基于高密度电法的边坡岩土勘察方法

摘  要：根据实际的需求及相应标准，进行动力触探勘测点位设定及数据的提取，构建多层级的勘察点布设形式，扩大实际的勘察范围，完成对多层级勘测节点的设定。以此为基础，构建高密度电法勘察模型，进行直剪勘测修正，并通过反演处理实现勘测。测试结果表明，该文设计的高密度电法岩土勘察测试组最终得出的勘察反演值相对较低，说明在实际的勘察过程中，该方法的测定速度快、误差可控，具有实际的应用及推广价值。

关键词：高密度；电法排布；边坡岩土；勘察方法；远程勘测；边坡防护

中图分类号：TU195    文献标识码：A    文章编号：2096-4706（2023）07-0141-03

Abstract： According to the actual needs and corresponding standards， set the dynamic penetration survey points and extract the data， construct the layout form of multi-level survey points， expand the actual survey scope， and complete the setting of multi-level survey nodes. On this basis， the high-density electrical method survey model is constructed， the direct shear survey is modified， and the survey is realized through inversion processing. The test results show that the survey inversion value finally obtained by the high-density electrical method ground survey test group designed in this paper is relatively low， which indicates that in the actual survey process， the method has fast measurement speed and controllable error， and has practical application and promotion value.

Keywords： high-density; electrical arrangement; slope ground; survey method; remote survey; slope protection

0  引  言

巖土勘察是边坡施工建设过程中至关重要的一个环节，对后续的工程执行具有直接而显著的影响[1]。其实，岩土勘察一般是指对半坡周围的地质、水文、山体等环境进行调研，排除对施工过程产生不良影响的动态化因素，从而为边坡施工营造安全稳定的环境[2]。传统的岩土勘察多为单向勘测、核定，在勘察岩土上具有一定的局限性，例如，传统填土工程勘察方法、传统单层级岩质边坡的工程地质勘察方法，这一类岩土勘察方法虽然可以实现预期的边坡测定任务，但是弊端及缺陷较多[3]。

举例来说，这些传统勘察方式可以确保小面积边坡的勘察，一旦勘察范围变动，所获取的勘察结果便较难精准化，勘察速度也相对较慢，而且针对性也不强，对后续的工程执行与构建形成定向阻碍[4]。因此，本文对基于高密度电法的边坡岩土勘察方法进行分析与研究。结合高密度电法，设计更具灵活性、多元性的勘察结构，在标定的区域范围之内进行勘察点位的布设，以此来进一步定位整体的勘察程度，加强对基础勘察环节的控制，最大限度降低可能存在的勘察误差，为相关勘察流程及后续执行工作提供有力的参考依据[5]。

1  构建边坡岩土高密度电法的勘察方法

1.1  动力触探勘测点位设定及数据提取

通常，对于边坡的勘测是阶段性的，由于边坡处理的需求及标准不同，其所对应的勘测方法也需要做出适当调整[6]。为此，采用动力触探的形式，进行勘测点位设定及数据提取[7]。采用专业的勘探设备与装置，采集数据为后续的勘测执行提供参考依据，结合高密度电法，在基础的环境内部设定勘察覆盖面积，并设定反演区域，计算出反演偏差，如式（1）所示：

其中：D表示反演偏差，h表示预设电阻值，x表示反演范围，r表示二维勘察偏差，t表示转换比例。综合上述测定，将最终得出的反演偏差设定在反演动力勘测结构之中，以此来确定具体的勘测范围，同时，结合设备的勘测位置，进行勘测接收探点的位置探查深度差，计算出勘测点位之间的平衡间距，如式（2）所示：

其中：U表示勘测点位的平衡间距，y表示勘察总面积，φ表示显示距离，d表示反演单向偏差， 表示勘测频率。综合上述测定，最终可以计算出勘测点位之间的平衡间距。将其设定为勘测的标准，营造稳定的勘测环境，同时对相邻点的边坡固定阀进行关联。利用专业设施及设备进行基础数据和信息的提取，为后续的勘测处理工作奠定基础。

