高密度電法在堤防隱患探測(cè)中的應(yīng)用

摘 要：高密度電法因其所具有的一次布極可進(jìn)行多種裝置測(cè)量并獲得豐富的地電信息，因此在水、工、環(huán)地質(zhì)等方面得到廣泛應(yīng)用。在本文中，筆者以黃河長(zhǎng)垣段堤防隱患探測(cè)工作為例，深入地分析了高密度電法在堤防隱患探測(cè)中的實(shí)際應(yīng)用，以供參考。

關(guān)鍵詞：高密度電法；探測(cè)；工作原理；數(shù)據(jù)處理；成果

中圖分類(lèi)號(hào)：P631.3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1004-7344（2018）21-0159-02

1 前 言

高密度電法是常用于水文、工程、環(huán)境的一種地質(zhì)勘探手段，能有效的配合鉆探解決地質(zhì)方面的一些問(wèn)題。它是基于常規(guī)電阻率法勘探原理并利用多路轉(zhuǎn)換器的供電、測(cè)量電極的自動(dòng)轉(zhuǎn)換，配合常規(guī)電阻率的測(cè)量方法及電阻率成像等高新技術(shù)來(lái)進(jìn)行高分辨率、高效率的電法勘探。

高密度電法具有體積小、功耗低、操作方式靈活、測(cè)量參數(shù)多、資料解釋方便等優(yōu)點(diǎn)決定了它在勘探時(shí)的優(yōu)越性，因此我們嘗試在部分工程實(shí)踐中逐步代替鉆機(jī)工作高效地解決一些實(shí)際問(wèn)題。

下面，將高密度電法在野外工作、后期數(shù)據(jù)反演處理及工程問(wèn)題解譯作簡(jiǎn)單的介紹，并結(jié)合在黃河長(zhǎng)垣段堤防隱患探測(cè)中取得的效果來(lái)分析高密度電法的優(yōu)越性。

2 問(wèn)題的提出及工作原理

高密度電法勘探較傳統(tǒng)的鉆機(jī)鉆探能節(jié)省巨大的勞動(dòng)力且效率高，在工程勘察某些領(lǐng)域能有效地配合或代替?zhèn)鹘y(tǒng)的鉆探工藝。受新鄉(xiāng)黃河河務(wù)局長(zhǎng)垣黃河河務(wù)局委托，我單位在其管轄范圍內(nèi)重點(diǎn)堤段開(kāi)展堤身隱患探測(cè)工作。此次探測(cè)工作涉及的堤段為黃河左岸太行堤防和臨黃堤防。根據(jù)搜集到的現(xiàn)有地質(zhì)資料及現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，大堤堤身及堤基材料大致由粉土、壤土、砂壤土、粘土、砂組成，堤身高8～10m。

本次隱患探測(cè)全部采用了高密度電阻率方法，根據(jù)探測(cè)要求，選用了施龍貝格裝置，工作原理如下。

施龍貝格裝置是高密度電法的一種工作模式。在測(cè)量時(shí)，供電電極A、B對(duì)稱等距離布置在測(cè)量電極M、N的兩側(cè)，四極皆在一條直線上，測(cè)點(diǎn)O位于中心，AO=BO，MO=NO。剖面測(cè)量時(shí)，裝置按設(shè)定的層數(shù)移動(dòng)，同層AMNB保持不變，橫向移動(dòng)；層數(shù)增加，AB擴(kuò)大，MN間距不變，如圖1所示。

根據(jù)實(shí)施方案的要求，探測(cè)工作全部采用高密度電阻率法，測(cè)線順堤布置，距臨河堤肩約1m。在野外工作時(shí)，采用90V恒壓供電，保證底部數(shù)據(jù)的可靠性，點(diǎn)距采用2m，采用6層掃描，最大探測(cè)極距15m，最大有效探測(cè)深度在9～10m，可滿足探測(cè)要求。

測(cè)段距離的控制，首先以測(cè)段起點(diǎn)的大堤樁號(hào)為基點(diǎn)，后延13m距離，以保證測(cè)點(diǎn)起點(diǎn)位置與大堤樁號(hào)基本重合；在測(cè)線終點(diǎn)則超過(guò)測(cè)段大堤樁號(hào)同樣距離，以保證測(cè)點(diǎn)終點(diǎn)位置超出大堤樁號(hào)。

工作過(guò)程中，嚴(yán)格執(zhí)行《水利水電工程物探規(guī)程》（SL326-2005），確保成果質(zhì)量。

3 數(shù)據(jù)處理思路

3.1 原始資料評(píng)價(jià)

普通探測(cè)資料重復(fù)檢查占總數(shù)據(jù)的6.3%，數(shù)據(jù)均方誤差2.3%，符合《水利水電工程物探規(guī)程》（SL326-2005）要求。

3.2 數(shù)據(jù)處理

普通探測(cè)數(shù)據(jù)處理流程如下：

數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換→非值剔除→數(shù)據(jù)抽取→曲線連接→成圖→分析。

詳細(xì)探測(cè)數(shù)據(jù)處理流程如下：

數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換→非值剔除→網(wǎng)格化處理→生成圖形文件→成圖→分析計(jì)算→繪制成果圖。

