高密度電法在黃土地區(qū)公路滑坡勘察中的應(yīng)用

周武

摘 要：文章通過在黃土地區(qū)的公路邊坡工程中采用高密度電法，查明公路邊坡地層結(jié)構(gòu)及地質(zhì)條件，查明滑坡邊界、規(guī)模、滑面準(zhǔn)確位置，為邊坡滑塌治理設(shè)計提供可靠的工程地質(zhì)依據(jù)和設(shè)計參數(shù)。在此基礎(chǔ)上，文章以高密度電法反演剖面成果詳細(xì)分析，結(jié)合鉆探成果資料繪制滑坡地質(zhì)剖面，探測結(jié)果表明，利用高密度電法方法推測滑動面應(yīng)用效果顯著。

關(guān)鍵詞：高密度電法;滑坡;勘察

中圖分類號：TU413 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-1064（2022）04-0-03

DOI：10.12310/j.issn.1674-1064.2022.04.009

地質(zhì)災(zāi)害是由于各種地質(zhì)作用導(dǎo)致地質(zhì)體或地質(zhì)環(huán)境發(fā)生變化，地球物理場同時也會發(fā)生變化[1]。滑坡位于甘肅省天水市張家川S221公路，受持續(xù)強降雨影響，坡體產(chǎn)生變形，隨后發(fā)展成滑坡。探測邊坡工程不良地質(zhì)災(zāi)害，一般先采用物探方法沿線路進(jìn)行調(diào)查勘探，確定異常區(qū)后再用鉆探驗證。

常用的工程物探方法包括高密度電阻率法、微動勘探法、地震反射法等。然而，由于場地條件和勘察周期緊張，再加上勘察成本等因素，公路邊坡工程要求物探成果的精確度高、時效性短，使得公路邊坡工程物探勘察具有高效、快速的特點。因此，如何利用物探方法快速、有效地勘查評估地質(zhì)災(zāi)害就顯得尤為重要。利用高密度電法探測高效、快速的特點，布設(shè)三條高密度電阻率剖面，根據(jù)地球物理場特征研究分析。同時，結(jié)合地質(zhì)資料查明工區(qū)公路邊坡滑坡的范圍和規(guī)模，并根據(jù)高密度電法推斷查明裂縫位置以及延伸情況，推測潛在滑面，為邊坡滑塌治理設(shè)計提供可靠的工程地質(zhì)依據(jù)和設(shè)計參數(shù)。

1 地質(zhì)概況及地球物理特征

工程區(qū)地貌屬黃土梁地貌，地形波狀起伏，在流水等外力的作用下水土流失嚴(yán)重，形成支離破碎的梁狀山體，山體基本被第四系上更新統(tǒng)馬蘭黃土覆蓋，零星有新近系泥巖在坡腳露出。根據(jù)本次地質(zhì)調(diào)繪及鉆探成果，滑坡區(qū)地層按其時代及成因，分為第四系全新統(tǒng)滑坡堆積層（Q）、第四系上更新統(tǒng)馬蘭黃土（Q）和新近系泥巖（N）。

經(jīng)調(diào)查和勘探顯示，滑坡堆積物主要由馬蘭黃土組成，底部有少量泥巖碎石，滑動面位于濕軟狀黃土層或巖土交界面，加之受地下水的影響，易形成不利滑面。坡面整體上緩下陡，黃土梁上部相對平緩，坡度小于8°，呈階梯狀，現(xiàn)均已開墾為農(nóng)田。原路基邊坡坡率為1∶0.75，三級臺階式邊坡，其中區(qū)域二段坡體已被完全破壞，坡面堆積黃土狀土，后壁陡立。區(qū)域一滑坡前緣對公路形成擠壓使之變形鼓起，后緣坡體連續(xù)分布有環(huán)狀裂縫，滑坡處于暫時穩(wěn)定狀態(tài)。區(qū)域二滑坡體坡面下滑嚴(yán)重，前緣堆積至S221公路一級邊坡。

本區(qū)域邊坡地層較為單一，表層馬蘭黃土電阻率ρs=20 Ω·m～100 Ω·m，下部新近系泥巖地層電阻率ρs=10 Ω·m～40 Ω·m。由于滑坡堆積體的存在改變了電流線的正常運行規(guī)律，滑坡堆積體與裂縫發(fā)育位置在視電阻率等值線斷面圖上形成呈圈閉狀、半圈閉狀高阻團(tuán)暈。所以，在該滑坡區(qū)不同地層視電阻率較大差異，為高密度電法提供了較為有利的地球物理條件。

項目區(qū)巖體物性參數(shù)如表1所示。

2 高密度電法工作方法

常用的邊坡勘察物探方法中，高密度電阻率法可以保證足夠的探測深度和分辨率[2]。高密度電法的基本原理與傳統(tǒng)的電阻率法完全相同，都是以巖土體的導(dǎo)電性差異為基礎(chǔ)，研究地層在人工施加電場的作用下傳導(dǎo)電流的分布規(guī)律，通過研究地層視電阻率變化，分析巖土層的巖性、結(jié)構(gòu)、構(gòu)造等特征[3]。其主要特點為：一次性布置多個電極，通過自動控制轉(zhuǎn)換裝置自動觀測和記錄所布設(shè)的剖面;兼具剖面法和測深法的功能;采集速度快，獲取的地點信息豐富;根據(jù)探測目的靈活選擇合適的測深裝置[4]。因此，高密度電法具有成本低、效率高、信息豐富、圖像直觀等優(yōu)點。

