水利工程论文-堤防隐患探测实例分析.doc

水利工程论文-堤防隐患探测实例分析摘要：在堤防隐患探测中，采用地质雷达、高密度电法、电测深法、地震折射波法等综合物探技术，并结合少量的土工试验资料，提高了物探成果的可靠性和实用性，取得了良好的应用效果，为堤防隐患探测提供了新的思路。关键词：综合物探堤防工程地质雷达高密度电法电测深法地震折射波法土工试验0前言永定河卢沟桥下游北京段左、右堤防全长约91km，其中左堤长约61km，右堤长约30km。该堤防于清朝乾隆年间填筑，后经多次维修和加固形成现有规模，其主体为梯形，堤顶宽10m左右，可见堤高约56m，迎水坡坡度为1:1.51:2.0，背水坡坡度为1:2.01:2.5。目前左堤堤顶为沥青路面，右堤堤顶除上游段为混凝土路面外其余堤段均为砂石路面，可供防汛等车辆通行，基本满足防汛通行的要求。在上述左、右堤防内共划定险工段12处计23段，这些险工段在历史上均有决口或抢险加固的记载，曾于19641989年多次对其迎水坡进行护险加固处理，多以干浆砌石结合铅丝石笼构成护坡。为满足永定河北京段防洪规划的需要，应检测堤防工程内部隐患及其质量，故进行物探工作，以便汛期之前进行加固处理，并有针对性地进行防汛材料的配备和组织，保证渡汛万无一失。其任务为：探测堤防及堤防险工段地质结构及堤身、堤基存在的隐患、规模、种类、分布范围；探测旧渠砌石护险工程的护砌分布厚度及堤基情况；探测险工段堤防工程已经出现的裂缝、滑坡、坍陷、隆起等不良地质现象，探测堤身、堤基有无獾洞及其它空洞存在；本次堤防勘探深度为堤顶以下15m。该堤防基础为第四系全新统冲洪积地层，岩性以粉细砂为主，下游段出现黑色淤泥质粘土夹层，层厚约0.72.0m。堤身为人工就地取土填筑而成，主要由粉细砂(中下游段)、砂卵砾石(上游段)等组成。而险工段除上述介质组成外，在迎水坡铺设浆砌石护坡(厚度约0.4m原设计标准)和铅丝石笼水平护底，浆砌石护坡除可见堤身部分裸露外，其余部分和外铺8m左右的铅丝石笼水平护底均埋于河滩滩地以下，一般为46m。介质构成复杂多变，分布不均，且处于包气带中，极为干燥。地下水位埋深(自地表计)：卢沟桥附近约20m，至下游逐渐变浅，达省/市界附近一带(石佛寺)约2m。实践及理论分析表明：浆砌石、堤身粉细砂(或砂卵砾石)和堤基粉细砂两俩之间具有电磁、电性和弹性差异，具备综合物探的物理前提；各类堤防隐患与正常堤防介质具有一定的电磁、电性等差异，可用地质雷达、高密度电法、电测深法、中间梯度剖面法等进行探测。但某些不均质体的规模与其埋深之比太小，在物探曲线上反映不明显，难于准确地划分；同时，由于测区范围较大，堤防各岩性层的空间变化具有较大差异，加之堤身介质组成复杂多变，致使测区地球物理特征复杂。1测试方法1.1地质雷达沿堤顶迎水边布置1条纵剖面，并全线实施地质雷达探测，选用天线的中心频率为50MHz。对于险工段，又在堤顶背水侧和迎水面坡脚各布置1条纵剖面，选用天线的中心频率为250MHz。非险工段记录点距0.5m，险工段记录点距0.2m。测试仪器为瑞典产RAMAC/GPR雷达系统。实测采用剖面法，且收发天线方向与测线方向平行。1.2电法勘探在地质雷达探测的基础上,选择部分堤段,沿堤顶迎水边进行电法勘探。测试仪器为国产WDJD1型多功能电测仪及其附属设备。实测方法为：高密度电法，选用温纳尔装置，基本点距为23m，电极隔离系数为912；电测深法，选用MN/AB=1/5的对称四极等比装置，最小供电极距(AB/2)min=1.5m，最大供电极距(AB/2)max=45.0m；中间梯度剖面法，采用供电极距AB=60m，测量极距MN=4m，测点距为2m。1.3地震勘探在地质雷达探测的基础上,选择部分堤段,沿堤顶迎水边进行地震勘探。测试仪器为美国产R24工程地震仪以及与之配套的专用电缆和频率为38Hz的检波器等，采用锤击震源。测试方法为初至折射波法。1.4土工试验为准定量或半定量地评价堤身土体质量，在进行地球物理勘探的同时，对堤身土体进行原位和室内土工试验。原位（现场）试验：密度测试采用环刀法(堤身为粉细砂)、注水法(堤身为砂卵砾石)；天然含水量测试采用烘干法。室内试验：依据现场测试的密度、含水量重新制样并测试。2资料整理与解释2.1地质雷达由野外实测所获得的雷达剖面，经滤波、平衡处理后得到清晰的雷达图像，据此全面客观地分析各种雷达波组的特征(如波形、频率、强度等)，尤其是反射波的波形及强度特征，通过同相轴的追踪，确定波组的地质意义，构制地质地球物理解释模型。地质雷达接收信号强度除与发射信号功率大小有关外，还与地下介质的结构特征和物性参数有关，而反射信号的强度在一定的发射功率下，主要取决于不同介质接触界面的反射系数和穿透介质的衰减系数，其中反射系数主要取决于界面两侧介质的介电常数，而介质的衰减系数与介电常数(平方根成反比)和电导率(平方根成正比)有关。所以，地质雷达资料反映的是地下地层的电磁分布特征(介电常数和电导率)，要把地下介质的电磁分布特性转化为地质分布，必须把地质、钻探等已知勘察资料与地质雷达资料有机地结合起来，才能获得正确的地下地质结构模式。根据反射波组的同相性、相似性和波形特征，区分不同地质层(体)的反射波组，并研究它们的相互关系和变化趋势，建立各类波组的地质结构模式，达到地质解译的目的。就本次勘察对象而言，浆砌石的电导率(电阻率的倒数)和介电常数均最低，使得雷达波速最高，而对电磁波的吸收衰减也最小，在单一频率(250MHz)的雷达图像上表现为强反射，多以较低频、较宽粗的同相轴出现。当浆砌石较薄或其底部与土体分离形成空洞时，该波组的最下部同相轴变化复杂，呈现错断、缺失、不连续或杂乱无章等现象；潮湿粉细砂则由于颗粒较细，含水率较高，其电导率(电阻率的倒数)和介电常数均最大，使得雷达波速最低，故对电磁波表现为强吸收性，在单一频率(50MHz或250MHz)的雷达图像中该波组反映为波幅小而细、连续性好；砂卵砾石和干燥粉细砂介于浆砌石和潮湿粉细砂之间，由于砂卵砾石较粉细砂的颗粒粗，所以，砂卵砾石在单一频率(50MHz或250MHz)的雷达图像上的表现特征接近于浆砌石，但成