岩溶地区路基土洞勘察方法适宜性研究_论文发表__墨水学术,论文发

所属栏目：矿业论文范文发布时间：2011-02-25浏览量:202

副标题#e#【摘要】通过地球物理勘探技术（高密度电法、浅层地震法、地质雷达等）在浅层土洞勘察中的运用，对其适宜性进行了研究，结果表明：高密度电法不适宜探测浅层土洞；浅层地震反射法不适宜探测浅层土洞；地质雷达探测方法适宜探测浅层土洞。
　　关键词：岩溶；土洞；勘察方法；适宜性
　　1引言
　　岩溶土洞的存在是工程建设中可诱发地质灾害的重要因素，有的在施工过程中被发现后得到及时处理，有的在工程投入使用后引起地面沉陷、基础失稳或地面塌陷，严重威胁岩溶区公路运行安全。因此，对土洞的探测具有十分重大的意义。所以，对于岩溶地区路基土洞勘察方法适宜性研究同样是非常重要的。
　　2岩溶路基土洞地球物理勘察的方法
　　2.1高密度电法及原理
　　高密度电法是在同一测点上逐次增大供电距离，使勘探深度由小逐渐加深，于是可观测到测点处沿深度方向上由浅至深的视电阻率的变化规律。通过对反映地电断面变化的电测深ρ曲线的分析，可以了解深度方向上地质剖面的特征。最常用的是对称四极装置，另外，有三极测深法、五极纵轴测深法、环形测深法等。
　　2.2浅层地震法及原理
　　浅层地震利用人工激发或捶击的地震波在弹性介质不同的地层内传播规律，研究与岩土工程有关的地质、构造、岩土体的物理力学特性，并对工程场地与人工建筑物的适应性进行评价的一种工程地球物理勘探方法。是通过测量地震波(弹性波)在地下介质中的传播速度的方法来达到探测目的的。由于不同类型岩(土)具有不同的弹性特征(速度、密度)，当地震波通过岩层(土层)分界面时，将产生反射、折射，并且有纵波、横波和面波等之分，这些不同类型的波具有不同的传播速度、途径、频率和强度，用仪器和计算机可以记录、分析各种波的传播时间和波形特征，从而实现下伏地层层面的划分。正常地段反射波同相轴连续，反映基岩层位起伏变化；异常地段反射波不连续，波形紊乱，产生绕射波，层面下陷，解释为溶沟、溶槽。
　　2.3地质雷达及原理
　　地质雷达（GeologicalRadar）又称探地雷达（GroundPenetratingRadar），其工作原理是利用土层、岩石和土洞等对探地电磁波反射的差异，通过分析地面接收到的反射信号的旅行时间、波形和反射波谱特征等差异，来确定土洞等。电磁波脉冲由发射天线发出，被地下介质界面（或埋藏物）反射，由接收天线接收，然后计算出反射体的形态和空间位置。
　　3某高速公路路基土洞勘察实例分析
　　本项目依托工程为粤境北某高速公路的某标段，该段穿过峰丛洼地、峰丛谷地，岩溶十分发育，土洞密布，甚至产生地面塌陷，威胁着现场施工及今后的行车安全。为了消除隐患，受业主委托对该路段进行地球物理探测试验研究。具体方法是：对同一路段，用上述三种不同的物探方法分别划出土洞可能分布的范围，并布设钻孔进行土洞的钻探验证，再对各勘探方法所得到的结果进行对比分析，以期找到一种准确、快速、经济的土洞探测方法或方法组合。
　　3.1高密度电法有效性分析及可能存在的问题
　　充水或充泥土洞：由于充水或充泥土洞与粘土的电阻率差异很小；对充气土洞：虽然空气与粘土之间存在明显的电阻率差异，但是电阻率法只对高阻中的低阻不均匀体敏感，而对低阻中的高阻不均匀体不敏感。特别是由于绕流现象，电阻率差异很小。另外，由于电阻率法属于体积勘探方法，供电极之间的所有介质都对测量结果有影响，通过加密测量点也不能提高其分辨率。因此，高密度电法不适宜探测埋藏浅（＜10m）、规模小（＜3m）的土洞。
　　3.2浅层地震法有效性分析及可能存在的问题
