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        高密度電法在供水工程場地塌陷區(qū)勘探中的應(yīng)用

        2016-11-17 02:57:27朱化田合肥供水集團安徽合肥230001
        安徽建筑 2016年5期

        朱化田 (合肥供水集團,安徽 合肥 230001)

        高密度電法在供水工程場地塌陷區(qū)勘探中的應(yīng)用

        朱化田 (合肥供水集團,安徽 合肥 230001)

        高密度電法作為一種物探手段,具有效率高、無損傷、探測深度大、可靠性高等特點,在工程勘察中發(fā)揮著重要的作用。文章主要介紹高密度電法在供水工程場地塌陷勘探中的應(yīng)用,探測結(jié)果可查明塌陷區(qū)的范圍及規(guī)模,為后期的加固處理提供科學(xué)指導(dǎo)依據(jù)。

        高密度電法;巖土勘察;塌陷區(qū);溫納裝置

        近年來,物探因輕便、快速、經(jīng)濟等特點,在復(fù)雜工程場址的勘察中得到廣泛應(yīng)用,根據(jù)不同的地質(zhì)特征,合理選擇不同的物探方法,可解決相應(yīng)的工程地質(zhì)問題。目前探測塌陷區(qū)的地球物理手段主要包括高密度電法、瑞雷面波法、探地雷達法、放射性法、瞬變電磁感應(yīng)技術(shù)、地震勘探技術(shù)等,不同的地球物理方法各有優(yōu)缺點。地下塌陷區(qū)的地球物理性質(zhì)明確,與周邊巖土體存在著物性差異,如電阻率、速度差異等物性差異。高密度電法利用塌陷區(qū)與圍巖的電性差異,能夠探測出塌陷區(qū)的位置、大致規(guī)模、埋深等。筆者運用高密度電法在某供水工程長江取水口部位進行探測,其目的是查明塌陷區(qū)的范圍及規(guī)模,取得了較好的效果。

        高密度電法測量系統(tǒng),單個排列最多可打120根電極,有9種不同的測量裝置可供選擇。在塌陷或孔洞區(qū)調(diào)查中,溫納裝置效果是最好的。溫納裝置是不同深度的對稱四極剖面裝置,點距可根據(jù)勘探深度和密度需要自由選取,本次工作我們選取點距2m。AM、MN、NB等間距,平行地面方向?qū)Φ貙訏呙?次,數(shù)據(jù)存儲1層,以后每增大1個點距,重復(fù)掃描1層,數(shù)據(jù)分層存儲1次,掃描深度由淺到深,適合固定斷面掃描。它的電極排列規(guī)律是:A、M、N、B(其中A、B是供電電極,M、N是測量電極),AM=MN=NB為一個電極間距,隨著間隔系數(shù)n由nmin逐漸增大到nmax,4個電極之間的間距也均勻拉開。該裝置適用于固定斷面掃描測量,其特點是測量斷面為倒梯形,電極排列見圖1。

        圖1 溫納裝置電極排列示意圖

        上述排列模式采集的數(shù)據(jù)量較大,能得到一個倒梯形的測深剖面,而且深部的分辨率也較高?,F(xiàn)場實測的數(shù)據(jù)可采用專用的分析軟件(Res2dinv)進行分析處理,先進行突變點剔除工作,再根據(jù)需要,進行數(shù)據(jù)圓滑處理和地形改正,最后通過反演計算,可得到反映地層電性特征的電阻率剖面圖。

        安徽某地供水工程取水口緊鄰長江外護堤約40m,進行取水頂管的施工,施工場地由于場地為長江河漫灘及一級階地上,土質(zhì)為粉質(zhì)粘土和細(xì)砂。由于頂管施工過程中,其施工工藝為噴水旋轉(zhuǎn),細(xì)砂層和粉質(zhì)粘土層強度和穩(wěn)定性降低,產(chǎn)生流沙現(xiàn)象,最后發(fā)展到該處長江外護堤的局部塌陷,影響了長江外護堤的安全。為了確保長江外護堤安全渡汛,保護堤內(nèi)的生產(chǎn)安全,加固處理之前需要查清塌陷區(qū)的范圍及規(guī)模。