本次選擇溫納裝置采集數(shù)據(jù)。溫納裝置的優(yōu)點是垂向分辨率較高，信號強度最強，勘探深度適中。測量時，AM=MN=NB為一個電極間距，A、B、M、N逐點同時向右移動，得到第一條剖面線;接著，AM、MN、NB增大一個電極間距，A、B、M、N隨之逐點同時向右移動，得到另一條剖面線。這樣不斷掃描測量下去，得到倒梯形斷面[5]。

溫納裝置跑極方式如圖1所示。

本次高密度電法布設(shè)三條高密度剖面，野外數(shù)據(jù)采集使用重慶奔騰數(shù)控技術(shù)研究所生產(chǎn)的WDA—1型高密度電法儀，直流放電電壓為90 V～540 V，電極距為5 m。資料處理采用SURFER8.0、RES2DINV高密度電阻率處理軟件分析。物探工作過程中，沿路線方向進(jìn)行概略地質(zhì)調(diào)查，重點調(diào)查核對明顯的物探異常段，做到內(nèi)業(yè)解釋過程與地質(zhì)密切結(jié)合[6]。

資料處理解釋依據(jù)RES2DINV最小二乘法計算正、反演結(jié)果，剔除因地形或電極周圍不均勻體引起的干擾異常，去偽存真，最終形成解釋剖面示意圖，給出馬蘭黃土與泥巖物性界面深度和電阻率值，最后根據(jù)該鉆孔及地質(zhì)調(diào)查資料劃分地質(zhì)[7]。

物探測線平面分布如圖2所示。

3 成果分析與解釋

WT—1剖面位于滑坡區(qū)域一，剖面長度140 m，勘探深度最大約22.8 m。根據(jù)勘探成果綜合分析，地層可分為兩層：第一層視電阻率ρs=10 Ω·m～100 Ω·m，層厚約2.3 m～7.9 m，推測地層為馬蘭黃土，地層不均勻;第二層視電阻率ρs=10 Ω·m～30 Ω·m，推測地層為泥巖。第一層9 m～40 m段表層視電阻率值變化較大，呈高阻異常，地層不均勻，推測為滑塌影響區(qū)域;40 m～68 m段表層視電阻率值變化較大，呈半圈閉狀高阻異常，地層不均勻，地表裂縫發(fā)育，推測為潛在滑動面。

剖面88 m附近視電阻率變化呈半圈閉狀高阻異常，推測為地表裂縫發(fā)育引起。經(jīng)鉆探驗證，滑動面位于5.2 m與高密度電法推測滑動面位置相差0.3 m。

WT—1高密度電阻率斷面與地質(zhì)成果剖面如圖3所示。

WT—2剖面位于滑坡區(qū)域二，剖面長度135 m，勘探深度最大約22.8 m。根據(jù)勘探成果綜合分析，地層可分為兩層：第一層視電阻率ρs=10 Ω·m～100 Ω·m，層厚約1.5 m～6.9 m，推測地層為馬蘭黃土，地層不均勻;第二層視電阻率ρs=10 Ω·m～30 Ω·m，推測地層為泥巖。第一層10 m～36 m段表層視電阻率值變化較大，呈高阻異常，地層不均勻，推測為滑坡影響區(qū)域;35 m～67 m段表層視電阻率值變化較大，呈半圈閉狀高阻異常，地層不均勻，地表裂縫發(fā)育，推測為潛在滑動面。

剖面40 m、52 m、57 m、62 m、71 m附近視電阻率變化呈半圈閉狀高阻異常，深度約2.6 m～4.4 m，推測為地表裂縫發(fā)育引起。經(jīng)鉆探驗證，滑動面位于9.3 m與高密度電法推測滑動面位置10.2 m相差0.9 m，泥巖界面位于深度15.1 m與高密度電法推測14.3 m相差0.8 m。

WT—2高密度電阻率斷面與地質(zhì)成果剖面如圖4所示。

對比WT—1剖面與WT—2剖面，WT—1剖面對于滑坡體的反應(yīng)效果較好，WT—2剖面對于潛在滑動面與泥巖界面推測誤差稍大，兩剖面對于裂縫位置與延伸情況都能有較好的反應(yīng)。

WT—3剖面位于滑坡區(qū)底界面附近，剖面長度180 m，勘探深度最大約34.1 m。根據(jù)勘探成果綜合分析，地層分為兩層：第一層視電阻率ρs=1030 Ω·m～100 Ω·m，層厚約0.5 m～6.2 m，推測地層為馬蘭黃土，地層不均勻;第二層視電阻率ρs=1030 Ω·m～30 Ω·m，推測地層為泥巖。第一層22 m～165 m段表層視電阻率值變化較大，呈高阻異常，地層不均勻，推測為滑坡影響區(qū)域。WT—3高密度電阻率斷面如圖5所示。

4 結(jié)論與建議

文章根據(jù)具體實例，對于黃土地區(qū)公路邊坡工程勘察采用高密度電法探測，取得了良好的探測成果，并得出以下結(jié)論與建議：

第一，高密度電法對于黃土地區(qū)邊坡勘探采用溫納裝置取得了較好的效果，對于坡面堆積體的反應(yīng)較暫失穩(wěn)滑坡體效果好。對于一定規(guī)模裂縫，采用高密度電法可以取得很好的勘探效果。

第二，高密度電法是一種間接的手段，為獲得更加可靠的勘察結(jié)論，要盡可能地采用多種勘察手段，在條件允許的情況下布設(shè)鉆孔或者采用多種物探方法綜合判斷地層。

參考文獻(xiàn)

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