高密度電法在巖溶路基勘察中的應用

2020-09-02 09:01:20張世旭

四川水泥 2020年9期

魏來張世旭龍斌

（貴州省交通規劃勘察設計研究院股份有限公司，貴州貴陽 550001）

0 引言

巖溶是貴州地區典型的不良地質，巖溶的發育會嚴重降低地基的承載力，容易導致地基不均勻沉降、變形、滑動甚至是路面塌陷，對高速公路建設的影響尤其重要。因此，對地下巖溶的發育情況進行查明對公路建設的安全性與可行性具有十分重大的意義。

與傳統的電法相比，高密度電法成本低、效率高，其測點密度大、信息豐富，解譯方便。堅硬的完整性好的巖體，其視電阻率值較高，而完整性差的巖體，當富含水或填充粘土時，其視電阻率明顯低于完整圍巖的視電阻率。這種特性使高密度電法可以較好的反映巖溶地區巖溶的發育情況，在工程地質勘查、災害檢測等領域得到廣泛的應用，解決諸多的地址問題[1-4]。

貴州某高速公路路基地質調繪發現地表巖溶發育，為保證高速公路建設的可行性，保證安全施工，采用高密度電法對該段路基進行勘察，有效的確定了巖溶發育的位置，大小，為后期布鉆提供有效依據。

1 工作原理

高密度電法基本工作原理與常規電阻率法大體相同，以地下介質的電性差異為基礎，通過電極向地下供電，形成電場得到地下電流的變化分布規律，進而得到地下介質的視電阻率分布規律，以次來分析地下結構的方法。

高密度電法結合了四極測深與電剖面法的一種層析成像技術，提高了電法勘測的效率及信噪比?？梢酝瑫r觀測到一定深度范圍內地下介質橫向及縱向的變化規律。由于其測點密度大，采集數據量大的特點，彌補了常規電阻率法數據量小，解釋方法單一的不足[5-6]。

現場勘測時，沿所布測線及測點上依次等間距布置電極，電極、多芯電纜、轉換裝置、電測儀依次相連，選擇合適的測量方法測量該斷面上各點的視電阻率值。測量時，向A、B 電極供以直流電I，觀測M、N 電極間的電位差視電阻率計算公式為：

在計算機上利用處理軟件進行預處理、地形校正、二位反演、解釋成圖，從而得到所測斷面的視電阻率剖面。其原理圖如下圖1.1。

圖1.1 高密度電法原理圖

2 地質及地球物理概況

2.1 地形、地貌

該填方路基位于揚子準地臺-黔北臺隆-遵義斷拱-貴陽復雜構造變形區。場區無斷層通過，巖層單斜，巖層產狀280°∠12°。根據地質調查，場區節理主要發育有2 組，發育特征見表3.2。

表2.1 場區節理發育特征統計表

場區位于山谷之間，地面高程在1562～1593m，相對高差為31m。中間地形較為平坦，橫向坡度0～5°，兩岸坡度較陡，為17°～33°。場區發育落水洞及巖溶洼地。落水洞洞口直徑約4m，可見深度約5.0m，該落水洞為場區地表水排泄通道，避免將該落水洞掩埋。巖溶洼地長約160m、寬約75m，中心最大深度約14.0m。洼地內覆蓋層為可塑狀粘土，厚1.0～5.0m；洼地內有落水洞分布，位于K42+600 左103m 處，是地表水的主要下滲通道，由于落水洞消水能力弱，雨季洼地常被淹沒。禁止對落水洞堵塞，確保排水通暢。

2.2 測區地球物理特征

根據綜合勘察，場區上覆第四系殘坡積黏土，下伏基巖為三疊系下統永寧鎮組二段（T1yn2）灰巖夾泥巖，根據測區野外巖土體主要物理量測量結果，測區主要巖土層的地球物理參數如表2.1。測區內上覆蓋層視電阻率值較小，下伏灰巖視電阻率值較大，且隨著巖石裂隙的發育程度、破碎程度、充填物含量的增加，電阻率都會急劇減小。這種物性差異，為我們進行巖溶探測提供了良好的地球物理條件。

表2.2 電阻率參數表

3 數據采集與解釋

3.1 測線布置與儀器選擇

根據勘察目的，結合現場地形情況，測線布置為：沿K42+471～K42+746布置一個縱向排列，編號為：DF1。沿K42+610 左135.55～K42+573 右162m布置一個橫向排列，編號為：DF2。電極數60，電極間距5m，測線長300m。本次工作使用的重慶奔騰WGMD-9 高密度電法儀，儀器工作性能良好，測量數據可靠。測量減少接地電阻，保證測量質量。

3.2 資料處理

對采集得到的數據作地形校正，合理設置軟件中解釋所須參數，運行RES2DINV 高密度電阻率反演程序進行反演解釋。RES2DINV 高密度電阻率反演程序是基于圓滑約束最小二乘法的計算機反演程序，具有計算速度快的特點，在反演5 次后可以達到要求。在解釋過程中，須隨時調整參數，以便使結果真實合理，計算結果用ρs等值線圖和電阻率色度圖表現，兩者結合，綜合解釋。