水利工程論文-物探在水利水電工程中的應(yīng)用及成果綜述摘要：簡要回顧了黃河沙坡頭水利樞紐工程在不同設(shè)計階段所投入的物探工作及其具體方法和技術(shù)，通過物探測試成果的綜合分析和實際應(yīng)用效果介紹，說明了物探技術(shù)在水利水電工程中的作用和前景。關(guān)鍵詞：綜合物探壩基巖體固結(jié)灌漿工程檢測1工程概況黃河沙坡頭水利樞紐工程為國家2000年西部大開發(fā)十大項目之一，位于寧夏回族自治區(qū)中衛(wèi)縣境內(nèi)，其上游12.1km為擬建的大柳樹水利樞紐，下游122km為已建成的青銅峽水利樞紐。工程區(qū)距自治區(qū)首府銀川市200km，距中衛(wèi)縣城20km。地處黃河上游干流上，南依香山山脈北麓，北鄰騰格里沙漠南緣，是一座以灌溉、發(fā)電為主的綜合利用水利樞紐工程。該樞紐由主壩和副壩兩部分組成，其中主壩為混凝土閘壩，最大壩高37.8m，壩長338.45m，壩頂高程1242.6m；副壩位于黃河左岸階地上，為土石壩，最大壩高15.1m，壩長529.2m。水庫正常蓄水位1240.5m，總庫容0.26億m3，總裝機容量12.03萬kW，多年年平均發(fā)電量6.06億kWh，設(shè)計灌溉面積87.7萬畝。2物探任務(wù)與要求黃河沙坡頭水利樞紐工程的物探工作始于1996年，至2003年底全部結(jié)束。期間歷經(jīng)了可行性研究階段、初步設(shè)計階段和技施設(shè)計階段。各階段工作時間及任務(wù)要求如下：可行性研究階段物探工作于1996年進(jìn)行，主要任務(wù)是通過巖體波速測試和聲波測井，劃分巖性并了解巖體動彈性參數(shù)。初步設(shè)計階段物探工作于2000年進(jìn)行，物探任務(wù)與要求為：通過聲波測井取得主壩壩基、交通橋基礎(chǔ)巖體結(jié)構(gòu)、軟硬巖體分布規(guī)律，了解孔內(nèi)軟弱夾層、構(gòu)造破碎帶分布情況，以便驗證和補充鉆探資料。測定巖體的縱、橫波速度，并求得泊松比、動彈性模量等參數(shù)。為壩基巖體質(zhì)量評價提供依據(jù)。通過綜合物探方法查明副壩壩基地層結(jié)構(gòu)及古河道分布情況。查明導(dǎo)流明渠、交通橋地層結(jié)構(gòu)及古渠道分布情況。通過對灌漿前、后巖體波速測試，評價灌漿試驗效果。技施設(shè)計階段物探工作于20022003年進(jìn)行，物探任務(wù)與要求為：通過對壩基巖體進(jìn)行地震波測試，了解基礎(chǔ)巖體的彈性波參數(shù)，為工程基礎(chǔ)巖體評價、驗收提供依據(jù)。對固結(jié)灌漿的基礎(chǔ)巖體進(jìn)行聲波檢測，通過灌漿前、后巖體波速的變化情況，評價固結(jié)灌漿效果。通過對壩基混凝土墊層進(jìn)行回彈檢測，了解并查明混凝土墊層與基巖面的膠結(jié)狀況。3地形及地質(zhì)簡況3.1地形地貌壩址區(qū)內(nèi)地勢南西高而北東低，相對高差5001000m。黃河自西向東流經(jīng)壩址區(qū)，河谷呈不對稱“U”形谷。壩址左岸地勢相對平坦，為黃河級階地，岸邊有美利渠與黃河平行展布；右岸為香山山脈北麓，岸邊有羚羊角渠與黃河平行展布，羚羊角渠南側(cè)地形較陡，且沖溝發(fā)育。3.2地質(zhì)簡況壩址區(qū)附近有石炭系、第三系、第四系地層發(fā)育。主壩壩基為石炭系下統(tǒng)前黑山組(C1q)、臭牛溝組(C1c)、中統(tǒng)靖遠(yuǎn)組(C2j)和第三系上新統(tǒng)臨夏組(N2l)地層。壩區(qū)位于窯上復(fù)式倒轉(zhuǎn)向斜的正常翼，巖層遭受構(gòu)造破壞劇烈，層間擠壓帶、小型褶皺、揉皺，小斷層以及節(jié)理、劈理發(fā)育，泥巖呈大小不等的菱形塊體，炭質(zhì)頁巖則呈鱗片狀，并具有失水干裂解體，再遇水泥化的特點，使壩基巖體成為典型的極軟巖。巖層沿走向和傾向均呈舒緩波狀，總體產(chǎn)狀：走向NE45EW，傾向SE或S，傾角3370。副壩、導(dǎo)流明渠、交通橋及水源地部位分布著厚層第四系松散堆積物，表層為風(fēng)積砂，深部則為厚層砂礫石層；基巖為第三系上新統(tǒng)臨夏組(N2l)的棕紅色、紫紅色砂質(zhì)粘土巖，局部夾有礫巖。4物探方法與技術(shù)根據(jù)不同勘查階段的任務(wù)要求，物探主要開展了聲波法、地震波法、地質(zhì)雷達(dá)法、電阻率法工作。