高密度电法在地下水渗流通道探测中的技术应用

2024-02-27刚绪广李庆轩陈逸飞

山西建筑 2024年5期

刚绪广，李庆轩，陈逸飞

(山东省建筑工程质量检验检测中心有限公司,山东济南 250000)

0 引言

地下水渗流是指地下水在地下岩石或土壤中通过孔隙、裂缝和通道等途径进行移动和传输的过程,具有复杂性和隐蔽性的特点,从地质学角度来讲,地下水渗流可能会引起土体物理性质改变,导致失稳和变形,进而引发地质灾害,如滑坡、坍塌和地面沉降[1-4]。因此,准确的探测地下水渗流通道是一项具有挑战性的工作,且对地质灾害的防治具有重要的意义。高密度电法作为一种非侵入性、高效、高分辨率的地球物理探测方法,目前已经在国内得到广泛的应用。刘晓等[5]将高密度电法应用于堤坝渗漏监测中,通过追踪低阻区,推断出了大坝渗流通道。张义等[6]利用高密度电法来探测尾矿坝渗漏通道,并且运用井下电视和钻探的方法对尾矿坝渗漏通道位置进行验证,收获了良好的效果。刘景青等[7]将在采用高密度电法探测土石坝渗漏过程中,建立了坝体填土电阻率与含水率的相关关系,发现电阻率与含水率存在明显的幂函数相关关系。易贤龙等[8]选用高密度电法,对堤坝进行隐患检测,通过分析电阻率的变化找到隐患部位。以上关于高密度电的工程研究均取得了良好的实践效果,但目前国内应用高密度电法进行土水渗流检测的工程实例研究多数针对于大坝,而将高密度电法应用于地下水渗流通道探测的研究甚少,大坝是人工建造的水工结构,相较于地下土体来说,坝体的材料由人为控制,岩土结构均匀,而地下土体是自然形成的地下土壤和岩层,结构复杂且不易探测。本文以探测某居民区地下水渗流通道为工程实例,在场区布置多道测线,对可能存在地下水渗流通道的位置进行地下土体低阻区探测,根据反演结果进行地下水渗流通道推断,以期为后续处理方案设计提供准确的依据。

1 工程概况

该居民区位于山东省淄博市,场地所处地貌类型属丘陵剥蚀微地貌单元。场区整体呈现西高东低、北高南低的趋势,地面标高最大值149.20 m,最小值144.50 m。居民区东南侧地面标高145.50 m左右,7月份,此处一混凝土挡土墙下方毛石护坡出现局部涌水现象,涌水点标高约为136.00 m。

1.1 工程地质

在本场区勘察控制深度范围内,揭露地层自上而下依次为杂填土、强风化泥岩、中风化泥岩共三层,详细叙述如下:

杂填土:松散—稍密,黏性土混灰渣、砂砾、碎石等,局部地段下为薄层粉质黏土及残积土。该层场区普遍分布,厚度:2.50 m～7.50 m,平均4.49 m,渗透系数建议值k=4.0×10-3cm/s。

强风化泥岩:散体状—碎块状,较均一,中密状态,泥质结构,层状构造,节理裂隙较发育,主要矿物成分为黏土矿物,局部含粉砂质。该层场区普遍分布,厚度:1.30 m～2.40 m,平均1.66 m,k=2.5×10-4cm/s。

中风化泥岩:块状,较均一,泥质结构层状结构,节理裂隙较发育,主要矿物成分为黏土矿物,局部泥岩砂岩互层。场区普遍分布,未穿透,最大揭露厚度9.0 m,k=2.5×10-5cm/s。

1.2 水文条件

根据该项目勘察报告,场地地下水属基岩裂隙水,勘察期间测得地下稳定水位为1.85 m～4.30 m。该地下水主要赋存在杂填土中。水位历年变化幅度在2.0 m左右,水位变化趋势随季节变化而变化,最高水位一般在7月份—10月份。水源主要由大气降水、地表水渗漏补给,主要排泄方式为人工抽取地下水及侧向径流。

