高密度电法在黄土地区公路滑坡勘察中的应用

周武

摘 要：文章通过在黄土地区的公路边坡工程中采用高密度电法，查明公路边坡地层结构及地质条件，查明滑坡边界、规模、滑面准确位置，为边坡滑塌治理设计提供可靠的工程地质依据和设计参数。在此基础上，文章以高密度电法反演剖面成果详细分析，结合钻探成果资料绘制滑坡地质剖面，探测结果表明，利用高密度电法方法推测滑动面应用效果显著。

关键词：高密度电法;滑坡;勘察

中图分类号：TU413 文献标识码：A 文章编号：1674-1064（2022）04-0-03

DOI：10.12310/j.issn.1674-1064.2022.04.009

地质灾害是由于各种地质作用导致地质体或地质环境发生变化，地球物理场同时也会发生变化[1]。滑坡位于甘肃省天水市张家川S221公路，受持续强降雨影响，坡体产生变形，随后发展成滑坡。探测边坡工程不良地质灾害，一般先采用物探方法沿线路进行调查勘探，确定异常区后再用钻探验证。

常用的工程物探方法包括高密度电阻率法、微动勘探法、地震反射法等。然而，由于场地条件和勘察周期紧张，再加上勘察成本等因素，公路边坡工程要求物探成果的精确度高、时效性短，使得公路边坡工程物探勘察具有高效、快速的特点。因此，如何利用物探方法快速、有效地勘查评估地质灾害就显得尤为重要。利用高密度电法探测高效、快速的特点，布设三条高密度电阻率剖面，根据地球物理场特征研究分析。同时，结合地质资料查明工区公路边坡滑坡的范围和規模，并根据高密度电法推断查明裂缝位置以及延伸情况，推测潜在滑面，为边坡滑塌治理设计提供可靠的工程地质依据和设计参数。

1 地质概况及地球物理特征

工程区地貌属黄土梁地貌，地形波状起伏，在流水等外力的作用下水土流失严重，形成支离破碎的梁状山体，山体基本被第四系上更新统马兰黄土覆盖，零星有新近系泥岩在坡脚露出。根据本次地质调绘及钻探成果，滑坡区地层按其时代及成因，分为第四系全新统滑坡堆积层（Q）、第四系上更新统马兰黄土（Q）和新近系泥岩（N）。

经调查和勘探显示，滑坡堆积物主要由马兰黄土组成，底部有少量泥岩碎石，滑动面位于湿软状黄土层或岩土交界面，加之受地下水的影响，易形成不利滑面。坡面整体上缓下陡，黄土梁上部相对平缓，坡度小于8°，呈阶梯状，现均已开垦为农田。原路基边坡坡率为1∶0.75，三级台阶式边坡，其中区域二段坡体已被完全破坏，坡面堆积黄土状土，后壁陡立。区域一滑坡前缘对公路形成挤压使之变形鼓起，后缘坡体连续分布有环状裂缝，滑坡处于暂时稳定状态。区域二滑坡体坡面下滑严重，前缘堆积至S221公路一级边坡。

本区域边坡地层较为单一，表层马兰黄土电阻率ρs=20 Ω·m～100 Ω·m，下部新近系泥岩地层电阻率ρs=10 Ω·m～40 Ω·m。由于滑坡堆积体的存在改变了电流线的正常运行规律，滑坡堆积体与裂缝发育位置在视电阻率等值线断面图上形成呈圈闭状、半圈闭状高阻团晕。所以，在该滑坡区不同地层视电阻率较大差异，为高密度电法提供了较为有利的地球物理条件。

项目区岩体物性参数如表1所示。

2 高密度电法工作方法

常用的边坡勘察物探方法中，高密度电阻率法可以保证足够的探测深度和分辨率[2]。高密度电法的基本原理与传统的电阻率法完全相同，都是以岩土体的导电性差异为基础，研究地层在人工施加电场的作用下传导电流的分布规律，通过研究地层视电阻率变化，分析岩土层的岩性、结构、构造等特征[3]。其主要特点为：一次性布置多个电极，通过自动控制转换装置自动观测和记录所布设的剖面;兼具剖面法和测深法的功能;采集速度快，获取的地点信息丰富;根据探测目的灵活选择合适的测深装置[4]。因此，高密度电法具有成本低、效率高、信息丰富、图像直观等优点。

本次选择温纳装置采集数据。温纳装置的优点是垂向分辨率较高，信号强度最强，勘探深度适中。测量时，AM=MN=NB为一个电极间距，A、B、M、N逐点同时向右移动，得到第一条剖面线;接着，AM、MN、NB增大一个电极间距，A、B、M、N随之逐点同时向右移动，得到另一条剖面线。这样不断扫描测量下去，得到倒梯形断面[5]。

温纳装置跑极方式如图1所示。

本次高密度电法布设三条高密度剖面，野外数据采集使用重庆奔腾数控技术研究所生产的WDA—1型高密度电法仪，直流放电电压为90 V～540 V，电极距为5 m。资料处理采用SURFER8.0、RES2DINV高密度电阻率处理软件分析。物探工作过程中，沿路线方向进行概略地质调查，重点调查核对明显的物探异常段，做到内业解释过程与地质密切结合[6]。

