高密度电法在灰岩区滑坡勘查中的应用

杨 波， 甘建军， 杨 涛， 彭 晟， 杨 玲

(1. 江西省航道管理局宜春分局丰城航道处，江西 宜春 330052；2. 南昌工程学院 鄱阳湖流域水工程安全与资源高效利用国家地方联合工程实验室， 江西 南昌 330099)

滑坡对交通设施安全的影响较大，灰岩具有可溶蚀特性，虽然传统的钻探方法可以探明灰岩区滑坡的地下岩溶发育及地层分布情况，但因成本较高、费时费力而经常被高密度电法勘探代替。高密度电法勘探利用岩土导电的差异性可以模拟一些工程问题，但对于复杂工程地质条件的起伏滑面和土-水接触破碎带、溶蚀带等探测，钻探方法随机性太大，难以满足工程建设或滑坡治理的需要。高密度电法的可从连续性和空间分布上探测灰岩的溶蚀现象，目前，成为研究灰岩区滑坡稳定性及渗透性等问题的重要方法[1]。本文通过在近灰岩区岩溶区域采用小间距、多点距，远灰岩区逐级放大间距，增大线长，减小电极布点，从滑体的形态特征出发，基于地质力学模式的一致条件，建立基于GMD模型条件下几何上等按工程布置、地质条件设置高密度电法的点距和电压参数关系。在相邻地层异变区域增设布点布线密度一致的混合区域，防止岩溶勘查深度的模糊性，使各区域界限清晰，满足工程建设的需求。通过钻探勘察验证，表明了该方法的有效性[2]。

1 高密度电法

高密度电阻率法简称为高密度电法，其原理是利用人工电流场导入滑坡地层，利用微机PC端收集、观测、分析地层视电阻率的变化，并作出色谱图，进形象划分出不同地层的特征色谱，从而形象地剖析地下空间特征。高密度电法的主要仪器及布置如图1所示。

高密度电阻率法野外工作程序是：插入电极-接线-联通电极转换开放-输入测量信号-收集存储反馈信息-PC端解译物探信息-绘制视电阻率色谱图。该方法最大的特点是全自动化收集数据，不仅可以采集到大量的数据，而且可以避免由于人工操作引起的人为误差。

由于高密度电法的进行了粗测，需要按照物探剖面线进行补充勘查验证，以保证不同区域相应的地层特性的一致性和精确度。

2 工作方法

2.1 勘测布置方法

勘测布置示意图如图1所示。

图1 滑坡勘测布置示意图

在测区野外布设7条测线，即坡体前缘沿大桥方向(NW-SE)方向布设3条长约280m～295m基本平行的沿线；为研究滑体中部岩溶分布，在滑体中部布设平行于大桥方向测线1条，长175m；同时，为研究滑体地层的空间分布特征，沿主滑方向布设3条件基本平行的，长约180m～220m的测线。整个滑坡区7条测线总长约1.63km。根据地形及岩溶的分布情况，横断面1-4号测线布置36～60个电极，电极间距5m,记录层数8层；纵断面5-7号测线布置37～45个电极，电极间距5m，记录导数10层。

2.2 资料反演与解释

采用的是最新开发出来的二维电阻率和极化率反演成像软件进行初步的二维反演成像处理，用圆滑模型的逐步逼近法进行迭代反演，直到地电模型与实测电阻率达到误差范围内。

3 成果资料解译

3.1 横断面解译成果

采用高密度电阻率数据处理系统进行数据处理，先转换数据格式，对不合理的点数据进行删改，结合测绘地形分别调整，利用上述程序反演，绘制电阻率色谱图。测区覆盖层既有填筑土，又有残坡积土、碎块石等，电阻率差异性大。滑坡中后缘崩滑堆积物主要成分为碎块石，空隙大，不利用于电流的传导，在图中表现为视电阻率较高的暗红色区域；当坡底土洞、溶洞积水时，导电性迅速增强，在图上表现为低视电阻率的特征[4]。

图2 L1线反演剖面与地质剖面

测线1的反演结果如图2所示，0m～80m之间，剖面表层出现高阻特征，主要崩塌堆积物，碎块石磨圆度差，空隙大，含水率低；90m～140m段深层为土洞或溶洞，被地下水充填，表现为明显的电性分界面，深部电阻率较小，推测红色曲线为易滑面；140m～180m为斜坡区，表层为碎石堆积层，电率较高，底层为低电阻层，钻探表明有灰岩溶洞，含水率较高。推测1线和6线交点处基岩埋深约为15m。

图3 滑坡前缘L2、L3、L4线反演剖面与工程地质剖面示意图

图3中3线位桥梁中轴线附近，上覆层为洪冲积土，密实度高，50m-150m处表层为大桥桩基础施工基坑沉渣，含水率高，为低阻体。60m-140m段深约10m范围内有低阻体延展分布，为土洞溶洞中的含水所致。135m-200m段深20m左右，蓝色部分呈现低阻异常，反演电阻率小于50Ω·m，推测为岩溶较发育地段。

测线4的反演结果表明，图中160m-190m浅表附近有高阻体，是因为地表是开挖裸露地层。80m-200m段，深10m以下存在低阻异常区，反演电阻率小于50Ω·m，推测为岩溶较发育地段，后经钻探验证表明为溶洞。将3个剖面作图4所示立体图，将3个剖面蓝色低阻部分连接起来，可看出滑坡前缘桥基部分存在规模约为长150m×宽50m×高75m的溶洞。

图4 滑体5线反演剖面与地质图

对滑体3个不同剖面采用相探测精度时，地层分部特性完全不同，如图5、图6、图7解译成果所示，越靠近滑坡前缘，低电阻率区域越明显。越靠近滑坡后缘，电阻率越高，说明滑坡后缘浅表层由含水率低、孔隙度高、碎石堆积体较厚的风化层组成[4]。推测滑面的位置在15m～35m。图3和图6中L5、L7线解译结果基本类似，L5和L7剖面深部均存在低于200Ω·m的区域，推测为存在小型溶洞或土洞。而L6剖面前缘存在电阻率低于500Ω·m的区域，推测该地层风化严重，节理裂隙较发育[5]。图2-图6的色谱与剖面对比结果：在电极间距、解译方法完全一样的情况下，滑坡体与灰岩基座的电阻率明显不同，而灰岩区溶洞或土洞界限清晰。覆盖层主要存在于滑体的后缘，厚度约8m～60m；灰岩主要分布在滑坡前缘深部，揭露埋深约10m～15m。

图5 滑体6线反演剖面与地质图

图6 滑体7线反演剖面与地质图

4 结 论

本文在已有的高密度电法基础上，针对实际工程滑动面边界难以精确定位和灰岩区基座对滑坡稳定性的影响这两个问题进行优化，通过钻探验证了该方法的有效性。得出结论如下：①基于高密度电法与钻探验证一致条件，建立灰岩区复杂工况的野外数据采集勘探对比勘查方法系，并满足滑坡、桥梁、岩溶等复杂工区的勘测方法。②通过钻探方法验证了不同排列的灰岩区滑坡高密度电法勘测视电阻率色谱分区分界的准确性。③针对高密度电法和钻探验证划分出的滑动面，建立模型，设置参数，利用两种勘测方法互补生成的准确滑面。④在灰岩区采用高密度电法勘测时，雨水渗入到滑坡堆积体中，使电阻率色谱失真，通过双管钻探取芯法查明一致的松散岩土混合层，可对比改善高密度电法勘测效果。