高密度电法揭示水库大坝渗漏原因
发布时间:2020-04-10
 

霍林河水库位于内蒙古通辽市扎鲁特旗境内,霍林郭勒市上游26km,总库容4999万m³,总库容3852m³,是霍林河干流上一座以电力工业供水为主,兼顾城市防洪、旅游及水产养殖为一体的中型水库。工程主要由大坝、泄洪洞、取水洞等建筑物组成。

霍林河水库自蓄水以来,大坝渗漏严重,本案例采用高密度电法对霍林河水库大坝渗漏情况进行了探测试验,并结合实测资料分析大坝渗漏原因。

 

 

 霍林河水库的渗漏问题 

 
 

霍林河水库自蓄水以来,大坝渗漏严重,未达到正常蓄水位。2008年3月,库水位为937.7m,现场巡视过程中发现坝后坡脚桩号0+520、0+550处有冒水翻砂现象发生,现场实测坝后渗漏量达到8L/s,随着库水位升高,渗漏量有增加趋势。

大坝横断面示意图

大坝渗漏严重,渗漏量大,不仅影响水库效益发挥,而且给大坝安全也带来影响。本文利用高密度电法对大坝进行检测,查明大坝坝体渗漏部位及渗漏区域,为大坝防渗处理提供必要依据,然后根据试验成果,对大坝渗漏严重区域进行钻探验证。

 

 大坝地下水位观测与异常部位 

 
 

霍林河水库大坝在桩号K0+160、K0+300、K0+500、K0+700及K0+900处埋设渗流观测井,2010年6月18日水库运行水位为943.75m,测得相应地下水位见表1,该时段水库运行水位相对较高,与现场试验时上游水位945.30m对比,对分析大坝渗漏有代表性。

大坝异常部位

 

 高密度电法设备 

 

McOHmProfiler4i高密度电法仪
McOHm Profiler4i高密度电法仪是由日本OYO公司在2000年左右设计生产,是具有4通道同时测量能力的高性能电法仪。

McOHm Profiler4i

Profiler8i高密度电法仪是OYO公司在McOHmProfiler4i的基础上最新推出的8通道数字化高密度电法探测仪器。

在McOHmProfiler4i的基础上进行了全方位改进,仪器性能大幅提升。McOHm Profiler8i是日本OYO公司首台加入IoT物联网兼容模块的高密度电法探测仪器,可配合云系统使用云分析服务,是未来电法探测自动化、智能化、高效化、信息化的先驱,引领最新的高密度电法发展方向。

McOHm Profiler8i

 

 高密度电法实验 

 
 

测线布置
为探测霍林河水库坝体渗漏情况及灌浆效果,沿坝轴线方向共布设4个探测断面,探测断面见图。为取得足够深的探测深度,电极布设采用“单极-单极”阵列,电极数为32个,根据各探测断面总长度的不同电极距,各断面测线布置见图、表。

高密度电法现场布置图

测线布置




 

数据反演
对高密度电法探测成果进行粗差判别、模型反演、成果后处理等采用RES2DINV程序。探测成果的粗差判别分2步:

  1. 首先对原始数据进行粗差初判,对人为因素等产生的系统或随机误差进行识别,完成不合理数据点剔除;

  2. 数据进行预反演,通过均方根误差统计计算实测与反演视电阻率之间的误差,当误差达到或超过100%时的数据点需要剔除。从4个探测断面的误差分布看,所有数据点的误差均小于15%,绝大部分数据点的误差小于5%,说明各断面探测成果精度较高。
     

反演成果与分析
岩质材料的电阻率与岩土体材料、风化程度、是否浸水等因素有关,当坝体或坝基存在渗漏水时,电阻率明显降低出现低阻异常点,这是高密度电法探测坝体渗漏的物理基础。4个探测断面电阻率断面图,横坐标为桩号,采用常数坐标轴,纵坐标为测深,采用对数坐标轴。

