶地缺失，左岸175～200m高程以上发育有Ⅲ级阶地。形成了宽阔的第四纪台阶式河谷。工区地质构造简单，共分2层：覆盖层、基岩。覆盖层上部为河漫滩粉细砂、砂壤土、黄土状粉质壤土等，厚约15～25m，下部为砂卵石层，约20～30m厚；基岩为紫红色泥质粉砂岩与粘土岩互层为主，局部夹有灰黄色泥质砂岩。

3 地球物理参数

该区的地球物理参数详见表1。从表1可见，含水砂砾石层的视极化率范围为3.81～6.10，明显高于干砂砾石层和泥质砂岩与粘土岩。区内砂卵石层与第四系上覆层的电阻率有较大差异，这种物性差异为开展电法勘探工作提供了有利的地球物理条件。同时调查了解到，在大坝周围分布较多的民用机井和观测钻孔，可以方便测出潜水位高程，因此，考虑采用潜水面水位场矢量法确定集中渗流场的位置及渗流通道方向。

4 工作方法及成果分析

4.1 潜水面水位场矢量法

潜水是一种重力水，它的流动性主要是因受重力作用而形成的，其在流动时总是由高水位流向低水位且沿最大坡度方向流动，如图1所示。

水库蓄水后，由于近坝区砂卵石层渗流作用，引起地下水位较大幅度上涨，产生绕坝渗流。为了模拟出近坝区渗流场的情况，采用水位矢量场法确定渗流通道的位置和分布区域。在保证库区水位稳定的情况下，测量近坝区各观测井的坐标及潜水面水位高程，再将这些数据绘制到地形图上，勾勒出潜水面等势线图和矢量场图；在等势线和矢量场图中分析出地下砂卵石层中水流方向和渗流场的位置。

在整个近坝区范围内，分布有近200个民用机井和观测钻孔。利用这些观测孔的水位高程，勾勒出近坝区的水位等值线图和潜水面矢量场如图2所示，可以判断出在有两处明显的渗流区域。根据观测到的渗流区域，在覆盖渗流区域左右坝肩布置了6条激发极化测线，利用激发极化法确定渗流通道的位置。

4.2 激发极化法

激发极化法是以岩、矿石的激电效应的差异为基础从而达到解决水文地质问题的方法。现场工作采用对称四极剖面装置，测量砂卵石层中的富水性。以铁电极作为供电电极，不极化电极作为测量电极，使用乙电池供电。通过对野外实测的视极化率值进行各类计算、处理，勾勒出等值线图；分析等值线图，在视极化率相对高的地方，就是砂卵石层渗漏集中的地方。鉴于区内覆盖层黄土层的厚度为15～25m，选择的试验参数为AB/2=60m、100m、160m；MN/2=15m、25m、40m；供电时间20s、30s、40s，断电延时100ms，测量点距为25m。结果各组参数的曲线上都显示了极化异常体，但在AB/2=100m、MN/2=25时，极化异常信息更能表现客观的地质情况。经综合分析，最终选用AB/2=100m、MN/2=25m，供电时间30s，断电延时100ms的参数进行激发极化法工作。

实测的视极化率剖面曲线如图3所示。从图上可以看出各测线均存在相对高视极化率异常。如在A线的100～175m段，视极化率值在4.16%～5.71%，远高于均值2.16%～3.84%，可以推测此处应存在相对高极化率的富水层。为判定整个渗流通道的准确位置和走向，把同区内的测线按其相对位置组合起来，勾勒出区域内的视极化率等值线图，从而可以直观的看出渗流通道位置。

左坝肩的A、B、C三线间距200m，按其相对位置布置网格区域，勾勒出等值线图4。从图4中可以明显看出在A线100～175m、B线100～150m范围出现相对高极化率；并且在A线600～700m、B线625～675m 、C线625～700m范围也出现有相对高极化率，推测两处存在有集中渗漏通道。在潜水面水位矢量场图（图2）上，两处也发现有同向渗流现象。

右坝肩的H、I、J三线间距300m，按其相对位置布置网格区域，勾勒出等值线图5。其中在H线375～475m、I线425～550m、J线550～625m范围出现相对高极化率；推测该处存在有集中渗漏通道。而在潜水面水位矢量场图（图2）上，该处也同样有同向渗流现象。

4.3 成果分析

利用水位矢量场法和激发极化法准确的界定了左、右坝肩部位集中渗漏通道的位置。在左岸A线100～175m、B线100～150m范围； A线600～700m、C线625～700m范围有2处集中渗漏通道；右岸H线375～475m、J线550～625m范围有1处集中渗漏通道。

在完成集中渗流通道位置的探测后，地质在测区布置了3个钻孔进行勘探验证。其中ZK01位于左岸近坝区A线655m处，ZK03位于右岸近坝区H线460m处，经钻孔电视、水温、电导、库水位与排水量分析以及现场试验等，确定两处均存在较大的渗流通道。ZK02位于J线的210m处，经验证，该处无明显渗流。钻孔验证结果与探测的渗流通道结果一致，取得了较好的效果。

5 结语

本次绕坝渗流探测在充分考虑该坝区地球物理条件下，选择了较为行之有效的探测方法。探测的精度高，工期短，产生了较好的社会经济效益，为以后类似问题的解决提供了很好的参考。相对于目前常用的也是较为准确的环境同位素分析方法，具有方法简便，探测精度高，不需要在坝体布置较多观测钻孔等优点。但是还存在一些局限，比如近坝区已知一定数量潜水位观测孔的条件限制，地层结构的单一性等等。在坝基渗流和绕坝渗流探测中，应该充分调查该地区的地质工程概况，选择最为有效的探测方法，进行综合探测，避免单一物探方法的多解性，对提高探测精度，具有重要的意义。

参考文献

［1］傅良魁. 电法勘探教程［M］ . 北京:地质出版社,1983.

［2 ］傅良魁. 激发极化法［M］ . 北京:地质出版社,1982.

［3 ］李金铭. 地电场与电法勘探［M］ . 北京:地质出版社,2005.

［4 ］陈崇希,林敏. 地下水动力学［M］ . 中国地质大学出版社,1999.

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