　　地震波场十分复杂，除了有反射波以外，还有沿地面传播的地滚波（直达波）、声波、面波、折射波。特别是在近炮点处，直达波、声波、面波和浅层反射波混在一起，反射波无法拾取。因此，深度#p#副标题#e#10米以内或5米内可称为浅层地震反射法的盲区。尽管粘土与土洞存在明显的波阻抗差异，但用浅层地震反射法探测难以发现埋藏浅的土洞（10米以内）。其次，根据弹性波理论，当异常体的空间尺寸小于四分之一波长时，弹性波就会绕过异常体而不发生反射。在覆盖层中拾取的弹性波振动频率一般为60Hz左右，波的传播速度为1800m/s左右，波长为30米左右。空间尺寸小于10米的土洞难以发现。另外，浅层地震反射法的测点间距不可能很小，即使在高密度浅层地震反射法中，测点距也不会小于0.5米。如果以探测目标体上不少于20个反射点的原则来衡量，直径10米以下的土洞都不可能被完整地发现，即使以不少于5个反射点来衡量，直径3米以下的土洞也难以被发现。因此，浅层地震反射法不适宜用于探测埋藏浅（＜10m）、规模小（＜3m）的土洞。
　　3.3地质雷达法有效性分析及可能存在的问题
　　以土洞作为探测的目标体，它与围岩及其周围的土壤具有明显不同的介电性质。土洞如保存完好且未被地下水充盈时，表现为高电阻率特征；反之则表现为低电阻率特征。当土洞塌陷后，在洞内形成破碎、疏松的堆积物，与围岩的导电和介电性质同样具有差异，为地质雷达的高速采样及高分辨能力也为其提供了可能。因此，地质雷达是适宜探测埋藏浅（＜10m）、规模小（＜3m）的土洞。地质雷达能测定异常体的形态和空间位置，但不能判定异常体的性质。要根据现场的实际情况和地质结构，以及实际经验来判断。另外，地质雷达的探测深度受地表电阻率的影响很大，当地表干燥时，100MHz的工作天线的有效探测深度为10米；当地表潮湿时，探测深度只有5米，甚至更小。
　　4岩溶路基土洞物探勘察方法适宜性
　　通过野外试验研究，高密度电法、浅层地震法和地质雷达法等地球物探方法在路基以土洞作为探测的目标体中，土洞与周围的土壤具有明显不同的介电性质。土洞如保存完好且未被地下水充盈时，表现为高电阻率特征；反之则表现为低电阻率特征。当土洞塌陷后，在洞内形成破碎、疏松的堆积物，与围岩的导电和介电性质同样具有差异。因此，为物探方法提供了地球物理背景。
　　4.1地质雷达法
　　地质雷达以其精度高、效率高、成本低、成果直观的特点，是适宜探测浅埋藏小于10m、规模小（直径小于3m）的土洞。地质雷达具有轻便、快捷、经济的特点，同时所提供的资料图件为连续的平面和剖面形态，对土洞的分布范围、埋深、大小及连通情况一目了然，有效地发挥勘察工作对设计和施工的指导作用，取得了明显的经济效益和社会效益。
　　4.2高密度电法
　　由于电阻率法属于体积勘探方法，供电极之间的所有介质都对测量结果有影响，通过加密测量点也不能提高其分辨率。因此，高密度电法不适宜探测埋藏浅（＜10m）、规模小（＜3m）的土洞，但对探测埋深较大的溶洞有一定的适用性。
　　4.3浅层地震反射法
　　浅层地震反射法的测点间距不可能很小，即使在高密度浅层地震反射法中，测点距也不会小于0.5米。如果以探测目标体上不少于20个反射点的原则来衡量，直径10米以下的土洞都不可能被完整地发现，即使以不少于5个反射点来衡量，直径3米以下的土洞也难以被发现。因此，浅层地震反射法不适宜用于探测埋藏浅（＜10m）、规模小（＜3m）的土洞。
　　5结束语
　　综上所述，在岩溶地区进行长距离、大范围的浅层土洞勘察，运用地质雷达经济、方便、快速、效果好，是理想的物探选择方法。高密度电法和浅层地震法，对于探测尺寸较小的土洞反映不灵敏，但对于大尺寸地下异常体的勘察有其优势。
　　参考文献
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