断面2数值反演视电阻率断面图

探测断面2的视电阻率分布情况见上图,探测断面位于大坝上游高程952.00m处,轴距为+004.5m,探测范围桩号为0+200~0+324m。

由上图可见,该坝段有6处视电阻率明显较小,该坝段视电阻率普遍小于100Ω·m;水平位置0+250m~0+270m,埋深8.06~15.3m处为溢洪洞,低电阻率区域比泄洪洞实际尺寸大故溢洪洞处有渗漏;图中断面0+300m~0+320m之间有渗漏,与表1现场大坝观测情况相同,从图可以看出,坝段0+205m~0+210m、0+243m~0+258m、0+289m~0+310m,3处基岩均有渗漏。依据地勘孔深0~25.0m为坝体填土,岩性为粉土、粉细砂,局部夹粉质粘土,总体来看,坝体和坝基存在很多渗漏点和渗漏区,坝体表层电阻率大,含水率底,而坝体表层以下电阻率变小,含水率高,与地下水观测情况相符合,同时也验证了探测结果准确可靠。

断面3数值反演视电阻率断面图

探测断面3视电阻率分布情况见上图,该断面位于大坝坝顶,高程为952.70m,轴距为-002.5m,探测桩号0+260~0+384m,截断的坝体为新旧防渗墙之间的部分。

由上图可知,大坝整体含水率低,未探测至地下水位,坝体不存在渗漏,新建防渗墙效果显著,大部分坝体填土视电阻率在74.5~169.0Ω·m之间,说明坝体浸润线总体呈逐渐下降趋势,新建防渗墙起到了防渗效果。坝体内部从桩号0+300~0+340m之间视电阻率较低,由于填土原来含水率较高,加固前该段为强渗漏区,新防渗墙建完以后,坝体含水未完全排出所致。

断面4数值反演视电阻率断面图

探测断面4电阻率分布情况见上图,该断面位于大坝下游侧,高程为951.80m,轴距为+006.8m,探测桩号为0+260~0+384m。

从上图中可以看出坝体电阻率在3.55~746Ω·m之间。坝体0+267~0+391m以下基岩存在渗漏,基岩电阻率在由3.55增大到16.4Ω·m,坝体30.6m以上电阻率增大;另外,坝体0+359m~0+373m以下基岩有渗漏,该坝段大部分电阻率在35.1~162Ω·m之间,由地勘可知,孔深0~25.0m为坝体填土,岩性为粉土、粉细砂,局部夹粉质粘土,坝体填土渗透系数较大。29.5~31.5m为强风化凝灰岩,岩芯破碎,呈短柱及碎石状;31.5~34m为强风化凝灰岩,呈短柱状、片状,岩质较新鲜;34~42m为中等风化凝灰岩,岩质新鲜,多呈柱状,少部分为短柱及碎块,基岩渗透系数较大,基岩存在渗透可能。

 

 实验总结 

 
 

从探测断面的数值反演电阻率云图和实测资料综合分析来看,本次高密度电法探测较好地揭示了坝体及坝基的电阻率分布情况,验证了高密度电法在大坝探测方面的可靠性。

  1. 高密度电法探测技术对内蒙古霍林河水库大坝渗漏进行探测,查明了大坝渗漏位置,为大坝防渗加固提供了依据。

  2. 对照前面的实测数据,可以看到目前大坝加固后的防渗效果明显加强,渗漏情况得到改善。

  3. 通过对内蒙古霍林河水库大坝渗漏进行探测试验,体现了高密度电法的优点,高密度电法探测具有不破坏大坝、效率高等特点,该方法探测到大坝渗漏位置与大坝地下水位观测结果基本吻合。

  4. 高密度电法在大坝探测方面应用前景广阔,在探测布置优化、相关分析研究、建立三维空间电阻率分析模型等方面还值得进一步研究。

 

本文来源:《霍林河水库渗漏探测试验研究》,徐海峰,窦丹丹,李卓等,三峡大学学报,第36卷,2014年第6期。
 

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