摘 要：在我國(guó)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)過程中，凍土勘測(cè)是較為關(guān)鍵的一個(gè)問題，尤其是多年凍土勘測(cè)。為克服多年凍土勘測(cè)問題，許多先進(jìn)科學(xué)技術(shù)被廣泛應(yīng)用在各工程勘測(cè)當(dāng)中，成為其中一項(xiàng)不可缺少的技術(shù)。文章在簡(jiǎn)單介紹了多年凍土勘測(cè)的主要地球物理特征基礎(chǔ)上，以青藏高原為例對(duì)物探技術(shù)在我國(guó)多年凍土勘測(cè)中的實(shí)際運(yùn)用進(jìn)行了詳細(xì)的探析。

關(guān)鍵詞：物探技術(shù)；中國(guó)；多年凍土勘測(cè)；應(yīng)用

前言

我國(guó)多年凍土主要分布在青藏高原和東北大小興安嶺高緯度地區(qū)，約占國(guó)土總面積的五分之一。在實(shí)際施工過程中，如果存在多年凍土而沒有被及時(shí)發(fā)現(xiàn)，將會(huì)給工程的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和順利施工產(chǎn)生極大的不利影響，如凍融病害、可燃冰等問題。因此，必須借助先進(jìn)技術(shù)設(shè)備對(duì)我國(guó)多年凍土進(jìn)行準(zhǔn)確細(xì)致勘測(cè)。

1 多年凍土勘測(cè)的主要地球物理特征

在我國(guó)多年凍土區(qū)域，受外界溫度變化影響，凍土層地下溫度會(huì)隨之而發(fā)生梯度變化，進(jìn)而導(dǎo)致土體所含水分發(fā)生凍結(jié)、遷移或其他變化情況，并進(jìn)一步引起凍冰以不同形式在地質(zhì)土體不同部位消散或聚集。多年凍土的這種動(dòng)態(tài)變化過程對(duì)地質(zhì)土體地球物理特征產(chǎn)生的影響尤為突出[1]。對(duì)于青藏高原地區(qū)而言，其多年凍土主要有已成巖性凍土和非成巖性凍土兩類。

考慮到多年凍土是由水、冰、孔隙和顆粒骨架等多種介質(zhì)在常年低溫環(huán)境下而形成的一種地質(zhì)，因而其物理性質(zhì)除了由自身土體原有性質(zhì)決定之外，一部分還由其自身所在位置溫度場(chǎng)、應(yīng)力場(chǎng)等決定。這就要求在實(shí)施多年凍土勘測(cè)過程中，對(duì)于勘測(cè)技術(shù)的選擇必須要在借鑒非凍土層勘測(cè)物探技術(shù)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，通過充分考慮多年凍土的各項(xiàng)物理特征進(jìn)行科學(xué)合理的選擇，以確定出最佳的物探技術(shù)。

2 物探技術(shù)在我國(guó)多年凍土勘測(cè)中的應(yīng)用

青藏高原東部地區(qū)為大片連續(xù)多年凍土區(qū)域，平均海拔在4000m以上，整體區(qū)域巖性基本以板巖、二三疊系砂巖、灰?guī)r等為主，分水嶺緩坡、谷底、山坡以及平原等地為第四系松散堆積物覆蓋區(qū)域，局部海拔較高地區(qū)可能覆蓋有冰磧物[2]。一些學(xué)者對(duì)該地區(qū)多年凍土的電性、磁性、密度等各種物理性質(zhì)進(jìn)行了大量的試驗(yàn)研究，發(fā)現(xiàn)當(dāng)溫度下降到0℃時(shí)，凍土的介電常數(shù)急劇減小，電阻率急劇升高，且隨著溫度的降低而逐漸增大。

2.1 探地雷達(dá)在多年凍土上限勘測(cè)中的運(yùn)用

根據(jù)上面對(duì)青藏高原東部地區(qū)多年凍土物理特征分析，文章決定采用國(guó)外某公司生產(chǎn)的ProEx型探地雷達(dá)和pulseEKKO042-系列探地雷達(dá)。為較準(zhǔn)確勘測(cè)出青藏高原東部地區(qū)多年凍土的上限深度，需要在每條測(cè)線上選取一段作共偏移距測(cè)量，以獲取地表活動(dòng)層的波速，同時(shí)還要根據(jù)地表直達(dá)波反射線斜率相關(guān)公式計(jì)算出地表層的雷達(dá)波速度[3]。一般而言，地表直達(dá)波的速度與地表活動(dòng)層的平均雷達(dá)波速度較為相近，因而在計(jì)算精度要求不高的條件下，計(jì)算出雷達(dá)波的平均速度可以視為求出了多年凍土地表的直達(dá)波速度。