3.3 資料解釋

在理想條件下，將大堤視為均質(zhì)體，其電阻率在垂直和水平方向變化不大，電場(chǎng)分布均勻；當(dāng)?shù)躺砘虻袒嬖陔[患時(shí)，均質(zhì)體被破壞，導(dǎo)致電場(chǎng)分布發(fā)生變化，它反映在隱患位置上，所觀測(cè)的視電阻率發(fā)生變化；通過(guò)視電阻率成像和反演技術(shù)，結(jié)合地質(zhì)情況，即可推斷出隱患的性質(zhì)、部位和埋深。

普通探測(cè)資料解釋的主要內(nèi)容是繪制測(cè)段視電阻率曲線圖，根據(jù)曲線圖分段統(tǒng)計(jì)出平均值、最大值和最小值，并且通過(guò)7點(diǎn)圓滑計(jì)算出背景值，并根據(jù)圓滑背景曲線分段；分析各處電阻率值，當(dāng)大（小）于背景值的20%時(shí)，判斷為該段中的異常（隱患），并標(biāo)出異常點(diǎn)和異常段的位置，對(duì)異常點(diǎn)和異常段進(jìn)行綜合評(píng)判，剔除假異常；根據(jù)異常點(diǎn)（隱患）的個(gè)數(shù)與該段堤身相對(duì)長(zhǎng)度的比值（k），對(duì)堤身質(zhì)量進(jìn)行評(píng)價(jià)。

在普通探測(cè)統(tǒng)計(jì)出的重要堤段內(nèi)進(jìn)行詳細(xì)探測(cè)，詳細(xì)探測(cè)資料解釋的主要內(nèi)容是繪制等級(jí)剖面圖，就是用計(jì)算機(jī)對(duì)視電阻率進(jìn)行數(shù)理統(tǒng)計(jì)處理后劃分出等級(jí)強(qiáng)度的剖面圖，繪制成黑白灰階圖或彩色色譜圖。這種方法簡(jiǎn)明形象地描繪了地電斷面的結(jié)構(gòu)與分布形態(tài)，直觀形象，易于判讀。

如圖2所示。

隱患位置標(biāo)注方法為：公里樁+距離，臨黃堤距離為正，向下游測(cè)量；太行堤距離為正，向上游測(cè)量。

4 成果分析

本次探測(cè)完成測(cè)量堤防5段，其中臨黃堤防四段，太行堤防一段，總長(zhǎng)1806.4m。

臨黃堤防普通探測(cè)6+000～8+000段視電阻率由于各段堤身巖性組成的差異引起曲線整體起伏較大，根據(jù)其范圍將其分為兩段，各段分析如下：

6+000～6+800段，電阻率曲線整體起伏不大，堤身視電阻率主要分布在15～40Ω·m，堤身視電阻率平均值為27Ω·m，計(jì)算出的異常點(diǎn)5處。堤身質(zhì)量系數(shù)k為6，根據(jù)堤身質(zhì)量評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，判定為堤身質(zhì)量較好段。

（1）6+800～8+000段，電阻率曲線整體起伏較大，堤身視電阻率主要分布在30～100Ω·m，堤身視電阻率平均值為50Ω？m，計(jì)算出的異常點(diǎn)7處。堤身質(zhì)量系數(shù)k為6，根據(jù)堤身質(zhì)量評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，判定為堤身質(zhì)量較好段。

（2）臨黃堤防普通探測(cè)29+500～30+420段電阻率曲線整體起伏較大，堤身視電阻率主要分布在35～75Ω·m，堤身視電阻率平均值為55Ω·m，計(jì)算出的異常點(diǎn)6處。堤身質(zhì)量系數(shù)k為7，根據(jù)堤身質(zhì)量評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，判定為堤身質(zhì)量較好段。

（3）臨黃堤防普通探測(cè)33+000～34+500段視電阻率曲線整體起伏不大，堤身視電阻率主要分布在30～60Ω·m，堤身視電阻率平均值為40Ω·m，計(jì)算出的異常點(diǎn)5處。堤身質(zhì)量系數(shù)k小于5，根據(jù)堤身質(zhì)量評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，判定為堤身質(zhì)量良好段。

（4）臨黃堤防普通探測(cè)41+584～42+764段視電阻率曲線整體起伏不大，堤身視電阻率主要分布在20～40Ω·m，堤身視電阻率平均值為33Ω·m，計(jì)算出的異常點(diǎn)5處。堤身質(zhì)量系數(shù)k小于5，根據(jù)堤身質(zhì)量評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，判定為堤身質(zhì)量良好段。

臨黃堤防30+420～31+256段詳細(xì)探測(cè)剖面圖如圖3。

30+420～31+256段詳細(xì)探測(cè)段長(zhǎng)836m，探測(cè)剖面圖視電阻率等值線呈成層狀分布，堤身上部均勻性較好；測(cè)段內(nèi)有明顯隱患8處，均位于堤身中下部位，詳見(jiàn)表1。

5 結(jié)束語(yǔ)

此次使用高密度電法不僅為設(shè)計(jì)爭(zhēng)取了時(shí)間，而且有效的降低了野外人工勞動(dòng)的強(qiáng)度和成本，自動(dòng)化程度得到了很大的提高。同時(shí)本次電法成功的應(yīng)用給我們拓寬了新的工作思路，下一步我們將考慮應(yīng)用于水文地質(zhì)勘察和地下水資源評(píng)價(jià)中，創(chuàng)造出更好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

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[4]《工程地質(zhì)手冊(cè)》第四版.

收稿日期：2018-6-2

作者簡(jiǎn)介：牛永強(qiáng)（1986-），男，助理工程師，本科，主要從事地質(zhì)工程勘察及巖土工程勘察工作。