        場地巖土工程勘察報告顯示場地地層簡單,一般情況下物性較均勻,當(dāng)?shù)貙邮艿酵饨鐢_動后,強度和均勻性被破壞,擾動和塌陷區(qū)的地層視電阻率與原地層的視電阻率產(chǎn)生差異,對于區(qū)分原始地層和被擾動及塌陷區(qū)有利。

        由于該區(qū)地下水位較高,根據(jù)以往工作經(jīng)驗,擾動地層與塌陷區(qū)在位于潛水面以下時常充填軟塑—流塑狀粉質(zhì)粘土或水,與原始地層的物性差異明顯??梢姡緟^(qū)具備用高密度電法探測擾動地層與塌陷區(qū)的地球物理前提條件,說明選取該方案進行探測是可行的。

        根據(jù)本次勘查的深度及目標(biāo)體規(guī)模,本次物探勘查采用高密度電法的溫納裝置(WN),共布置剖面5條,各測線長90m,線距6m~12m,各剖面電極數(shù)為45根,電極間距1.5m~2m,觀測層數(shù)14層。其中發(fā)現(xiàn)低阻異常區(qū)有3條測線,高密度電法溫納裝置剖面分別見圖2~圖4。

        圖2 2線高密度電法溫納裝置剖面圖

        圖2為2線高密度電法溫納裝置剖面,該線走向近東西向,測線長度90.0m,電極距為2.0m,最大隔離系數(shù)為15。據(jù)圖2可知,0.0~3.5m地層的視電阻率值一般為20.0Ω·m~50.0Ω·m,為耕填土與粉質(zhì)粘土的反映;3.5m以下地層的視電阻率值一般為50.0Ω· m~150.0Ω·m,為細(xì)砂反映。在剖面水平位置34.0m~46.0m處,地層界面不連續(xù),存在一低阻異常區(qū),異常形態(tài)近似梯形。

        圖3 4線高密度電法溫納裝置剖面圖

        圖3為4線高密度電法溫納裝置剖面圖,該線位于2線南8.0m,測線走向近東西向,測線長度90.0m,電極距為2.0m,最大隔離系數(shù)為15。根據(jù)圖3可知,0.0~4.0m地層的視電阻率值一般為15.0Ω·m~45.0Ω·m,為耕填土與粉質(zhì)粘土的反映;4.0m以下地層的視電阻率值一般為50.0Ω·m~150.0Ω·m,為細(xì)砂反映。在剖面水平位置38.0m~50.0m處,地層界面不連續(xù),存在一低阻異常區(qū)。

        圖4 6線高密度電法溫納裝置剖面圖

        根據(jù)圖4可知,0.0~1.5m地層的視電阻率值較高,為壩體表層較松散干燥引起;1.5m~4.0m地層的視電阻率值一般為15.0Ω·m~45.0Ω·m,為耕填土與粉質(zhì)粘土的反映;4.0m以下地層的視電阻率值一般為50.0Ω·m~150.0Ω·m,為細(xì)砂反映。在剖面水平位置36.0m~50.0m處,地層界面不連續(xù),存在一低阻異常區(qū)。

        地球物理物探方法種類較多,應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣,但在實際工作中不同種的物探方法都有其適用條件,要根據(jù)不同地質(zhì)特征和勘察任務(wù)要求,采用不同的物探方法。本工程的勘查場地具備用高密度電法探測塌陷區(qū)的地球物理前提條件,因此選取高密度電法進行綜合地球物理勘查效果良好,取得的數(shù)據(jù)可靠,達到預(yù)期目的。

        [1]王興泰.工程與環(huán)境物探新方法與新技術(shù)[M].北京:地質(zhì)出版社,1996.

        [2]李建華,黃立勇,田軍.高密度電法在巖溶、采空區(qū)探測中的應(yīng)用[J].土工基礎(chǔ),2007,21(3):37-39.

        [3]門業(yè)凱,楊義彪,席曉鳳,等.基于高密度電阻率法的露天鐵礦采空區(qū)探測的研究[J].工程地球物理學(xué)報,2010,7(2):164-168.

        TU195

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        10.16330/j.cnki.1007-7359.2016.05.096

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