高密度電法在灰巖區滑坡勘查中的應用

楊 波， 甘建軍， 楊 濤， 彭 晟， 楊 玲

(1. 江西省航道管理局宜春分局豐城航道處，江西 宜春 330052；2. 南昌工程學院 鄱陽湖流域水工程安全與資源高效利用國家地方聯合工程實驗室， 江西 南昌 330099)

滑坡對交通設施安全的影響較大，灰巖具有可溶蝕特性，雖然傳統的鉆探方法可以探明灰巖區滑坡的地下巖溶發育及地層分布情況，但因成本較高、費時費力而經常被高密度電法勘探代替。高密度電法勘探利用巖土導電的差異性可以模擬一些工程問題，但對于復雜工程地質條件的起伏滑面和土-水接觸破碎帶、溶蝕帶等探測，鉆探方法隨機性太大，難以滿足工程建設或滑坡治理的需要。高密度電法的可從連續性和空間分布上探測灰巖的溶蝕現象，目前，成為研究灰巖區滑坡穩定性及滲透性等問題的重要方法[1]。本文通過在近灰巖區巖溶區域采用小間距、多點距，遠灰巖區逐級放大間距，增大線長，減小電極布點，從滑體的形態特征出發，基于地質力學模式的一致條件，建立基于GMD模型條件下幾何上等按工程布置、地質條件設置高密度電法的點距和電壓參數關系。在相鄰地層異變區域增設布點布線密度一致的混合區域，防止巖溶勘查深度的模糊性，使各區域界限清晰，滿足工程建設的需求。通過鉆探勘察驗證，表明了該方法的有效性[2]。

1 高密度電法

高密度電阻率法簡稱為高密度電法，其原理是利用人工電流場導入滑坡地層，利用微機PC端收集、觀測、分析地層視電阻率的變化，并作出色譜圖，進形象劃分出不同地層的特征色譜，從而形象地剖析地下空間特征。高密度電法的主要儀器及布置如圖1所示。

高密度電阻率法野外工作程序是：插入電極-接線-聯通電極轉換開放-輸入測量信號-收集存儲反饋信息-PC端解譯物探信息-繪制視電阻率色譜圖。該方法最大的特點是全自動化收集數據，不僅可以采集到大量的數據，而且可以避免由于人工操作引起的人為誤差。

由于高密度電法的進行了粗測，需要按照物探剖面線進行補充勘查驗證，以保證不同區域相應的地層特性的一致性和精確度。

2 工作方法

2.1 勘測布置方法

勘測布置示意圖如圖1所示。

圖1 滑坡勘測布置示意圖

在測區野外布設7條測線，即坡體前緣沿大橋方向(NW-SE)方向布設3條長約280m～295m基本平行的沿線；為研究滑體中部巖溶分布，在滑體中部布設平行于大橋方向測線1條，長175m；同時，為研究滑體地層的空間分布特征，沿主滑方向布設3條件基本平行的，長約180m～220m的測線。整個滑坡區7條測線總長約1.63km。根據地形及巖溶的分布情況，橫斷面1-4號測線布置36～60個電極，電極間距5m,記錄層數8層；縱斷面5-7號測線布置37～45個電極，電極間距5m，記錄導數10層。

2.2 資料反演與解釋

采用的是最新開發出來的二維電阻率和極化率反演成像軟件進行初步的二維反演成像處理，用圓滑模型的逐步逼近法進行迭代反演，直到地電模型與實測電阻率達到誤差范圍內。

3 成果資料解譯

3.1 橫斷面解譯成果

采用高密度電阻率數據處理系統進行數據處理，先轉換數據格式，對不合理的點數據進行刪改，結合測繪地形分別調整，利用上述程序反演，繪制電阻率色譜圖。測區覆蓋層既有填筑土，又有殘坡積土、碎塊石等，電阻率差異性大。滑坡中后緣崩滑堆積物主要成分為碎塊石，空隙大，不利用于電流的傳導，在圖中表現為視電阻率較高的暗紅色區域；當坡底土洞、溶洞積水時，導電性迅速增強，在圖上表現為低視電阻率的特征[4]。