资料处理解释依据RES2DINV最小二乘法计算正、反演结果，剔除因地形或电极周围不均匀体引起的干扰异常，去伪存真，最终形成解释剖面示意图，给出马兰黄土与泥岩物性界面深度和电阻率值，最后根据该钻孔及地质调查资料划分地质[7]。

物探测线平面分布如图2所示。

3 成果分析与解释

WT—1剖面位于滑坡区域一，剖面长度140 m，勘探深度最大约22.8 m。根据勘探成果综合分析，地层可分为两层：第一层视电阻率ρs=10 Ω·m～100 Ω·m，层厚约2.3 m～7.9 m，推测地层为马兰黄土，地层不均匀;第二层视电阻率ρs=10 Ω·m～30 Ω·m，推测地层为泥岩。第一层9 m～40 m段表层视电阻率值变化较大，呈高阻异常，地层不均匀，推测为滑塌影响区域;40 m～68 m段表层视电阻率值变化较大，呈半圈闭状高阻异常，地层不均匀，地表裂缝发育，推测为潜在滑动面。

剖面88 m附近视电阻率变化呈半圈闭状高阻异常，推测为地表裂缝发育引起。经钻探验证，滑动面位于5.2 m与高密度电法推测滑动面位置相差0.3 m。

WT—1高密度电阻率断面与地质成果剖面如图3所示。

WT—2剖面位于滑坡区域二，剖面长度135 m，勘探深度最大约22.8 m。根据勘探成果综合分析，地层可分为两层：第一层视电阻率ρs=10 Ω·m～100 Ω·m，层厚约1.5 m～6.9 m，推测地层为马兰黄土，地层不均匀;第二层视电阻率ρs=10 Ω·m～30 Ω·m，推测地层为泥岩。第一层10 m～36 m段表层视电阻率值变化较大，呈高阻异常，地层不均匀，推测为滑坡影响区域;35 m～67 m段表层视电阻率值变化较大，呈半圈闭状高阻异常，地层不均匀，地表裂缝发育，推测为潜在滑动面。

剖面40 m、52 m、57 m、62 m、71 m附近视电阻率变化呈半圈闭状高阻异常，深度约2.6 m～4.4 m，推测为地表裂缝发育引起。经钻探验证，滑动面位于9.3 m与高密度电法推测滑动面位置10.2 m相差0.9 m，泥巖界面位于深度15.1 m与高密度电法推测14.3 m相差0.8 m。

WT—2高密度电阻率断面与地质成果剖面如图4所示。

对比WT—1剖面与WT—2剖面，WT—1剖面对于滑坡体的反应效果较好，WT—2剖面对于潜在滑动面与泥岩界面推测误差稍大，两剖面对于裂缝位置与延伸情况都能有较好的反应。

WT—3剖面位于滑坡区底界面附近，剖面长度180 m，勘探深度最大约34.1 m。根据勘探成果综合分析，地层分为两层：第一层视电阻率ρs=1030 Ω·m～100 Ω·m，层厚约0.5 m～6.2 m，推测地层为马兰黄土，地层不均匀;第二层视电阻率ρs=1030 Ω·m～30 Ω·m，推测地层为泥岩。第一层22 m～165 m段表层视电阻率值变化较大，呈高阻异常，地层不均匀，推测为滑坡影响区域。WT—3高密度电阻率断面如图5所示。

4 结论与建议

文章根据具体实例，对于黄土地区公路边坡工程勘察采用高密度电法探测，取得了良好的探测成果，并得出以下结论与建议：

第一，高密度电法对于黄土地区边坡勘探采用温纳装置取得了较好的效果，对于坡面堆积体的反应较暂失稳滑坡体效果好。对于一定规模裂缝，采用高密度电法可以取得很好的勘探效果。

第二，高密度电法是一种间接的手段，为获得更加可靠的勘察结论，要尽可能地采用多种勘察手段，在条件允许的情况下布设钻孔或者采用多种物探方法综合判断地层。

参考文献

[1] 黄旭，范尧，杨义成，等.某不稳定斜坡稳定性分析与评价[J].资源环境与工程，2017（4）：431-435.

[2] 李金铭，罗延钟.电法勘探新进展[M].北京：地质出版社，1996.

[3] 周志军.高密度电法在隧道工程勘察中的应用[J].公路，2014（11）：230-232.

[4] 尚耀军.高密度电法在贵州金沙某滑坡勘察中的应用[J].工程地球物理学报，2013（6）：771-776.

[5] 张光保.褚家营巨型滑坡的高密度电法勘察及效果分析[J].地球物理学进展，2012（6）：2716-2721.

[6] 谢兴隆，马雪梅，杨强，等.综合物探在复杂滑坡中的应用——以武都杜家沟滑坡为例[J].科学技术与工程，2020（36）：14862-14868.

[7] 李存利.滑坡工程地质水文地质勘查中物探技术的应用研究[J].西部资源，2021（5）：85-87.