對(duì)于青藏高原東部區(qū)域而言，植被覆蓋較多、地表較為濕潤(rùn)、沼澤草甸、具有凍脹丘分布等這些地貌類型為多年凍土發(fā)育的典型區(qū)域。在這些區(qū)域布置一條剖面上布置有探坑的探地雷達(dá)剖面，對(duì)多年凍土的上限深度進(jìn)行勘測(cè)，勘測(cè)結(jié)果顯示該區(qū)域多年凍土的上限深度約為1.4m。同時(shí)，對(duì)探地雷達(dá)獲取到的剖面數(shù)字圖像進(jìn)行處理，可以容易的觀察到剖面上有一條明顯的同相軸反射波，進(jìn)而可以推斷出其是由多年凍土上限反射層所致，并且探坑位置的深度與實(shí)際探坑深度1.4m完全吻合[4]。所以運(yùn)用這種探地雷達(dá)可以很好的勘測(cè)出青藏高原東部地區(qū)多年凍土的上限深度。

2.2 瞬變電磁法在多年凍土下限勘測(cè)中的運(yùn)用

采用美國(guó)某公司生產(chǎn)的GDP-32Ⅱ納米瞬變電磁多功能電測(cè)系統(tǒng)結(jié)合不接地回線法對(duì)青藏高原東部地區(qū)多年凍土的下限深度進(jìn)行勘測(cè)。首先，向地下發(fā)送一次脈沖電磁場(chǎng)，當(dāng)脈沖電磁場(chǎng)斷電后對(duì)其進(jìn)行觀測(cè)，同時(shí)對(duì)二次渦流場(chǎng)隨時(shí)間變化的規(guī)律進(jìn)行研究，以便準(zhǔn)確探測(cè)出目標(biāo)對(duì)象的空間分布情況。根據(jù)探地雷達(dá)某條多年凍土使用瞬變電磁法所得電阻率剖面圖觀測(cè)分析發(fā)現(xiàn)，土壤凍結(jié)導(dǎo)致土體電阻率急劇增大，尤其是在100Ω·m等值線深度以下，電阻率梯度明顯變大且等值線分布更為密集，因此可以劃定100Ω·m等值線為該區(qū)域多年凍土層的上限位置[5]。按照同樣的方法可以劃定出多年凍土的下限位置為150Ω·m電阻率等值線。當(dāng)多年凍土的上下限位置全部準(zhǔn)確確定出以后，結(jié)合探地雷達(dá)勘測(cè)結(jié)果，便可以確定出多年凍土的下限深度約為40m。

3 結(jié)束語

綜上，采用物探技術(shù)中的探地雷達(dá)與電磁法對(duì)青藏高原東部區(qū)域多年凍土進(jìn)行勘測(cè)可以得到較為準(zhǔn)確的勘測(cè)結(jié)果，目前該技術(shù)在我國(guó)許多多年凍土勘測(cè)中都得到了良好的應(yīng)用。隨著物探技術(shù)的不斷發(fā)展，相信多年凍土勘測(cè)結(jié)果會(huì)更加準(zhǔn)確可靠，凍土對(duì)工程施工的影響也會(huì)越開越小。

參考文獻(xiàn)

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[2]張光保.電測(cè)深法和地震折射層析法在多年凍土勘察中的應(yīng)用[J].鐵道建筑技術(shù)，2015，10：104-106.

[3]陳琳，喻文兵，易鑫.探地雷達(dá)在黑龍江漠河縣城區(qū)凍土勘測(cè)中的應(yīng)用[J].冰川凍土，2015，3：723-730.

[4]范昭平，張麗華，路勛.探地雷達(dá)在多年凍土區(qū)公路工程勘察中的應(yīng)用[J].工程勘察，2010，3：91-94.

[5]武小鵬，魏永梁，張軍平.探地雷達(dá)在多年凍土工程地質(zhì)勘察中的應(yīng)用效果研究[J].地震工程學(xué)報(bào)，2013，2：240-245.

作者簡(jiǎn)介：王浩（1989-），男，天津人，漢族，現(xiàn)職稱：助理工程師，學(xué)歷：研究生，研究方向：物探。