高密度电法在滑坡监测中的应用

陈渭中

(1.重庆交通大学土木工程学院，重庆 400074；2.招商局重庆交通科研设计院有限公司，重庆 400067)

滑坡是我国常见的地质灾害之一，常发生于不同地质结构中，每年我国因滑坡造成的人员伤亡达数千人，经济损失高达上百亿人民币，对滑坡进行早期监测，分析滑坡发展过程，对滑坡现象进行提前预警，可提前撤离居民和财产，大幅度减少人员伤亡和财产损失。高密度电法能通过人工建立的地电场来探测地下岩土体的电阻率情况，从而判断地质结构和岩土体构造情况，用该方法，可以准确直接观察到地下岩体的特殊变化，对于滑坡的监测有重要意义。

一、高密度电法的基本理论和装置原理

高密度电法是在电阻率法的基础上发展起来的一种地电技术，其基本原理是通过两个正负性不同的电极同时向地下导入相同大小的电流，形成一个人工电场，再通过两个采集电极采集到不同点位在该地电场中的电位值，以计算该地形下的地电阻率模型，通过得到的地电阻率模型反演得出地下岩土体结构。它相比起以往的电阻率法有跑极快、采集数据量大、外噪干扰小等特点，是现在常用的一种地电技术，常见的高密度电法的跑级方式有如下几种：

(一)温纳装置

温纳装置的特点是保持四个点位AMNB之间的距离相同，在跑级时，把AMNB看做一个整体，取MN的中点为采集点，在一次跑级完成后，同时将四点之间的距离增大一个极距，进行第二次跑级，依次往复，完成数据采集工作，所形成的采集断面为倒梯形。

(二)偶极装置

偶极装置适用于一个剖面的电测深，在跑级时，供电电极AB和采集电极MN分成两个部分且不在同一侧，跑级时AB和MN之间不交叉，保持相同距离向同一方向移动，一次完成之后同时增加AB和MN之间的距离，再进行第二次跑级，依次往复，完成数据采集工作，所形成的采集断面为矩形。

(三)施温装置

施温装置是施伦贝尔装置和温纳装置结合的一种复合装置，在一次测量过程中，首先固定MN的点位以固定采集点位，AB分别位于MN的左右两侧，AB点位逐渐向两端加大，随着AB之间的距离增大，采集点位的采集深度也在不断加大，AB完成一次水平跑级之后，改变MN的位置以改变采集点位的位置，再重复上述增大AB之间距离，进行第二次跑级，重复上述过程，完成数据采集，所形成的数据点位为一个矩形。

二、高密度电法应用于边坡监测的理论原理

在常见的滑坡的案例中，引起滑坡的因素通常包括水和滑移带的发育，水的因素包括降水量过大和地下水位上涨造成岩土体内部土的粘度降低，土体自重增大，导致滑坡的形成。第二种因素为岩土体裂缝和软弱夹层发展贯穿坡体，导致坡体上覆层沿着滑移面下滑，滑坡的过程分为滑坡形成、坡体滑动过程和后期稳定过程，监测和预警滑坡的阶段主要在第一阶段，由于滑移带的发展过程中，软弱夹层中所含泥层电阻率值偏低，尤其在滑移带厚度较大时，降水到坡体内部通常沿着滑移带渗透，导致滑移带电阻率值降低幅度大，通过高密度电法监测岩土体中低阻带的变化情况，可对滑移带发展情况进行实时监测。当降雨量过大时，还会引起地下水位上涨，地下水位同时也会影响坡体的电阻率值的变化，人工建立的地电场可监测出地下水位的变化情况，对坡体内部结构变化可以充分反应。

三、高密度电法应用于滑坡监测中的缺陷和不足

高密度电法原理是利用人工电场对地下岩土体结构进行电流场的数据分析，往往把大地看成半空间无限各向同性均匀体，但现实生活中大地结构并非如此，其中有诸多因素会影响高密度电法的实际工程效果。

(一)地形的影响：边坡是一个复杂的地形结构，其表面通常由松散的土体和一些未风化的岩石构成，且边坡表面地势起伏大，人工电场在非各向同性的地形中得出的电阻率结果往往与理论值有较大偏差，且在地层真实电阻率的分析过程中，较为依赖其他工程探测手段来辅助高密度电法数据采集的理论分析，所以要得到精确的分析结果需要较大的工作量。

(二)数据分析和反演的影响：在高密度电法的数据采集完成之后，进行数据分析时，往往是用一系列人工编写的软件程序进行数据解释和地电场模型反演，在软件编写过程和反演过程中会有较大的数据误差，且反演结果往往带有一定的体积效应，很难将地电模型精确的反应出来，只能根据反演结果得出定性分析。

四、结论

高密度电法是一个较为成熟的地点勘测手段，以往的探测和监测效果也说明其可以用于滑坡预警和监测，但目前该技术要用于滑坡的监测和预警还处于起步阶段，需要进一步增加高密度电法在实际运用中的精度和可操作性。