潰壩的主要原因有：

漫頂

水庫泄洪能力不足或超標(biāo)準(zhǔn)洪水引起的漫頂（指洪水漫過大壩壩頂）；

質(zhì)量問題

壩體滲漏、壩體滑坡、壩體質(zhì)量差、壩基滲漏、壩基滑動(dòng)或塌陷、岸坡與壩體接頭處滲漏、溢洪道與壩體接觸處滲漏、溢洪道質(zhì)量差、涵洞(管)與壩體接合處滲漏、涵洞(管)質(zhì)量差、生物洞穴；新老接合處滲漏超蓄

管理不當(dāng)

維護(hù)運(yùn)用不良；溢洪道筑埝不及時(shí)拆除無人管理；庫區(qū)或溢洪道塌方人工扒壩

其他

工程設(shè)計(jì)布置不當(dāng)上游垮壩其它

土石壩是世界大壩工程建設(shè)中應(yīng)用Z為廣泛和發(fā)展Z快的一種壩型。但土石壩結(jié)構(gòu)復(fù)雜，影響潰決時(shí)間的因素眾多，目前仍然沒有有效的土石壩漫頂潰決時(shí)間預(yù)測手段和方法。

近年來，我國開展了多次原體土石壩潰決試驗(yàn)，獲得了原體土石壩潰口發(fā)展、洪水演進(jìn)等重要成果。

高密度電法雖然受“豎向極限分辨率Z多只能探測洞徑與埋設(shè)之比為1∶10”的限制，但是對(duì)于庫水位抬升、壩體浸潤面抬升、壩體飽和區(qū)域“大面積”增大的情況，應(yīng)用該方法獲得的壩體電阻率分布可望反映出壩體滲流場分布情況。

本案例研究借助原體大壩管涌潰決試驗(yàn)，將高密度電法儀應(yīng)用在試驗(yàn)蓄水過程中，通過電極布設(shè)與探測，獲取壩體蓄水期的視電阻率場分布與變化；結(jié)合水庫蓄水期庫水位上升、壩體滲流場發(fā)展過程資料，分析壩體電阻率場與滲流場之間的關(guān)系。

高密度電法是以巖、土導(dǎo)電性的差異為基礎(chǔ)，研究人工施加穩(wěn)定電流場的作用下地下傳導(dǎo)電流分布規(guī)律的一種電探方法。

本試驗(yàn)選用日本OYO公司生產(chǎn)的McOHM Profiler 4i高密度電法儀。該設(shè)備是具有4通道同時(shí)測量能力的高性能電法儀。

Profiler 8i是OYO公司在McOHM Profiler 4i高密度電法儀基礎(chǔ)上推出的新一代高密度電法儀。

McOHM Profiler 8i是一款8通道數(shù)字化高密度電法探測儀器。在McOHM Profiler 4i的基礎(chǔ)上進(jìn)行了全方位改進(jìn)，儀器性能大幅提升。McOHM Profiler 8i是日本OYO公司首臺(tái)加入IoT物聯(lián)網(wǎng)兼容模塊的高密度電法探測儀器，可配合云系統(tǒng)使用云分析服務(wù)，是未來電法探測自動(dòng)化、智能化、GX化、信息化的先驅(qū)，引領(lǐng)新的高密度電法發(fā)展方向。

McOHM Profiler 8i使用新的高分辨率A/D轉(zhuǎn)換技術(shù)，配有高度整合的接收裝置，結(jié)合具有電極開關(guān)功能的Scanner-32 ，可以進(jìn)行有效的二維電阻率勘探，采用配置10.1英寸高亮度液晶顯示器和USB端口的平板電腦作為控制面板，具有高清晰度和便于操作的優(yōu)點(diǎn)，體積小、重量輕、可外接USB 存儲(chǔ)器。儀器控制器可顯示電流波形、電位波形和衰減曲線。

• 使用Windows 10 Pro 64位 操作系統(tǒng)，操作性能強(qiáng)；
• 電極排列多樣，可選POLE-POLE，POLE-DIPOLE，DIPOLE-DIPOLE，WENNER-2D，STAGGERD-2D和ELTRAN- 2D等；
• 8通道同步測量，提高測量效率;
• 可外接Scanner-32，電極數(shù)量可擴(kuò)充到192個(gè)；
• 配置Power Booster，輸出電流ZD可達(dá)1A；
• 借助控制工具和內(nèi)置時(shí)鐘自動(dòng)測量；
• 利用衰減曲線實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)質(zhì)量現(xiàn)場控制等功能。

該電法儀采用RES2DINV二維電阻率快速反演軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。

流程包括：

• 數(shù)據(jù)文件編輯，通過人工觀察辨識(shí)，刪除異常值；
• 數(shù)據(jù)反演，通過實(shí)測值與反演視電阻率值之間的均方根誤差統(tǒng)計(jì)計(jì)算，形成二維反演單元模型；
• 視電阻率二維成像處理，成像顯示兩部分內(nèi)容，一部分為原始視電阻率剖面圖，另一部分是反演后的視電阻率剖面圖。測量數(shù)據(jù)的反演，以平滑約束Z小二乘為基礎(chǔ)、以擬牛頓反演為準(zhǔn)則的Z小二乘法實(shí)現(xiàn)。經(jīng)過若干次迭代，均方誤差一般不大于10% 的反演結(jié)果即為地下巖土介質(zhì)視電阻率分布的二維剖面圖。

