在水利工程领域,大坝的安全评估与勘测是至关重要的环节。物探手段在大坝勘测中的主要作用是查明堤坝、边坡范围内的地层分布、成因及性质,了解各岩土层的结构和物理力学性质,计算岩土物理力学参数值,为查明场地边坡的工程地质和环境地质条件,评估堤坝、边坡完整性和稳定性提供依据,常用的方法包括多道瞬态面波分析(MASW)法,高密度电阻率法,探地雷达等。
大坝勘测所需的物探手段应具有准确,快速,无损,受地形影响小等特点,,其性能各有短长。探地雷达法分辨率高,但测深较浅;高密度电法仪可以根据需求来侧重测深或分辨率来进行布设,但要求电极需与地面良好耦合,对非土质大坝不太友好,且受地下水位影响;多道瞬态面波(MASW)法探测成果为20m左右深度的S波速度结构,具有较高的分辨率,对地下水也不敏感,但传统的MASW方法每个排列一次只能产出一个一维深度-横波速度曲线,更换排列需要重新布设,施工效率较低。
随着科技的发展,OYO公司完善了CMPCC(CMP cross-correlation,共中心点道集互相关)计算方法,将主动源面波手段从每个排列一次只能产出一个一维深度-横波速度曲线,升级为排列不动便可产出整个排列的二维深度-横波速度剖面,同时利用相邻炮点叠加的优势,提高了数据横向分辨率和信噪比,大大提高了工作效率和数据精度。本文将结合具体案例,详细阐述McSEIS-SW设备CMPCC方法的三大优点:效率、准确以及适合大坝边坡测量。
一、案例背景
2024年7月,某水利研究院与欧美HJC黄金城公司合作,对某拦洪坝和防洪堤进行了安全评价工作。在此次评价中,科研团队采用了McSEIS-SW高精度表面波仪,运用主动源面波CMPCC方法对大坝进行了无损检测。检测范围涵盖了拦洪坝的坝顶、上游坝坡、下游坝坡以及防洪堤的堤顶轴线,共设置了7个测段,合计测线长度达到770米。
二、McSEIS-SW设备CMPCC方法的优点
1. 效率性
传统的MASW(多道分析面波)方法每敲一锤只能获得整个24道排列中间点的横波分布,为了获取整个排列的数据,需要移动排列24次,这无疑增加了工作量和时间成本。而McSEIS-SW设备采用的CMPCC(连续多点激震采集)方法则全然不同。在CMPCC方法中,检测人员只需手持大锤在24个检波器之间依次进行25次锤击(首尾两次距离测线端点各1m,中间23次依次在两检波器中间激发),即可获取整个排列的二维横波剖面。这种方法无需移动排列,大大提高了检测效率,缩短了工期。
2. 准确性
在数据处理方面,CMPCC方法同样表现出色。它利用相邻炮点叠加的优势,提高了数据的横向分辨率和信噪比。这意味着CMPCC方法能够更准确地反映大坝内部的地质结构,为科研人员提供更可靠的数据支持。在本案例中,通过CMPCC方法获得的地层剖面图清晰地展示了拦洪坝和防洪堤的纵向结构,且未发现异常构造,这充分证明了CMPCC方法的准确性。
3. 适合大坝边坡测量
大坝尤其是坡面具有一定的斜度,这对于地质雷达等方法来说是不友好的。此外,对于非土坝,如混凝土或石砌大坝,由于表面无法插入电极或检波器,高密度电法等方法也无法适用。然而,CMPCC主动源面波方法却能够很好地解决这些问题。通过使用沙袋对检波器进行固定,虽然会损失一部分高频信息,但CMPCC方法仍然能够准确地完成测量任务。在本案例中,科研团队成功地在拦洪坝的上游坝坡、下游坝坡以及防洪堤的堤顶轴线上进行了测量,获得了宝贵的地质数据。
(a)拦洪坝顶 (b)拦洪坝上游
(c)拦洪坝下游 (d)间冷塔防洪堤顶
三、案例总结
通过本次案例,我们深刻体会到了McSEIS-SW设备CMPCC方法在大坝勘测中的优越性。它不仅提高了检测效率,缩短了工期,还提供了更准确、更可靠的地质数据。此外,CMPCC方法还突破了传统勘测方法在地形和坝体材料方面的限制,为大坝勘测提供了新的思路和解决方案。
综上所述,McSEIS-SW设备CMPCC方法在大坝勘测中具有广泛的应用前景和重要的实践价值。未来,随着技术的不断进步和完善,相信CMPCC方法将在水利工程领域发挥更加重要的作用。