1.2  多层级勘测节点设定

完成动力触探点位的设定以及相关数据的提取后，接下来，根据设备的显示情况，结合探测需求及标注，进行多层级勘测节点的设定与部署。在明确实际的边坡勘察区域之后，需要构建一个定向的控制空间，依据点位的设定区域，进行比邻关联点的设定，并对过程中形成的奇高或奇低勘测数据做出分析，如表1所示。

根据表1，完成对多层级勘测比邻关联点的设定，在此基础之上，结合高密度电法，在边坡的周围布设电力反演线路，测定基础电阻率值，如式（3）所示：

其中：P表示电阻率值，π表示二维反演范围，μ表示勘测单值电阻，ζ表示比邻勘测偏差，ϑ表示触探单向距离。综合上述测定，最终实现对电阻率值的计算，根据此标准，对边坡附近设定的电力线路做出合理调整。在此基础上，依据设定的点位，将勘测节点逐一设定在对应的位置，形成动态化的反演结构，并设定对应的执行层级，完成多层级勘测节点的设定。

1.3  高密度电法勘察模型构建

根据上述布设的边坡勘测节点，进行基础性数据、信息的获取整合，在此基础之上，结合高密电法，设定反演勘测体系，构建高密度电法勘察模型。将此时边坡周围的电构造设定为二维形态，利用专业软件测定出勘察的构造走向，并结合高密度法及有限单元法，对边坡的岩土进行正演计算。将区域范围之内的电路划分为多个测试波段，标定好具体的反演电位之后，测算出与傅氏变换电位的偏差，如式（4）所示：

其中：R表示傅氏变换电位偏差，σ表示二维反演距离， 和  分别表示预设电阻值和实测电阻值。综合上述测定，计算出傅氏变换电位偏差，并将其设定为电位的逆向偏差，同时，在边坡上设定地电断面，与边坡顶层的勘测结构保持一致。此時，根据电位的变化及勘察需求，设定对应勘察模型的结构，如图1所示。

根据图1，完成对高密度电法勘察模型结构的设计与分析。结合高密度勘察法，扩大实际的电力覆盖结构，基本完成对电阻率分布的设定。但需要注意的是，对岩土层的勘测也需要分批次执行，所以在执行的过程中，可以进行勘察目标的变换与调整，促使勘察结构保持灵活、多变，结合有限单元测定法，推算出最终的正演计算结果，完成对点位的设定，实现高密度电法勘察模型的构建。

1.4  直剪勘测修正

直剪勘测修正处理是指对边坡勘察的逆向测定与处理。可以先对勘察的结构进行重置，营造一个稳定的处理空间，结合高密度电法，确定稳定的勘察范围，并在标记的区域之内，设定对应数量的勘察节点，以此来获取勘察的数据及信息。但需要注意的是，对勘察的层级进行设定，将导致勘察目标不一致，为此，修正标准也需要重新设定。此时，进行勘测修正原理的设定，如图2所示。

根据图2，完成对勘测修正原理的设定，接下来，综合上述环节与结构，对勘察的结构做出适当调整，将勘察修正程序和勘察模型进行关联，实现多层级多目标动态化勘测。

1.5  反演处理实现勘测

根据上述对边坡岩土的定位处理，可以实现多层级多目标动态化勘测，而采用反演处理方法可以得到最终的勘测结果。根据岩土的测定情况，将边坡划定为多个区段，并进行反演阶段点位的设定，如表2所示。

根据表2，完成对反演阶段点位的设定。在此基础之上，对岩土的勘测层级进行关联。此时，利用高密度电法进行电极间距的设定，同时，依据目标的变动，不断调整电极，形成循环式的勘察结构，扩大实际的覆盖层级点位，并在此基础上对勘察的测量面积进行调整，以此来获取最终的勘察结果。

2  方法测试

本次测试主要是对基于高密度电法的边坡岩土勘察方法的实际应用效果进行分析与研究。考虑到最终测试结果的真实可靠，采用对比的形式展开分析，并参考文献[1]和文献[3]，设定传统填土工程勘察测试组、传统单层级岩质边坡的工程地质勘察测试组以及本文所设计的高密度电法岩土勘察测试组。对测试得出的结果进行对比分析，选定A边坡工程作为实际的测定目标，根据测定的需求及标准，搭建相应的测试环境。

