高密度電法在工程地質勘察中的應用_杜華光_圖文

1、高密度電法在工程地質勘察中的應用杜華光(中鐵二院工程集團成都地勘巖土工程公司 四川成都 610031摘 要 高密度電阻率法勘探以其生產(chǎn)成本低,工作效率高等特點,在工程地質勘察中得到了廣泛應用。高密度電法采取較密集的測點以及多種裝置的組合同時測量,可提供豐富的地電信息,有利于數(shù)據(jù)資料的處理與解釋。關鍵詞 高密度電法 參數(shù) 解釋 高效1 前言高密度電法是指直流高密度電阻率法,其原理與常規(guī)電阻率法相同。即以巖石、礦物的電性差異為基礎,通過觀測和研究人工建立的電流場在大地中的分布規(guī)律,解決水文、環(huán)境和工程地質問題。高密度電實際上是一種陣列勘探方法,野外測量時,只需將全部電極(幾十至上百根置于測點上,然

2、后利用程控電極轉換開關和微機工程電測儀器,便可實現(xiàn)數(shù)據(jù)的快速和自動采集。當測量結果送入微機后,還可對數(shù)據(jù)進行處理,并給出關于地電斷面分布的各種物理解釋的結果。顯然,高密度電法勘探技術的應用與發(fā)展,使電法勘探的智能化程度大大向前邁進了一步。高密度電法勘探的參數(shù)選擇、資料解釋是兩個關鍵環(huán)節(jié)。參數(shù)選擇直接關系到能否測試出探測目標體所反映出的異常;資料解釋則是探測目標體探測效果的最終反映13。2 參數(shù)選擇2 1 電極排列布置如果場地開闊,一般都使用四極裝置。因為該法能獲得最大的測量電位。這對于節(jié)省外接電源,減少供電電壓,特別是壓制干擾,增強有效信號,有著重要意義。但是如果場地不允許,最好使用三極裝置(

3、AMN、MNB。三極裝置比四極將節(jié)省一半場地。高密度電法勘探應盡量避免地形的起伏,然而事實常難隨人愿。這時就得考慮哪種裝置受地形的影響最小。在眾多裝置中,偶極裝置受地形影響最為劇烈,它本身的電測曲線已很復雜,如果加上地形的因素,其電測剖面形態(tài)會變得很難辨別。其次是三極裝置,該裝置遇到山谷或山脊時電測曲線會出現(xiàn)多個峰值,并且AMN和MNB兩個裝置的反映程度不均衡,因而判別起來困難較大。相對來講,四極裝置受地形的影響較小,電測剖面形態(tài)比較好判別。根據(jù)實踐經(jīng)驗,歸納得出三點認識:(1四極裝置是公認的最穩(wěn)妥的裝置,所以在工作中應予優(yōu)先選用;(2偶極裝置靈敏度最高,但引起假象的可能性也同時增大,并且該裝

4、置信號衰減最快,信噪比會隨探測深度的加大迅速降低,其勘探深度偏小;(3對于剖面測量任務,宜采用多種裝置,但不主張采用過多裝置,一是避免擴大工作成本、采集耗時,二是避免解釋復雜,引起混亂。2 2 電極間隔的確定雖然高密度電法探測結果具有體積效應,但斷面分析的分辨率與最小電極距相當,從這一點考慮,設計最小電極距應為探測深度的1/101/15。在實踐過程中,如果發(fā)現(xiàn)電極距小于探測深度的1/15,在測得的結果中就可能包含一些不穩(wěn)定的隨機因素,同時也容易產(chǎn)生假象。2 3 探測深度的確定隨著電極間距增大,使得測量結果的精度隨之降低,因此,設計探測深度應大于探測目標體深度。3 資料解釋3 1 地形校正在野外

5、勘探過程中,地形起伏是不可避免的。由于地形的影響,會使探測目標的視電阻率異常形態(tài)和位置產(chǎn)生畸變和位移,甚至可能掩蓋有用異常,因此要對觀測數(shù)據(jù)進行地形校正。3 2 定性分析對預處理后的觀測數(shù)據(jù)用RES2D I NV軟件進行正、反演處理,處理后的結果數(shù)據(jù)使用Surfer軟件繪出視電阻率斷面圖。視電阻率斷面圖是資料解釋的重要分析依據(jù),也是高密度電法勘探主要的定性圖件之一。根據(jù)斷面圖中顯示的電性分布特征,判斷出地質體的視電阻率范圍,圈定出電性異常點,充分應用已知地形、地質資料以及所采用的電極裝置,分析引起電性異常的原因,例如地形引起的假異常、局部不均勻體引起的異常和探測目的地質體引起的真異常等,從而剔

