高密度電法在加薩臺隧道出口滑坡勘查中的應(yīng)用及效果分析

摘" 要：滑坡是一種常見地質(zhì)災(zāi)害，長期以來一直存在并威脅著人們的生命與財產(chǎn)安全，工程建設(shè)加劇地質(zhì)環(huán)境的惡化，滑坡災(zāi)害時有發(fā)生。高密度電法集電測深和電剖面裝置于一體，具有觀測精度高，數(shù)據(jù)采集量大，地質(zhì)信息豐富，生產(chǎn)效率高，以及探測深度較大等特點，在工程地質(zhì)和水文地質(zhì)勘查中被廣泛應(yīng)用。將高密度電法技術(shù)應(yīng)用于加薩臺隧道出口滑坡勘查中，通過地電成果圖和鉆探資料獲得滑坡體空間發(fā)育及分布特征，總結(jié)分析滑坡體的性質(zhì)、厚度及滑動面位置，驗證實施高密度電法調(diào)查滑坡體的可行性。通過對滑坡區(qū)的地層結(jié)構(gòu)、滑床位置及深部地層情況的分析解釋，證實高密度電法應(yīng)用效果良好，為進一步認識滑坡及其勘查治理提供地球物理依據(jù)。

關(guān)鍵詞：高密度電法；視電阻率；滑坡勘查；滑坡體；滑動面

中圖分類號：P631.3" " " "文獻標(biāo)志碼：A" " " " " 文章編號：2095-2945（2023）21-0101-04

Abstract： Landslide is a common geological disaster， which has been existing and threatening the safety of people's life and property for a long time. Engineering construction aggravates the deterioration of geological environment， and landslides occur from time to time. The high-density electrical method integrates electric sounding and electrical profile devices， and has the characteristics of high observation accuracy， large amount of data collection， rich geological information， high production efficiency， and large exploration depth， so it is widely used in engineering geological and hydrogeological exploration. In this paper， the high density electrical method is applied to the landslide investigation at the exit of Jiasatai Tunnel. The spatial development and distribution characteristics of the landslide body are obtained through the geoelectric map and drilling data， and the properties， thickness and position of the sliding surface are summarized and analyzed. The feasibility of implementing high density electrical method to investigate landslide is verified. The analysis and interpretation of the stratigraphic structure， the position of the sliding bed and the deep strata in the landslide area confirms that the application effect of the high density electrical method is good， which provides a geophysical basis for further understanding of the landslide and its exploration and treatment.

Keywords： high density electrical method; apparent resistivity; landslide investigation; landslide body; sliding surface

滑坡是指裸露地表的巖土層、松散堆積物、風(fēng)化巖石等在重力作用下，沿斜坡內(nèi)的一個或多個軟弱面產(chǎn)生整體向下滑移的現(xiàn)象，滑坡的要素有滑坡體、滑坡壁、滑坡床等?；聻?zāi)害對鐵路、公路等地表建筑影響較大，經(jīng)常對人們生命財產(chǎn)安全造成嚴重損失。近年來，全國高速公路建設(shè)進入繁榮階段，而隧道建設(shè)一直是高速公路建設(shè)中的重點、難點。由于受工程地質(zhì)條件、水文地質(zhì)條件及人為因素等影響，公路隧道施工過程中，洞口處易發(fā)生滑坡現(xiàn)象，通過對隧道沿線滑坡勘查評估，建立應(yīng)對處置方案，從而對施工過程中出現(xiàn)的隧道洞口邊坡病害加以控制，降低隧道洞口施工中的風(fēng)險，保證隧道洞口施工安全。