2 高密度电法反演结果分析

2.1 高密度电法介绍

高密度电法是一种地球物理勘探技术,用于研究地下介质的电阻率分布,从而揭示地下构造和介质特性。它是电法勘探的一种高级形式,通过在地下布置大量电极和电流注入点,以高分辨率获取地下电阻率分布的信息[9-10]。

高密度电法的基本原理是根据地下不同物质的电导率差异来推测地下结构。电导率是物质对电流的传导能力,而电阻率是电导率的倒数。不同的地质和地下介质具有不同的电阻率值,通过在地表布置大量电极,然后在其中一对电极之间施加电流,测量电势差,可以计算出地下不同位置的电阻率值。通过对这些数据进行处理和解释,可以生成地下电阻率剖面图像,称为电阻率剖面图或电阻率层析图[11-15]。

2.2 探测方案

根据场区工程地质、水文条件以及地形特点,本次探测沿东西、南北方向共布置6条测线,测线参数设置情况见表1。观测装置类型采用温纳法,测线布置位置见图1。

表1 测线参数设置表

2.3 反演结果分析与初步推断

本次高密度电法的反演程序是建立在抑制平滑度最小平方法的基础之上进行反演。

图2为测线1高密度电法剖面视电阻率反演图像,从图2中可以看出,在测线1由东向西约37.5 m～43.5 m处,深度约2 m以下,出现明显低电阻区,该区域位置对应毛石护坡涌水位置,初步推断该区域存在富水区。

图3为测线2高密度电法剖面视电阻率反演图像,从图3中可以看出,测线2由东向西约22.5 m～37.5 m处,深度约4 m以下,出现大面积低电阻区,该区域位置位于测线1推断富水区东侧。测线2由东向西约40 m～42 m处,深度约3 m以下,出现小面积低电阻区,该区域与测线1处推断富水区对应,且与东侧低电阻区有水力联系,初步推断该区域为渗流通道。

图4为测线3高密度电法剖面视电阻率反演图像,从图4中可以看出,测线3由北向南约9 m～29 m处,深度约3 m以下,出现大面积低电阻区,该区域西侧和东侧均为地下室外墙,该区域与测线1处推断富水区对应,初步推断该区域为富水区。

图5为测线4高密度电法剖面视电阻率反演图像,从图5中可以看出,测线4由北向南约27.5 m～34.5 m处,深度约3 m以下,出现低电阻区。测线4由北向南约52.5 m～62.5 m处,深度约2 m以下,出现低电阻区,且与北侧低电阻区有水力联系,初步推断该区域为渗流通道。

图6为测线5高密度电法剖面视电阻率反演图像,从图6中可以看出,测线5由北向南约4 m～10 m处,深度约2 m以下,出现低电阻区。测线5由北向南约20 m～33 m处,地表以下约2 m以内,出现低电阻区,初步推断该两个区域为渗流通道。

图7为测线6高密度电法剖面视电阻率反演图像,从图7中可以看出,测线6由东向西约40 m处,地表以下约2 m以内,地下车库上方土体出现低电阻区,测线6由东向西约47 m～66 m处,地表以下约4 m以内,地下车库上方土体出现低电阻区,测线6由东向西约66 m～70 m处,深度约2 m以下,出现相对大范围低电阻区,且该区域与测线4南侧低电阻区位置对应,初步推断该三处区域为渗流通道。

2.4 高密度电成果分析研究

根据6条高密度电法剖面视电阻率测线探测成果,综合上节对反演结果的分析和总结,判断出场区地下水渗流通道及西南侧富水区位置及形成原因:雨季大量降水通过绿化带渗入杂填土层,在重力的作用下由西向东,一部分通过车库顶板上方,另一部分绕过地下车库外墙,通过杂填土层汇聚至场区东南侧,受消防水池及地下室外墙阻断,在毛石护坡涌水点上方形成富水区,继而水流通过混凝土挡墙及毛石护坡后方反滤层在毛石护坡底部形成较大水势,水流通过毛石护坡破损处喷涌而出。渗流通道及富水区推测位置见图8。