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案例簡介：

高密度電法即高密度電阻率法，是水利水電工程隱患探測中重要的物探方法之一，。該方法雖然受“豎向限分辨率多只能探測洞徑與埋設之比為1 ∶ 10”的限制，但是對于庫水位抬升、壩體浸潤面抬升、壩體飽和區域“大面積”增大的情況，應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，將高密度電法儀應用在試驗蓄水過程中，通過電極布設與探測，獲取壩體蓄水期的視電阻率場分布與變化; 結合水庫蓄水期庫水位上升、壩體滲流場發展過程資料，分析壩體電阻率場與滲流場之間的關系。
分析成果表明，高密度電法儀獲得的壩體電阻率發展過程與大壩浸潤面發展過程具有一致性，程度上可以用壩體視電阻率分布反應壩體滲流場變化情況。

使用儀器：

本案例中使用的儀器是日本OYO公司生產的McOHM Profiler 4i高密度電法儀（圖1左），該產品2000年左右設計生產，是具有4通道同時測量能力的高性能電法儀。


2018年，在McOHM Profiler 4i高密度電法儀基礎上，OYO公司推出了新一代Profiler 8i高密度電法儀（圖1右）。

McOHM Profiler 8i是一款8通道數字化高密度電法探測儀器。在McOHM Profiler 4i的基礎上進行了全面改進，儀器性能大幅提升。McOHM Profiler 8i是日本OYO公司臺加入IoT物聯網兼容模塊的高密度電法探測儀器，可配合云系統使用云分析服務，是未來電法探測自動化、智能化、信息化的先驅，領新的高密度電法發展方向。

McOHM Profiler 8i使用新的高分辨率A/D轉換技術，配有高度整合的接收裝置，結合具有電極開關功能的Scanner-32 ，可以進行的二維電阻率勘探，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點，體積小、重量輕、可外接USB 存儲器。儀器控制器可顯示電流波形、電位波形和衰減曲線。其性能指標包括: ( 1)使用Windows 10 Pro 64位 操作系統，操作性能強; ( 2) 電極排列多樣，可選POLE - POLE，POLE - DIPOLE，DIPOLE - DIPOLE，WENNER - 2 D，STAGGERD - 2 D和ELTRAN - 2 D等; ( 3) 8通道同步測量，提高測量效率; ( 4) 可外接Scanner-32，電極數量可擴充到192個; ( 5)配置Power Booster，輸出電流最大可達1A;( 6) 借助控制工具和內置時鐘自動測量; ( 7) 利用衰減曲線實現數據質量現場控制等功能。

該電法儀采用RES2DINV二維電阻率快速反演軟件進行數據處理，其流程包括: ( 1) 數據文件編輯，通過人工觀察辨識，刪除異常值; ( 2) 數據反演，通過實測值與反演視電阻率值之間的均方根誤差統計計算，形成二維反演單元模型; ( 3)視電阻率二維成像處理，成像顯示兩部分內容，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。測量數據的反演，以平滑約束最小二乘為基礎、以擬牛頓反演為準則的最小二乘法實現。經過若干次迭代，均方誤差一般不大于10% 的反演結果即為地下巖土介質視電阻率分布的二維剖面圖。

潰壩實驗背景與電極布置：

試驗水庫大壩為粘性均質土壩，最大壩高達9.7m，壩頂長120m、寬3m。潰壩試驗發生在原潰口位置填筑的新壩體，其尺寸結構試驗壩潰口頂部長度17.6 m、底部長度4.8 m，頂部寬3m、底部寬38.4m。立體示意圖如圖2所示。


在新壩壩頂軸距-0.5m處布置探測縱斷面，布設32個電極，電極間距1.0m，總長度為31m( 覆蓋兩側老壩體各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行探測，共計探測4次，時間分別為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)。

探測成果資料解析：

采用RES2DINV快速二維電阻率反演軟件進行高密度電法儀數據處理，首先人工辨識刪除異常值，形成二維反演單元模型，設置數據迭代均方差為5%( 小于10%) ，反演獲得的視電阻率二維成像見圖3。

根據新壩體中心斷面布置的滲壓計觀測資料，繪制5月4日、5月12日和5月21日典型時刻壩體浸潤線及飽和土層分布場(見圖4) 根據高密度電法探測的基本原理，大壩土體含水量高、導電性強，其視電阻率相應就小( 圖4中灰色區域) ，因此，可把視電阻率相對較小區域擴展過程理解為大壩土體含水量逐漸增大的表現。從上述壩體電阻率分布與浸潤線分布來看: (1) 電阻率分布圖呈現左右對稱分布，從中間到兩側電阻率逐漸減小。其中，兩側各存在藍色集中區域，反應出兩端新舊壩體結合處含水量相對較高。(2) 隨著庫水位升高，壩體浸潤線隨之抬升，大壩土體含水量區域擴大。相應壩體電阻率藍色區域分布亦逐漸擴大，呈現出從兩側向中間發展的趨勢，并最終連片。(3) 在5月21日電阻率圖譜中顯示，低電阻率區域布滿整個探測斷面，這與庫水位已基本到壩頂、大壩土體大面積飽和相對應。由此分析認為，高密度電法儀獲得的壩體電阻率發展過程與大壩浸潤面發展過程是一致的，程度上可以用壩體視電阻率分布反應壩體滲流場變化情況。

總結：

文中將高密度電法儀應用于潰壩試驗中，獲得了水庫蓄水過程中壩體視電阻率分布變化過程，并與滲流場發展過程對比分析，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，大壩土體含水量區域擴大，相應壩體低電阻率區域分布亦逐漸擴大，并最終連片。( 2) 高密度電法儀獲得的壩體電阻率發展過程與大壩浸潤面發展過程是一致的，程度上可以用壩體視電阻率分布反應壩體滲流場變化情況。高密度電法儀的實際應用中還應注意: ( 1)根據實際情況，電極間距布置可以疏密結合; ( 2) 探測反演圖像解析時，應緊密結合工程實際情況、滲流觀測資料進行綜合分析，相互印證。