高密度电法在岩溶勘查中的应用

收稿日期:2009-12-12

作者简介:王海明(1957)),男,浙江绍兴人,高级工程师,从事工程物探勘测,地基基础检测工作。

高密度电法在岩溶勘查中的应用

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王海明

WAN G H ai -m i ng

(浙江省第四地质大队,浙江绍兴312000)

摘 要:简要介绍了采用高密度电阻率法对建筑工程区内岩溶进行探测,获得了测区部位的视电阻率二维成像图,并通过对视电阻率二维成像异常形态、视电阻率等特征的分析,推断岩溶、洞穴、土洞的分布范围和埋深,与工程钻探证实吻合,取得了良好的地质效果。

关键词:高密度电法;温纳装置;岩溶;溶洞;电阻率

中图分类号:TU45 文献标识码:B 文章编号:1008-3707(2010)04-0024-03

工程建设和民用建筑地质勘察中,岩溶作为一种典型的不良地质现象在工程施工中的危害越来越明显,严重地影响到工程质量与施工进度。灰岩是一种较为特殊的岩石,通常发育溶沟、溶槽等溶蚀带以及溶洞,甚至引起上覆第四系内部土洞发育。因此,在灰岩地区勘察阶段需详尽查明区内岩溶、土洞、溶洞等地质体的发育情况和分布规律,为设计提供既安全又经济的勘察成果。但要查明区内岩溶等地质体纵横向发育情况,仅靠钻探方法无法办到,物探方法是灰岩分布区域溶岩地基勘查的重要手段,通过物探方法可查明特定区内第四系内部土洞、溶洞、灰岩埋深、灰岩分布范围

[1]

。高密度电法是常

规电法基础上发展起来的物探方法,可广泛应用于区域性和特定区内岩溶灾害调查及工程地基勘察中。该方法是进行地层划分、探测岩溶空洞以及地质滑坡体等的一种有效手段,与传统电阻率法相比,

成本低、效率高、信息丰富、解释方便,尤其在灰岩区域勘查能力具显著优势。

1 高密度电阻率法

高密度电阻率法是以岩土体的导电性差异为物

理基础,研究在外加电场的作用下地中传导电流的分布规律的一种电法勘探方法,由于其利用仪器控制多电极自动密集采样,可以一次获得一个断面的视电阻率数据,达到更加丰富的地电信息和直观准确的勘查结果。

在探测工作时,工作参数和仪器设备的选择直接关系到探测工作的质量。根据场地条件及勘探深度,本次工作采用温纳装置测量。每排列电极60根,

电极距为2m ,仪器按照设定的程序依次移动供电电极A 和B 及测量电极M 和N,并计算相应的装置系数(K ),通过测读供电电流(I )和测量电极间的电压(v V),计算出对应点的电阻率值Q s =K @v V /I [2]

。仪器采用中装集团重庆地质仪器厂生产的DZD-6和DUK-2组成的高密度电法测量系统,采集数据自动记录和存储在仪器中。

2 工程实例

2.1 场地地球物理特征

[2]

高密度电法的数据是在反演的基础上进行的,解释的关键是将岩体电性差异转化为岩性上的差异,由于第四系与灰岩之间、完整灰岩与岩溶发育存

在有溶洞、溶沟、土洞等具有较明显电阻率差异:如黏土层为5~258#m ,溶洞电阻率5~208#m (溶洞为无充填电阻率高于完整基岩电阻率),风化泥质灰岩电阻率30~458#m,泥质灰岩电阻率40~2008#m,这为探测工区内岩溶的存在及发育的范围提供了有利条件。

2.2 实际应用效果

某建设工程场地一期工程为两幢楼。设计采用人工挖孔灌注桩基础,采用½-3中风化泥灰岩为桩端持力层,由于在地质勘察时个别钻孔发现有灰岩溶蚀裂隙或溶洞(坑、沟)中的流塑淤泥充填物。为此,特采用高密度电法对场地1#、2#楼的地基地层及基岩进行探测,为桩基设计及施工采用科学的方案作出合理的决策。高密度电测剖面、平面示意图见图1

。

图1 某工程1#、2#楼高密度电测剖面、平面示意图

2.3 1#~3#剖面结果解释

1#楼共布置由南往北三条编号1#、2#、3#剖面,剖面间距5m 。

1#剖面:从资料分析,该剖面基岩的深度自西向

东逐渐倾伏,从基岩内的高密度测试资料看70点处离地表深20.0~28.0m 处存在一处岩溶异常,异常内高阻低阻互现。由图2可知在岩溶发育区见小充

泥岩洞低阻体和不充泥岩高阻体溶洞。

图2 1#剖面高密度电法反演图

2#剖面:该剖面基岩的埋深如同1#剖面线,也是自西向东由浅变深,最深部位在18~20m ,而在70点处离地表深26.0m 处岩溶异常,该岩溶发育

相对较弱,岩溶异常内见有一低阻体溶洞存在

(见图3)。

图3 2#剖面高密度电法反演图

3#剖面:从资料分析,该剖面基岩的埋深同1#、2#剖面,总的趋势为西浅向东倾伏,剖面内在70点处离地表深24.0m 处岩溶异常(见图4),在岩溶发育区主要见高阻体溶洞和小充泥低阻体岩溶。