圖2 L1線反演剖面與地質剖面

測線1的反演結果如圖2所示，0m～80m之間，剖面表層出現高阻特征，主要崩塌堆積物，碎塊石磨圓度差，空隙大，含水率低；90m～140m段深層為土洞或溶洞，被地下水充填，表現為明顯的電性分界面，深部電阻率較小，推測紅色曲線為易滑面；140m～180m為斜坡區，表層為碎石堆積層，電率較高，底層為低電阻層，鉆探表明有灰巖溶洞，含水率較高。推測1線和6線交點處基巖埋深約為15m。

圖3 滑坡前緣L2、L3、L4線反演剖面與工程地質剖面示意圖

圖3中3線位橋梁中軸線附近，上覆層為洪沖積土，密實度高，50m-150m處表層為大橋樁基礎施工基坑沉渣，含水率高，為低阻體。60m-140m段深約10m范圍內有低阻體延展分布，為土洞溶洞中的含水所致。135m-200m段深20m左右，藍色部分呈現低阻異常，反演電阻率小于50Ω·m，推測為巖溶較發育地段。

測線4的反演結果表明，圖中160m-190m淺表附近有高阻體，是因為地表是開挖裸露地層。80m-200m段，深10m以下存在低阻異常區，反演電阻率小于50Ω·m，推測為巖溶較發育地段，后經鉆探驗證表明為溶洞。將3個剖面作圖4所示立體圖，將3個剖面藍色低阻部分連接起來，可看出滑坡前緣橋基部分存在規模約為長150m×寬50m×高75m的溶洞。

圖4 滑體5線反演剖面與地質圖

對滑體3個不同剖面采用相探測精度時，地層分部特性完全不同，如圖5、圖6、圖7解譯成果所示，越靠近滑坡前緣，低電阻率區域越明顯。越靠近滑坡后緣，電阻率越高，說明滑坡后緣淺表層由含水率低、孔隙度高、碎石堆積體較厚的風化層組成[4]。推測滑面的位置在15m～35m。圖3和圖6中L5、L7線解譯結果基本類似，L5和L7剖面深部均存在低于200Ω·m的區域，推測為存在小型溶洞或土洞。而L6剖面前緣存在電阻率低于500Ω·m的區域，推測該地層風化嚴重，節理裂隙較發育[5]。圖2-圖6的色譜與剖面對比結果：在電極間距、解譯方法完全一樣的情況下，滑坡體與灰巖基座的電阻率明顯不同，而灰巖區溶洞或土洞界限清晰。覆蓋層主要存在于滑體的后緣，厚度約8m～60m；灰巖主要分布在滑坡前緣深部，揭露埋深約10m～15m。

圖5 滑體6線反演剖面與地質圖

圖6 滑體7線反演剖面與地質圖

4 結 論

本文在已有的高密度電法基礎上，針對實際工程滑動面邊界難以精確定位和灰巖區基座對滑坡穩定性的影響這兩個問題進行優化，通過鉆探驗證了該方法的有效性。得出結論如下：①基于高密度電法與鉆探驗證一致條件，建立灰巖區復雜工況的野外數據采集勘探對比勘查方法系，并滿足滑坡、橋梁、巖溶等復雜工區的勘測方法。②通過鉆探方法驗證了不同排列的灰巖區滑坡高密度電法勘測視電阻率色譜分區分界的準確性。③針對高密度電法和鉆探驗證劃分出的滑動面，建立模型，設置參數，利用兩種勘測方法互補生成的準確滑面。④在灰巖區采用高密度電法勘測時，雨水滲入到滑坡堆積體中，使電阻率色譜失真，通過雙管鉆探取芯法查明一致的松散巖土混合層，可對比改善高密度電法勘測效果。