高密度電法在黃土地區公路滑坡勘察中的應用

周武

摘 要：文章通過在黃土地區的公路邊坡工程中采用高密度電法，查明公路邊坡地層結構及地質條件，查明滑坡邊界、規模、滑面準確位置，為邊坡滑塌治理設計提供可靠的工程地質依據和設計參數。在此基礎上，文章以高密度電法反演剖面成果詳細分析，結合鉆探成果資料繪制滑坡地質剖面，探測結果表明，利用高密度電法方法推測滑動面應用效果顯著。

關鍵詞：高密度電法;滑坡;勘察

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

DOI：10.12310/j.issn.1674-1064.2022.04.009

地質災害是由于各種地質作用導致地質體或地質環境發生變化，地球物理場同時也會發生變化[1]。滑坡位于甘肅省天水市張家川S221公路，受持續強降雨影響，坡體產生變形，隨后發展成滑坡。探測邊坡工程不良地質災害，一般先采用物探方法沿線路進行調查勘探，確定異常區后再用鉆探驗證。

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災害就顯得尤為重要。利用高密度電法探測高效、快速的特點，布設三條高密度電阻率剖面，根據地球物理場特征研究分析。同時，結合地質資料查明工區公路邊坡滑坡的范圍和規模，并根據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，為邊坡滑塌治理設計提供可靠的工程地質依據和設計參數。

1 地質概況及地球物理特征

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

經調查和勘探顯示，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，現均已開墾為農田。原路基邊坡坡率為1∶0.75，三級臺階式邊坡，其中區域二段坡體已被完全破壞，坡面堆積黃土狀土，后壁陡立。區域一滑坡前緣對公路形成擠壓使之變形鼓起，后緣坡體連續分布有環狀裂縫，滑坡處于暫時穩定狀態。區域二滑坡體坡面下滑嚴重，前緣堆積至S221公路一級邊坡。

本區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律，滑坡堆積體與裂縫發育位置在視電阻率等值線斷面圖上形成呈圈閉狀、半圈閉狀高阻團暈。所以，在該滑坡區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。

項目區巖體物性參數如表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的電阻率法完全相同，都是以巖土體的導電性差異為基礎，研究地層在人工施加電場的作用下傳導電流的分布規律，通過研究地層視電阻率變化，分析巖土層的巖性、結構、構造等特征[3]。其主要特點為：一次性布置多個電極，通過自動控制轉換裝置自動觀測和記錄所布設的剖面;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、圖像直觀等優點。

本次選擇溫納裝置采集數據。溫納裝置的優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三條高密度剖面，野外數據采集使用重慶奔騰數控技術研究所生產的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，沿路線方向進行概略地質調查，重點調查核對明顯的物探異常段，做到內業解釋過程與地質密切結合[6]。

資料處理解釋依據RES2DINV最小二乘法計算正、反演結果，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，最后根據該鉆孔及地質調查資料劃分地質[7]。

物探測線平面分布如圖2所示。

3 成果分析與解釋

WT—1剖面位于滑坡區域一，剖面長度140 m，勘探深度最大約22.8 m。根據勘探成果綜合分析，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，推測為地表裂縫發育引起。經鉆探驗證，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成果剖面如圖3所示。

WT—2剖面位于滑坡區域二，剖面長度135 m，勘探深度最大約22.8 m。根據勘探成果綜合分析，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，推測為地表裂縫發育引起。經鉆探驗證，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。

WT—3剖面位于滑坡區底界面附近，剖面長度180 m，勘探深度最大約34.1 m。根據勘探成果綜合分析，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，推測為滑坡影響區域。WT—3高密度電阻率斷面如圖5所示。

4 結論與建議

文章根據具體實例，對于黃土地區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，并得出以下結論與建議：

第一，高密度電法對于黃土地區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較暫失穩滑坡體效果好。對于一定規模裂縫，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鉆孔或者采用多種物探方法綜合判斷地層。

參考文獻

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