1" 高密度電法特性

高密度電法在滑坡地質(zhì)災(zāi)害勘查方面經(jīng)濟而快速，通過陣列式布極，四極裝置觀測，獲取地下不同深度電場信息，結(jié)合鉆探資料，對視電阻率分布特性進行解譯，從而推斷地下電性體分布情況。與常規(guī)直流電法相比，高密度電法是以地下介質(zhì)的電阻率差異為物質(zhì)基礎(chǔ)，通過觀測和研究人工電場的變化和分布規(guī)律來探測地下介質(zhì)和構(gòu)造的分布特征，其反演結(jié)果為二維視電阻率地電斷面。由于其采用陣列式布極，所以和常規(guī)電法相比，又具有數(shù)據(jù)密度大、信息量大、采集速度快、自動化程度高以及模擬地電斷面圖示系統(tǒng)形象直觀等優(yōu)點[1]。

滑坡地質(zhì)災(zāi)害在青海省果洛藏族自治州拉加鎮(zhèn)頻發(fā)，嚴重影響和制約當(dāng)?shù)厝嗣竦慕?jīng)濟生活。擬建的加薩臺隧道位于拉加鎮(zhèn)西南側(cè)山體，隧道近直線型展布，隧道總體軸線方向為南西向?；麦w位于隧道洞身上方，左右線滑坡邊界離隧道出口較近。為查明隧道出口滑坡分布范圍、形態(tài)、規(guī)模，評價滑坡穩(wěn)定性和對隧道的危害及影響，選用高密度電法對該不穩(wěn)定體進行勘查。

2" 滑坡區(qū)地質(zhì)概況

滑坡所在區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造以東西向構(gòu)造帶為主，區(qū)域內(nèi)斷裂發(fā)育，主要為北西和北西西向，規(guī)模大，有些為深斷裂，常是構(gòu)造單元的分界線?；聟^(qū)地處構(gòu)造剝蝕中高山地貌，地勢起伏較大，地層主要為新近系礫巖，山體表層為粉土、粉質(zhì)黏土。

加薩臺隧道出口滑坡為新滑坡，平面呈舌形，邊界明顯，滑床巖性為新近系礫巖，滑體主要由粉質(zhì)黏土、風(fēng)化的礫巖等組成，厚度約為2～28 m，長約240 m，寬約110 m，坡度約為20～30°，坡面植被發(fā)育，主要為草本植物。該滑坡現(xiàn)狀穩(wěn)定性較差，有新近滑塌跡象，目前穩(wěn)定性較差，后緣、側(cè)翼地裂縫發(fā)育?；挛挥诩铀_臺隧道洞身上部，距離隧道出口較近，對隧道出口段影響較大[2]。

滑坡區(qū)出露地層有草皮土、粉質(zhì)黏土、新近系礫巖和泥巖。草皮土主要分布于山體表層，灰褐色，含大量植物根系；礫巖為紅褐色，中厚～厚層狀構(gòu)造，分布范圍廣泛；泥巖為紅褐色，中厚層狀構(gòu)造，分布于滑坡區(qū)及隧道出口段?；滤趨^(qū)為一緩坡，斜坡高65 m，地形西高東低，坡度20～30°，傾向120°，地層巖性自上而下分別為粉質(zhì)黏土、新近系礫巖夾泥巖，地層產(chǎn)狀整體較緩，與緩坡面傾向基本一致。

3" 高密度電法基本原理

密度電阻率法是近幾十年發(fā)展起來的一種電法勘探新技術(shù)，其在工程勘察領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，其基本原理與傳統(tǒng)的電阻率法完全相同，所不同的是高密度電法在觀測中設(shè)置了較高密度的測點，現(xiàn)場測量時，只需將全部電極布置在一定間隔的測點上，然后進行觀測，如圖1所示。高密度電法又稱高密度電阻率法，是以地殼中巖層的電阻率差異為基礎(chǔ)，觀測和研究人工電場的變化和分布規(guī)律，進而解決地質(zhì)問題的一種勘探方法[3]。

高密度電法屬于電阻率法范疇，是一種陣列勘探方法，通過選擇不同的供電電極和測量電極，獲取測點下方不同深度的電場分布情況，根據(jù)視電阻率公式ρs=K×ΔU/I，計算出不同深度和位置的視電阻率值。在設(shè)計和技術(shù)實施上，高密度電測系統(tǒng)采用先進的自動控制理論和大規(guī)模集成電路，使用的電極數(shù)量多，而且電極之間可自由組合，這樣就可以提取更多的地電信息，使電法勘探能像地震勘探一樣使用覆蓋式的測量方式，如圖2所示。