图4 3#剖面高密度电法反演图

从以上三剖面的分析,推断该处三条剖面的70

点处距地表约20.0~28.0m 深的岩溶可能属一串

珠状小溶洞,为南北走向岩溶发育带。而在70点往西基岩完整,未发现岩溶和不良地质迹象。2.4 4#~6#剖面结果解释

2#楼共布置由南往北三条编号4#、5#、6#剖面,剖面间距分别为5m 。从资料分析可知,该剖面基岩的深度自西向东趋于由浅变深,从基岩内的高密度测试资料看24点处离地表深6.0m 处有一土洞异常(见图5),土洞处于强风化灰岩与粉质黏土混砾层交界部位呈现低阻,剖面结果看其基岩界面完整。图6、7剖面:从资料分析看该5、6线基岩存在有起伏,相邻的落差最大处可达2.0~4.0m,引起凹形,在低畦处将形成溶蚀沟及溶沟泥,此部位经分析在5#剖面和6#剖面的30#点左右,其底部基岩完整,无岩溶和土洞的迹象(见图6、7)。

图5 4#剖面高密度电法反演图

25

第4期

王海明:高密度电法在岩溶勘查中的应用

综上可知4#、5#、6#剖面除4#剖面存在一小土洞外其余未发现岩溶存在的信息,可见三条剖面测线所反映的地层分布规律基本一致,说明该场地2#楼的地质情况稳定、连续,且无不良地质体存在。

3 结 论

高密度电法兼具剖面法和探测的功能,具有点距小、数据采集密度大的特点,能较直观、形象地反映断面电性异常体的形态、产状等。勘测精度高,当采用0.5m 或1m 的电极距,在有效勘测深度内能反映出更小岩溶、土洞和溶洞存在。

在灰岩分布区应用高密度电法了解第四系土洞、岩溶等发育情况以及确定灰岩的分布情况,能取得较好的地质效果。高密度电法断面结果反映的是灰岩与上覆第四系地层的平均电性,断面测量资料能反映灰岩埋深、岩面总体起伏状况。

在本工区的高密度电法探测中,进一步证明了高密度电法在岩溶地区与钻探结合使用,不仅可大

量减少钻探工作量,还可以更快速、高效地判别岩溶等不良地质体的存在及规模。

参考文献

[1] 王文龙,陈大逵.浅论高密度电阻率法在工程勘察中的应用

[J].物探与化探,1995,19(3):229-237.

[2] 李金铬,罗延钟.电法勘探新进展[M ].北京:地质出版社,

1996:102-108.

(上接第10页

)

图11 考虑纵向联系一阶失稳变形(43.)

4 结 语

本设计中的高架桥椭圆形全封闭隔音顶棚,结构新颖、外观美观,很好地将顶棚的功能性与景观性

进行了统一,建成以后也成为萧山区的标志性建筑。设计时针对整个施工过程及相关影响因素进行了详尽的考虑、计算,满足强度、稳定、变形要求。

(1)主拱架在工况5作用下最大位移矢量4.842mm,满足结构变形要求。

(2)主拱架在工况5作用下最大主压应力81.4MPa ,

最大m isses 应力73.0MPa ,大部分应力均小于20M Pa ,满足结构应力要求。

(3)主拱架不考虑纵向联系,在工况1作用下,第一阶为面外反对称失稳,屈曲稳定系数7.009,结构一阶失稳时的承载力最大,为1254.9kN;主拱架在工况5作用下,屈曲稳定系数8.280,结构一阶失稳时的承载力最小,为1143.69kN 。主拱架考虑纵向联系情况下,在工况1作用下,一阶失稳时最小承载力为33457.5kN,结构实际作用力为766.9kN,一阶屈曲稳定系数为43.,均大于稳定系数4.0,

满足结构稳定安全性要求。

参考文献

[1] 陈宝春,郑皆连.钢管混凝土拱桥实例集(一)[M ].北京:人民

交通出版社,2002:145-181.

[2] 顾安邦,范立础.桥梁工程[M ].北京:人民交通出版社,2000:

180-185.

[3] 徐升桥.丫髻沙大桥的非线性分析[J ].铁道标准设计,1999

(8/9):5-8.

26 浙 江 建 筑2010年 第27卷