高密度電法在滑坡監(jiān)測中的應(yīng)用

陳渭中

(1.重慶交通大學(xué)土木工程學(xué)院，重慶 400074；2.招商局重慶交通科研設(shè)計(jì)院有限公司，重慶 400067)

滑坡是我國常見的地質(zhì)災(zāi)害之一，常發(fā)生于不同地質(zhì)結(jié)構(gòu)中，每年我國因滑坡造成的人員傷亡達(dá)數(shù)千人，經(jīng)濟(jì)損失高達(dá)上百億人民幣，對滑坡進(jìn)行早期監(jiān)測，分析滑坡發(fā)展過程，對滑坡現(xiàn)象進(jìn)行提前預(yù)警，可提前撤離居民和財(cái)產(chǎn)，大幅度減少人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。高密度電法能通過人工建立的地電場來探測地下巖土體的電阻率情況，從而判斷地質(zhì)結(jié)構(gòu)和巖土體構(gòu)造情況，用該方法，可以準(zhǔn)確直接觀察到地下巖體的特殊變化，對于滑坡的監(jiān)測有重要意義。

一、高密度電法的基本理論和裝置原理

高密度電法是在電阻率法的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種地電技術(shù)，其基本原理是通過兩個(gè)正負(fù)性不同的電極同時(shí)向地下導(dǎo)入相同大小的電流，形成一個(gè)人工電場，再通過兩個(gè)采集電極采集到不同點(diǎn)位在該地電場中的電位值，以計(jì)算該地形下的地電阻率模型，通過得到的地電阻率模型反演得出地下巖土體結(jié)構(gòu)。它相比起以往的電阻率法有跑極快、采集數(shù)據(jù)量大、外噪干擾小等特點(diǎn)，是現(xiàn)在常用的一種地電技術(shù)，常見的高密度電法的跑級方式有如下幾種：

(一)溫納裝置

溫納裝置的特點(diǎn)是保持四個(gè)點(diǎn)位AMNB之間的距離相同，在跑級時(shí)，把AMNB看做一個(gè)整體，取MN的中點(diǎn)為采集點(diǎn)，在一次跑級完成后，同時(shí)將四點(diǎn)之間的距離增大一個(gè)極距，進(jìn)行第二次跑級，依次往復(fù)，完成數(shù)據(jù)采集工作，所形成的采集斷面為倒梯形。

(二)偶極裝置

偶極裝置適用于一個(gè)剖面的電測深，在跑級時(shí)，供電電極AB和采集電極MN分成兩個(gè)部分且不在同一側(cè)，跑級時(shí)AB和MN之間不交叉，保持相同距離向同一方向移動(dòng)，一次完成之后同時(shí)增加AB和MN之間的距離，再進(jìn)行第二次跑級，依次往復(fù)，完成數(shù)據(jù)采集工作，所形成的采集斷面為矩形。

(三)施溫裝置

施溫裝置是施倫貝爾裝置和溫納裝置結(jié)合的一種復(fù)合裝置，在一次測量過程中，首先固定MN的點(diǎn)位以固定采集點(diǎn)位，AB分別位于MN的左右兩側(cè)，AB點(diǎn)位逐漸向兩端加大，隨著AB之間的距離增大，采集點(diǎn)位的采集深度也在不斷加大，AB完成一次水平跑級之后，改變MN的位置以改變采集點(diǎn)位的位置，再重復(fù)上述增大AB之間距離，進(jìn)行第二次跑級，重復(fù)上述過程，完成數(shù)據(jù)采集，所形成的數(shù)據(jù)點(diǎn)位為一個(gè)矩形。

二、高密度電法應(yīng)用于邊坡監(jiān)測的理論原理

在常見的滑坡的案例中，引起滑坡的因素通常包括水和滑移帶的發(fā)育，水的因素包括降水量過大和地下水位上漲造成巖土體內(nèi)部土的粘度降低，土體自重增大，導(dǎo)致滑坡的形成。第二種因素為巖土體裂縫和軟弱夾層發(fā)展貫穿坡體，導(dǎo)致坡體上覆層沿著滑移面下滑，滑坡的過程分為滑坡形成、坡體滑動(dòng)過程和后期穩(wěn)定過程，監(jiān)測和預(yù)警滑坡的階段主要在第一階段，由于滑移帶的發(fā)展過程中，軟弱夾層中所含泥層電阻率值偏低，尤其在滑移帶厚度較大時(shí)，降水到坡體內(nèi)部通常沿著滑移帶滲透，導(dǎo)致滑移帶電阻率值降低幅度大，通過高密度電法監(jiān)測巖土體中低阻帶的變化情況，可對滑移帶發(fā)展情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測。當(dāng)降雨量過大時(shí)，還會(huì)引起地下水位上漲，地下水位同時(shí)也會(huì)影響坡體的電阻率值的變化，人工建立的地電場可監(jiān)測出地下水位的變化情況，對坡體內(nèi)部結(jié)構(gòu)變化可以充分反應(yīng)。

三、高密度電法應(yīng)用于滑坡監(jiān)測中的缺陷和不足

高密度電法原理是利用人工電場對地下巖土體結(jié)構(gòu)進(jìn)行電流場的數(shù)據(jù)分析，往往把大地看成半空間無限各向同性均勻體，但現(xiàn)實(shí)生活中大地結(jié)構(gòu)并非如此，其中有諸多因素會(huì)影響高密度電法的實(shí)際工程效果。

(一)地形的影響：邊坡是一個(gè)復(fù)雜的地形結(jié)構(gòu)，其表面通常由松散的土體和一些未風(fēng)化的巖石構(gòu)成，且邊坡表面地勢起伏大，人工電場在非各向同性的地形中得出的電阻率結(jié)果往往與理論值有較大偏差，且在地層真實(shí)電阻率的分析過程中，較為依賴其他工程探測手段來輔助高密度電法數(shù)據(jù)采集的理論分析，所以要得到精確的分析結(jié)果需要較大的工作量。

(二)數(shù)據(jù)分析和反演的影響：在高密度電法的數(shù)據(jù)采集完成之后，進(jìn)行數(shù)據(jù)分析時(shí)，往往是用一系列人工編寫的軟件程序進(jìn)行數(shù)據(jù)解釋和地電場模型反演，在軟件編寫過程和反演過程中會(huì)有較大的數(shù)據(jù)誤差，且反演結(jié)果往往帶有一定的體積效應(yīng)，很難將地電模型精確的反應(yīng)出來，只能根據(jù)反演結(jié)果得出定性分析。

四、結(jié)論

高密度電法是一個(gè)較為成熟的地點(diǎn)勘測手段，以往的探測和監(jiān)測效果也說明其可以用于滑坡預(yù)警和監(jiān)測，但目前該技術(shù)要用于滑坡的監(jiān)測和預(yù)警還處于起步階段，需要進(jìn)一步增加高密度電法在實(shí)際運(yùn)用中的精度和可操作性。