高密度電法數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)由主機、多路電極轉(zhuǎn)換器、電極系三部分組成。多路電極轉(zhuǎn)換器通過電纜控制電極系各電極的供電與測量狀態(tài)；主機通過通信電纜、供電電纜向多路電極轉(zhuǎn)換器發(fā)出工作指令、向電極供電并接收、存貯測量數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)結(jié)果自動存入主機，主機通過通信軟件把原始數(shù)據(jù)傳輸給計算機，計算機將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)成處理軟件要求的數(shù)據(jù)格式，采用RES2DINV軟件經(jīng)相應(yīng)處理模塊進行畸變點剔除、地形校正等處理后，最終二維反演、成圖，反演擬合誤差RMS≤5%。根據(jù)二維地電斷面圖上電阻率的變化特征作地質(zhì)解釋。

4" 野外工作方法與技術(shù)

本次高密度電法儀器采用重慶奔騰數(shù)控技術(shù)研究所研制的WGMD-9型高密度電阻率測量系統(tǒng)，測量裝置采用溫納對稱四極裝置[4]，也稱溫納裝置，如圖3所示。AB為供電電極，I為供電電流，MN為測量電極，V為測量電壓，該裝置特點是AM=MN=NB，測量點位在MN的中點，2個供電電極AB和2個測量電極MN隨著測量深度增加逐漸等比增加。

本次工作沿主滑方向布置了3條剖面，編號分別為WT1、WT2、WT3，測線方位24°，每條剖面長度為300 m；沿隧道左線方向布置了1條剖面，編號為WT4，測線方位181°，剖面長度為300 m，如圖4所示。4條剖面電極道數(shù)均為30道，采集9層數(shù)據(jù)，道間距10 m。高壓供電360 V，供電電流0.5～1.5 A。依據(jù)1∶2 000地形圖及物探測點坐標(biāo)，使用GPS和測繩定點確定物探測點位置。

5" 物探成果解譯推斷

將高密度電法儀采集的原始文件使用系統(tǒng)自帶的軟件轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的數(shù)據(jù)格式，使用EWS2DINV處理軟件讀取數(shù)據(jù)，經(jīng)剔除畸變點及地形改正預(yù)處理后，采用最小二乘法對電阻率數(shù)據(jù)反演處理，得到視電阻率反演斷面圖?；聟^(qū)表層堆積物主要為草皮土、粉質(zhì)黏土，視電阻率表現(xiàn)為低阻，斷面圖上以冷色調(diào)為主；滑動面下方為強～中風(fēng)化礫巖，視電阻表現(xiàn)為中高阻，圖上以暖色調(diào)為主。

WT1剖面上視電阻率整體表現(xiàn)為上低下高特征，范圍60～280 Ω·m，如圖5所示?；麦w前緣、后緣部位地形稍平緩，視電阻表現(xiàn)為低阻，覆蓋層松散破碎，巖土體潮濕，為富水地段，視電阻率值60～180 Ω·m，呈低阻電性特征；滑體中部為一滑坡鼓丘，地表見多條鼓脹裂縫，巖體風(fēng)化嚴重，失水干裂，視電阻率值220～240 Ω·m，呈中高阻電性特征；滑體與滑床間為一低阻通道，推斷為滑動面位置，視電阻率值80～180 Ω·m?；虑熬壖爸胁炕w厚度較大，滑動面埋深約18～25 m；滑坡后緣滑體厚度較小，滑動面埋深約2～9 m?；w離隧道右線較遠，對右線施工及后期運行影響較小；滑體離隧道左線洞身較近，對隧道左洞有一定影響，施工時易發(fā)生垮塌、滲水現(xiàn)象，應(yīng)加強隧道支護襯砌及滑坡災(zāi)害治理工作[4]。