具體方法有：單孔聲波測井、聲波對穿、地震波相遇法、地震波CT、瑞利面波法、高密度電阻率法、地質(zhì)雷達(dá)等。聲波法：包括單孔聲波和聲波對穿。它是彈性波測試方法之一，其理論基礎(chǔ)建立在固體介質(zhì)中彈性波的傳播特性上，采用頻率主要為1k30kHz和50k1000kHz兩個頻段。該方法以人工激振的方法向介質(zhì)發(fā)射聲波，在一定距離上接收受介質(zhì)物理特性調(diào)制后的聲波，通過觀測和分析聲波在不同介質(zhì)中的傳播速度、振幅、頻率等參數(shù)解決工程問題。本工程使用儀器為SD1型聲波檢測儀，單孔聲波由下而上逐點測試，點距為0.2m。聲波對穿由下而上水平同步逐點測試，點距為0.1m。地震波法：包括地震波相遇法、地震波CT和面波法。其理論基礎(chǔ)與聲波法相同，采用頻率范圍為1n100Hz。該方法利用人工激發(fā)的地震波在彈性性質(zhì)不同的地層內(nèi)傳播規(guī)律，研究與巖土工程有關(guān)的地質(zhì)、構(gòu)造和巖土體的物理力學(xué)特性，可對工程場地和人工建筑物的適應(yīng)性進(jìn)行評價。本工程使用儀器為R24型工程地震儀，地震波相遇法采用412道接收，檢波點間距1.0m。地震波CT采用二邊對比觀測系統(tǒng)，激發(fā)點間距1.0m，接收點間距2.0m。面波法采用雙邊激發(fā)，12道接收，檢波點間距2.0m。高密度電法：以巖土體的電性特征為基礎(chǔ)，通過儀器觀測和分析研究即可取得地下地質(zhì)結(jié)構(gòu)的變化規(guī)律，以此解決巖土工程問題。本工程使用儀器為WDJD1型多功能電測儀，選用溫納爾裝置，基本點距為23m，電極隔離系數(shù)為916。地質(zhì)雷達(dá)法：通過地面的發(fā)射天線(T)向地下發(fā)射高頻電磁波(主頻為數(shù)十?dāng)?shù)百乃至數(shù)千兆赫)，當(dāng)它遇到地下地質(zhì)體或介質(zhì)分界面時發(fā)生反射，并返回地面，被放置在地表的接收天線(R)接收，并由主機記錄下來，形成雷達(dá)剖面圖。由于電磁波在介質(zhì)中傳播時，其路徑、電磁波場強度以及波形將隨所通過介質(zhì)的電磁特性及其幾何形態(tài)而發(fā)生變化。因此，根據(jù)接收到的電磁波特征，既波的旅行時間(亦稱雙程走時)、幅度、頻率和波形等，通過雷達(dá)圖像的處理和分析，可確定地下界面或目標(biāo)體的空間位置或結(jié)構(gòu)特征。本工程使用儀器為RAMAC/GPR雷達(dá)系統(tǒng)，實測采用剖面法，且收發(fā)天線的連線方向與測線方向平行，分別選用主頻50MHz和250MHz兩種天線進(jìn)行測試，記錄點距0.20.5m。5物探成果概述在可行性研究階段、初步設(shè)計階段、技施設(shè)計階段共提交物探測試成果報告7份，取得了一定的技術(shù)效果。5.1可行性研究階段通過對壩址區(qū)附近的鉆孔聲波測試和右岸PD01平硐硐壁巖體的地震波測試初步掌握了壩基巖體的彈性特征及不同巖性巖體的波速分布的基本規(guī)律。主要成果為：鉆孔內(nèi)基巖巖體波速主要受巖性控制：第三系上新統(tǒng)臨夏組砂質(zhì)粘土巖的波速均值為2100m/s,而礫巖、砂礫巖的波速均值為2900m/s；石炭系下統(tǒng)泥巖、炭質(zhì)頁巖的波速均值為2560m/s,泥質(zhì)灰?guī)r、砂巖的波速均值為3500m/s，灰?guī)r的波速均值為4000m/s。PD01平硐巖性主要是石炭系泥巖、頁巖等，巖體裂隙發(fā)育，實測巖體彈性參數(shù)為：縱波速度15002500m/s，橫波速度5201200m/s，動彈性模量1.698.10GPa，表明該平硐巖體強度較低。斷層破碎帶與泥巖、炭質(zhì)頁巖等低波速巖體間無明顯的波速差異，而與灰?guī)r、砂巖等高波速巖體間的波速差異明顯。該壩址所測巖體波速與巖體風(fēng)化分帶的關(guān)系不甚明顯。5.2初步設(shè)計階段5.2.1地層結(jié)構(gòu)利用地質(zhì)雷達(dá)、高密度電阻率法、瑞利面波法等綜合物探方法，并結(jié)合鉆孔資料，基本查明了導(dǎo)流明渠、副壩、交通橋、水源地的地層結(jié)構(gòu)以及古渠道、古河道的分布規(guī)律