6、除干擾保留真異常,并判斷出目的體的位置。3 3 定量解釋高密度電法勘探的定量解釋一直是個難題。時至今日,還沒有一個完善的、公認的高密度電法反演軟件。如何克服多解性,正確地反演出定量的結果一直困繞著電法勘探。大部分生產(chǎn)單位的解釋工作也就停留在定性或半定量的階段。對于規(guī)模、埋深等定量參數(shù),行業(yè)不同,要求有所不一。如地質礦產(chǎn)部門,這方面的要求就要低一些,他們更注重探測目標的平面位置及電性參數(shù),而在水電行業(yè),尋求埋深、規(guī)模的實際意義遠大于電性參數(shù)。各行業(yè)采取的解釋方法區(qū)110全國中文核心期刊 路基工程 2008年第4期(總第139期杜華光,男,工程師。別較大。有的單位靠人工挖掘,有的單位憑地質推斷,有

7、的單位避而不提。值得參考的一種方法是依據(jù)鉆孔取得真實深度與相應電極距間的比值關系來推算目的體的深度。這一比值有些單位直接固定為1/2或1/3的經(jīng)驗值,根據(jù)實踐經(jīng)驗來看,固定比值法是一種不得已的方法。一些科研單位一直在積極研究該方面的工作,陸續(xù)推出了一些軟件。其中比較好的有:國外M H Loke 工作組開發(fā)的 RES2D I NV 軟件!,中國地質大學 2 5維反演軟件!和中科院物探所的 電法工作站!。前者已進入商業(yè)化階段,網(wǎng)上有它的限制版,后二者尚在完善之中。綜觀其功能,它們共同的缺點是,過于智能化,人工參與性不強,仍未擺脫多解性的問題,還停留在二維反演階段。4 應用范圍和制約因素4 1 主要

8、應用領域(1水利工程:堤壩探測;堤壩結構體探測;水庫堤防滲漏檢測;水庫堤防裂縫檢測;河堤防隱患探測;堤防垂直防滲墻質量檢測。(2環(huán)境工程地質:滑坡調查;邊坡軟弱夾層調查;凍土調查;巖溶探測。(3工程地質勘察:基巖面調查;隧道滲漏探測;斷層探測。(4城市工程勘察:城市管線探測;人防工程探測;城市地下埋藏物探測;路面塌陷調查。(5工程質量檢測:隧道灌漿質量檢測;巖溶灌漿質量檢測;堤防灌漿質量檢測;煤田采空區(qū)處理灌注質量檢測。4 2 制約因素(1地形的影響。這是工程勘察最常見的影響因素,盡管目前也出現(xiàn)了地形改正軟件,但功能并不完善,總體效果不理想。(2探測體埋深過大。根據(jù)電法理論,探測體的規(guī)模與埋深

9、需達到一定比例后方能被探測。如果規(guī)模偏小,埋深偏大,則不能被儀器有效接收。有理論推導有效探測深度的徑深比大約為1:6的范圍內。(3多解性。探測體的電阻率和埋深之間存在S 等值和T 等值關系,如果其中一個參數(shù)不確定,那就可能對應多個結果而曲線形態(tài)和曲線擬合結果完全一樣,這會在工程應用中造成很大誤差。(4旁側影響。兩個相鄰的測點,其中一個點靠近山體或水邊,其曲線形態(tài)會發(fā)生較大變化,相應的解釋也會發(fā)生大的變動,而事實上地質結構卻沒有多大變化。5 實例(圖1、圖2(1黔桂鐵路DK 593+845+980 高密度電法資111 杜華光:高密度電法在工程地質勘察中的應用料分析與解釋。從圖1可知,高密度電法的