2.1  测试准备

在对基于高密度电法的边坡岩土勘察方法的实际应用效果进行分析与研究之前，需要先进行基础测试环境的搭建。首先，对选定的A边坡工程基础数值及信息进行提取，该区域的地质情况十分复杂，且岩土结构松散，在外部因素及环境的影响下，极容易出现泥石流、水土流失和山体滑坡等问题。对于日常的勘查工作形成较大的阻碍，同时也在一定程度上威胁到施工人员的人身安全。该区域的边坡均为多层级形式的边坡，呈现出土坝状态，坝体土视电阻率值设定为3～350 m，结合高密度电法，进行基岩视极限电阻率值的测算，如式（5）所示：

其中：F表示基岩视极限电阻率值，k表示含水量，τ表示坝体空洞空间，η表示垂直坝体结构，s表示变动均值，v表示坝体土视电阻率值。综合上述测定，最终完成对基岩视极限电阻率值的计算，将其设定为模型内部的电力勘察情况，完成测试环境的搭建，根据测定需求及标准，展开具体的测试。

2.2  测试过程结果分析

根据上述测试环境的搭建，结合高密度电法，进行边坡岩土勘察方法的测定与分析。首先，基于初始设定的监测节点，对各个区段的半坡情况及基础数值进行提取整合。完成提取整合之后，根据实际的勘测要求，在边坡对应的位置设定具体的引导勘察点位。这部分需要注意的是，点位的设定必须要与实际的勘察任务形成关联，避免出现较大的勘察误差。结合布设电力测定结构，选定4个测试岩土勘察路段，计算出勘察反演值，具体如式（6）所示：

其中：L表示勘察反演值，γ表示边坡段层级面积，υ表示堆叠面积， 表示预设电阻值，δ表示反演范围。综合上述测定，最终完成对勘察反演值的设定。根据上述测定，完成对测试结果的分析与研究，如表3所示。

根据表3，完成对测试结果的分析。对比于传统填土工程勘察测试组、传统单层级岩质边坡的工程地质勘察测试组，本文所设计的高密度电法岩土勘察测试组最终得出的勘察反演值相对较低，表明在实际勘察的过程中，该方法的测定速度快、误差可控，具有实际的应用价值。

3  结  论

以上便是对基于高密度电法的边坡岩土勘察方法的设计和分析。与传统的边坡勘察模式相比，本次的综合高密度电法，设计更加稳定、多元化的边坡应用体系，针对施工过程中存在的问题，设计相应的执行方案。考虑到该位置的岩石构造、水文条件、气候条件等因素，进行基础边坡防护环节的设置，利用专业的勘察装置及设备，提取勘测数据及信息，为后续的勘察关联营造更加稳定的环境，提高边坡工程的稳定性。

参考文献：

[1] 姜啟文.住宅工程回填区填土工程勘察方法分析 [J].工程建设与设计，2022（11）：206-208.

[2] 邢旭亮.高速公路边坡滑坡勘察及处理措施 [J].低碳世界，2022，12（3）：160-162.

[3] 徐通.高陡岩质边坡的工程地质勘察和地质综合分析 [J].建筑监督检测与造价，2021，14（6）：1-5.

[4] 郑志龙，陈洋，王丽君，等.高密度电法在某高速公路岩溶隧道探测中的应用 [J].地下空间与工程学报，2021，17（S2）：912-917+924.

[5] 宋绍飞.山区公路高边坡勘察设计关键问题 [J].工程与建设，2021，35（5）：994-996.

[6] 常晓蕾.高密度电法在公路工程地质勘察中的应用 [J].河南科技，2020（23）：102-103.

[7] 陈凤阁.高密度电法在侵入岩发育地区的应用实例及分析 [J].河北地质大学学报，2020，43（2）：63-67.

作者简介：李琦（1982—），男，汉族，陕西绥德人，副教授，硕士，主要研究方向：建筑工程施工、黄土、砂土边坡稳定性。