WT2剖面上視電阻率整體呈上低下高特性，范圍80～300 Ω·m，如圖6所示。剖面中部地表為一滑坡鼓丘，地表見多條鼓脹裂縫，巖體風(fēng)化嚴重，失水干裂，視電阻率值260～380 Ω·m，呈中高阻電性特征?；w與滑床間為一低阻通道，視電阻率值100～160 Ω·m，推斷為滑動面位置?；虑熬壖爸胁炕w厚度較大，滑動面埋深約18～30 m；滑坡后緣滑坡體厚度較小，滑動面埋深約2～10 m?；w離隧道左洞較近，對洞體建設(shè)影響較大，左線洞身上部為低阻異常帶，推斷巖體較破碎且富水，施工時易發(fā)生垮塌、滲水現(xiàn)象，應(yīng)加強隧道支護襯砌工作及滑坡災(zāi)害治理工作。

WT3剖面上視電阻率整體呈上低下高特征，范圍80～340 Ω·m，如圖7所示。滑體中部為一滑坡鼓丘，地表見多條鼓脹裂縫，巖體風(fēng)化嚴重，失水干裂，視電阻率值320～420 Ω·m，呈中高阻電性特征，滑體與滑床間為一低阻通道，推斷為滑動面位置，為富水地帶。隧道右線洞身離滑坡體較遠，受滑坡影響較小，隧道左線洞身離滑體近，對洞體建設(shè)影響較大?；虑熬壖爸胁炕w厚度較大，滑動面埋深約16～28 m；滑坡后緣滑坡體厚度較小，滑動面埋深約1～8 m。隧道左線洞身離滑坡體近，施工時易發(fā)生垮塌、滲水現(xiàn)象，應(yīng)加強隧道支護襯砌及滑坡災(zāi)害治理工作。

WT4剖面上視電阻率值整體呈兩側(cè)低，中間高的分布特性，如圖8所示。測線75 m處近地表處出現(xiàn)低阻異常帶，厚約5～10 m，對應(yīng)滑坡右邊界。剖面中部為一滑坡鼓丘，地表見多條鼓脹裂縫，巖體風(fēng)化嚴重，失水干裂，視電阻率值260～400 Ω·m，呈中高阻電性特征?；w與滑床間為一低阻通道，推斷為滑動面位置。剖面上滑坡體呈U字型形態(tài)，滑動面埋深兩端淺，中部深。根據(jù)視電阻率值變化特征，推斷在WT1測線處滑坡體厚度約10～22 m、在WT2測線處厚度約12～28 m、在WT3測線處厚度約10～26 m。隧道洞身段有多個低阻異常帶，推斷巖體破碎，局部富水，施工時易發(fā)生垮塌、滲水現(xiàn)象，應(yīng)加強超前預(yù)報監(jiān)測，做好支護襯砌工作[5]。

為驗證物探解譯成果，在WT2線上布置了2個驗證鉆孔ZK01、ZK02，如圖9所示。ZK01鉆孔施工12.6 m穿透堆積體到達基巖界面，滑動面下部巖性為強～中風(fēng)化礫巖；ZK02鉆孔施工26.2 m穿透堆積體到基巖界線，底部基巖為強～中風(fēng)化礫巖，高密度電法推斷成果與工程地質(zhì)勘察鉆探資料基本吻合。

6" 結(jié)論

通過本次物探工作，對滑坡區(qū)域進行了工程物探勘察和地質(zhì)鉆探工作，大致掌握了滑坡體規(guī)模、形態(tài)、空間分布特征，結(jié)合鉆探資料[6]，分析了滑坡體對隧道施工及運維的影響，為后期開展地質(zhì)災(zāi)害防治工作提供了基礎(chǔ)資料和技術(shù)支撐。

本次物探工作也存在一定問題，如測量極距過大等，對地下電性體分布推斷精度有一定影響。高密度電法是一種間接的物探手段，僅是地下電性分布的反映，如能結(jié)合其他物探方法及更多地質(zhì)鉆探資料，加以綜合解譯分析，必能使物探資料更加可靠有效。

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