試驗(yàn)水庫大壩為粘性均質(zhì)土壩，ZD壩高達(dá)9.7m，壩頂長120m、寬3m。潰壩試驗(yàn)發(fā)生在原潰口位置填筑的新壩體，其尺寸結(jié)構(gòu)試驗(yàn)壩潰口頂部長度17.6 m、底部長度4.8 m，頂部寬3m、底部寬38.4m。

在新壩壩頂軸距-0.5m處布置探測縱斷面，布設(shè)32個(gè)電極，電極間距1.0m，總長度為31m( 覆蓋兩側(cè)老壩體各6m) ，采用單極—單極模式測量。

在水庫大壩蓄水期分別選擇典型日期進(jìn)行探測，共計(jì)探測4次，時(shí)間分別為4月22日(蓄水前)、5月4日(庫水位42.20m，約1/3壩高)、5月12日(庫水位44.50m，約4/5壩高)和5月21日(庫水位45.60m，滿庫)。

采用RES2DINV快速二維電阻率反演軟件進(jìn)行高密度電法儀數(shù)據(jù)處理，首先人工辨識(shí)刪除異常值，形成二維反演單元模型，設(shè)置數(shù)據(jù)迭代均方差為5%(小于10%) ，反演獲得的視電阻率二維成像。

4月22日(蓄水前)

5月4日(庫水位42.20m，約1/3壩高)

5月12日(庫水位44.50m，約4/5壩高)

5月21日(庫水位45.60m，滿庫)

根據(jù)新壩體ZX斷面布置的滲壓計(jì)觀測資料，繪制5月4日、5月12日和5月21日典型時(shí)刻壩體浸潤線及飽和土層分布場。

典型時(shí)刻壩體浸潤線及飽和土層分布場

根據(jù)高密度電法探測的基本原理，大壩土體含水量高、導(dǎo)電性強(qiáng)，其視電阻率相應(yīng)就小( 圖4中灰色區(qū)域) ，因此，可把視電阻率相對(duì)較小區(qū)域擴(kuò)展過程理解為大壩土體含水量逐漸增大的表現(xiàn)。

從上述壩體電阻率分布與浸潤線分布來看：

1. 電阻率分布圖呈現(xiàn)左右對(duì)稱分布，從中間到兩側(cè)電阻率逐漸減小。其中，兩側(cè)各存在藍(lán)色集中區(qū)域，反應(yīng)出兩端新舊壩體結(jié)合處含水量相對(duì)較高。

2. 隨著庫水位升高，壩體浸潤線隨之抬升，大壩土體含水量區(qū)域擴(kuò)大。相應(yīng)壩體電阻率藍(lán)色區(qū)域分布亦逐漸擴(kuò)大，呈現(xiàn)出從兩側(cè)向中間發(fā)展的趨勢，并ZZ連片。

3. 在5月21日電阻率圖譜中顯示，低電阻率區(qū)域布滿整個(gè)探測斷面，這與庫水位已基本到壩頂、大壩土體大面積飽和相對(duì)應(yīng)。

由此分析認(rèn)為，高密度電法儀獲得的壩體電阻率發(fā)展過程與大壩浸潤面發(fā)展過程是一致的，一定程度上可以用壩體視電阻率分布反應(yīng)壩體滲流場變化情況。

本實(shí)驗(yàn)將高密度電法儀應(yīng)用于潰壩試驗(yàn)中，獲得了水庫蓄水過程中壩體視電阻率分布變化過程，并與滲流場發(fā)展過程對(duì)比分析，獲得了較為理想的成果。

1. 隨著庫水位升高，壩體浸潤線隨之抬升，大壩土體含水量區(qū)域擴(kuò)大，相應(yīng)壩體低電阻率區(qū)域分布亦逐漸擴(kuò)大，并ZZ連片。
2. 高密度電法儀獲得的壩體電阻率發(fā)展過程與大壩浸潤面發(fā)展過程是一致的，一定程度上可以用壩體視電阻率分布反應(yīng)壩體滲流場變化情況。

高密度電法儀的實(shí)際應(yīng)用中還應(yīng)注意：

(1) 根據(jù)實(shí)際情況，電極間距布置可以疏密結(jié)合；

(2) 探測反演圖像解析時(shí)，應(yīng)緊密結(jié)合工程實(shí)際情況、滲流觀測資料進(jìn)行綜合分析，相互印證。

參考文獻(xiàn)：《高密度電法儀在潰壩試驗(yàn)中的應(yīng)用研究》，谷艷昌、王宏巍、王宏等，水利水電技術(shù)，第46卷，2015年第3期

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