10、電阻率斷面圖上部電阻率等值線較為凌亂,電阻率高,一般大于500 m,為表層覆蓋土和風化巖體不均勻的電性反映;中部電阻率值變化較大,呈高低阻相間,在DK593+875+890段,顯示為低阻片區(qū),鉆孔資料揭示為煤層,地質調繪資料顯示為煤窯采空區(qū);下部電阻率變化不大并且較高,對應為較完整基巖。(2達陜高速公路K 63+000K 64+010高密度電法資料分析與解釋。從圖2可知,在K 63+124、+630和K64+010三處, s 等值線從上至下均表現(xiàn)為向下連續(xù)延伸帶,且向一定方向傾斜,兩側的電阻率值也發(fā)生了變化,為巖性界線的電性反映。6 結語高密度電法同時擁有剖面法和電測深法的功能,具有點距小、數(shù)

11、據(jù)采集密度大的特點,能較直觀、形象地反映電性異常體的形態(tài)和產(chǎn)狀。它是一種快速、高效和經(jīng)濟的勘察手段,對解決地層巖性分界、煤窯采空區(qū)、巖溶發(fā)育和斷層發(fā)育情況,能取得較好的勘察效果。參考文獻:1董浩斌,王傳雷.高密度電法的發(fā)展和應用J.地學前緣,2003,10(1:171.2雷宛,鄧一歉,蕭宏躍.工程與環(huán)境物探M .北京:地質出版社,2007.3朱清耀.高密度電法在巖溶地區(qū)工程勘察中的應用J.福建工程學院學報,2005,3(3:238.收稿日期:2008-02-25鄭丹燕,女,講師。路基填挖交接面力學參數(shù)選取方法研究鄭丹燕 魯雄飛(浙江交通職業(yè)技術學院 浙江杭州 311112(西南交通大學摘 要

12、介紹了路基填挖交接面變形破壞的機理;分析了常用填挖交接面力學參數(shù)選取方法的優(yōu)點與不足;采用隨機-模糊統(tǒng)計法,對路基填挖交接面力學參數(shù)的選取進行研究。通過實例應用表明該法合理、可行。關鍵詞 路基 填挖交接面 力學參數(shù) 隨機 模糊統(tǒng)計法1 前言半填半挖路基的顯著特點之一,是一部分路基為天然地質體,在重力作用下已經(jīng)自然固結,另一部分路基則是填筑而成,在兩者之間有一個挖填交接面,其兩側地質體的強度、滲流性截然不同,是路基穩(wěn)定的關鍵所在。因此,填挖路基邊坡的優(yōu)化設計首先遇到的是填挖交接面抗剪參數(shù)的選取,它關系到工程投資及安全運營。人們獲取參數(shù)局限于經(jīng)驗、半經(jīng)驗,獲取的抗剪參數(shù)往往與工程巖土的性狀有較大出

13、入。為了克服以上弊端,本文提出了交接面巖土力學參數(shù)的選取原則和方法,在研究各種力學參數(shù)試驗數(shù)據(jù)處理方法的基礎上,從中提出采用隨機-模糊統(tǒng)計法對半填半挖路基填挖交接面力學參數(shù)的選取進行研究,通過工程應用表明該法具有推廣價值1,2。2 巖土力學參數(shù)選取方法交接面的力學性質易受外界條件影響。如何選取填挖交接面的力學參數(shù)是目前設計人員密切關注的重要課題。(1確定巖土參數(shù)的可靠性和適用性。巖土參數(shù)的獲得主要有三種途徑:一是通過室內試驗;二是通過現(xiàn)場試驗;三是由試驗方法獲得的參數(shù),通過工程類比或反分析等。對獲得的參數(shù),都應結合來源分析其參數(shù)的可靠性和適用性。(2根據(jù)巖土體質量提出參數(shù)取值的控制范圍。巖土體的力學參數(shù)是其本身物理力學性質的內在反映,主要取決于其本身的質量指標。巖土體參數(shù)有評價指標和計算指標之分,評價指標用以劃分巖體類別,根據(jù)類別評價巖體質量,由此可以知道巖體參數(shù)的取值范圍,驗證巖體參數(shù)選取的正確性和合理性。(3交接面強度取值原則。結構面力學參數(shù)是穩(wěn)定性分析的關鍵參數(shù)。(4潛在滑動面及其參數(shù)確定原則。對于半填半挖路基邊坡,在雨水等外力的綜合作用下,易于在填挖交接面形成軟弱帶,進而形成潛在滑移面。確定潛在滑移面及其參數(shù)應遵循以下原則:對于軟硬相間的互層邊坡,通常是軟弱的巖土沿著與之接觸的硬巖面發(fā)生滑移破