高密度電法在巖溶區(qū)巖土工程勘察中的應用

蔣向東

（貴州省有色和核工業(yè)地質(zhì)局二總隊，貴州 六盤水 553000）

1 巖溶洼地勘察研究的基本問題

巖溶洼地兼具匯水和消水的雙重作用，當洼地內(nèi)的落水洞、漏斗、豎井等消水巖溶通道被堵塞時，即可發(fā)生洼地積水淹沒，對建筑物地基、地坪、道路等正常使用帶來不良影響，或因涌水而對環(huán)境造成污染，或地下水位反復升降造成地面塌陷等[1]。因此，對于巖溶洼地類負地形場地進行勘察，為解決上術(shù)問題提供基礎(chǔ)地質(zhì)資料。

2 現(xiàn)場概況

貴州省水城縣土發(fā)村巖溶塌陷區(qū)地理坐標為東經(jīng)：105°9′42.08″—105°9′54.42″,北緯26°27′12.89″—26°27′22.14″，周邊共有居民54戶227人及一所小學（師生一共363人），其中15戶66人及房屋受該地質(zhì)災害威脅，房屋產(chǎn)生變形開裂。居民的生命財產(chǎn)安全受到威脅。為確保人民群眾生命財產(chǎn)安全，對土發(fā)村巖溶塌陷進行勘察，為下一步處置提供科學依據(jù)。

3 勘察工作基本情況

本次勘察主要采用了工程地質(zhì)測繪、工程測量、取樣試驗及物探等工作手段，由于對巖溶勘察時，鉆探的局限性，故以高密度電法為主要勘察手段。

4 地質(zhì)環(huán)境條件

（1）地形地貌。勘察區(qū)整體地形地貌為中山巖溶洼地地貌，地勢四周高，中間低。

（2）地層巖性。區(qū)域內(nèi)出露的地層為石炭系上統(tǒng)黃龍組（C2hn），上覆第四系（Q）。

①第四系（Q）：為沖洪積、殘積土，呈可塑狀，無搖震反應，干強度中等，韌性中等，結(jié)構(gòu)松散。該層較均勻分布于整個巖溶洼地之內(nèi)，厚度5m～30m。②石炭系上統(tǒng)黃龍組（C2hn）：為中—厚層狀灰?guī)r，微晶質(zhì)結(jié)構(gòu)，水平層理構(gòu)造，局部為泥灰?guī)r泥-微晶灰?guī)r,局部夾有生物屑灰?guī)r和瘤狀灰?guī)r。巖層產(chǎn)狀350°∠10°。

（3）水文地質(zhì)。勘察區(qū)整體地勢較高，屬于地下水補給區(qū)，區(qū)內(nèi)地下水主要為大氣降水補給，地下水接受大氣降雨補給后，沿裂隙、巖溶管道運移，一部分入滲補給地下水，另一部分沿地形自然斜坡作流動，于就近地勢低洼地帶匯聚，雨季形成水塘，旱季干涸[2]。

5 物探工作

為查明地面塌陷情況及隱伏巖溶情況，采用了物探手段，共布置高密度測量剖面4條，每條剖面長147m，點距3m。

高密度電法剖面為視電阻率斷面圖，電阻率測深是反映由淺至深的地層垂向視電阻率變化情況。高阻區(qū)一般代表巖性致密，完整性好；低阻區(qū)一般代表巖體含水、松散破碎含水或裂隙含水帶；巖溶空洞一般表現(xiàn)為極高阻特征；填充黏土、含水的溶洞或者含水破碎帶一般表現(xiàn)為低阻特征。成果圖如下：

L1號剖面：長度147m，點距3m，測量結(jié)果見下圖，沿剖面淺部電性不均勻，電阻率不高，淺部出現(xiàn)1處高阻和低阻，出現(xiàn)電阻率極高和極低的特征，電阻率較低部分可能為地裂縫被充填形成的異常；在剖面63m～78m位置，較深處出現(xiàn)一橢圓形低阻異常，該段低阻異常與高阻差異明顯，界面清楚，推斷為淺部塌陷造成的裂隙或底部溶洞填充形成的綜合異常，異常通道可能存在裂隙（圖中1#推斷為裂縫或通道位置）。

圖1 L1線高密度反演電阻率斷面圖

L2號剖面：長度147m，點距3m，結(jié)果見下l圖，沿剖面淺部顯示電性呈不均勻分布，中部低阻異常帶分布清楚，呈兩邊高中部低趨勢，高低阻異常明顯，該剖面劃分三個異常，分別為2-1#、2-2#和2-3#號異常。

2-1#號異常位于剖面小號點方向淺部，異常中心明顯，未向深部延伸，推斷為淺部塌陷含水或淺部含泥含水區(qū)影響的異常。2-2#異常分布于剖面中部，電阻率呈低阻顯示，由淺至深電阻率逐漸變低，在較深部形成低阻異常，異常深部未封閉，結(jié)合現(xiàn)場地面情況，推斷該異常為塌陷區(qū)影響范圍，深部低阻異常區(qū)可能含水嚴重或存在松散含水層，不排除有含水溶洞的可能性，由淺至深通道推斷為塌陷形成裂隙主要位置。2-3#號異常，為一淺部高阻異常，分布于剖面大號點方向，電阻率為該剖面最高位置，呈封閉高阻異常，推斷可能為塌陷影響邊界裂縫，在淺部形成不連續(xù)界面所致。

圖2 L2線高密度反演電阻率斷面圖

L3號剖面：測量長度147m，點距3m，測量結(jié)果見圖6-3所示，剖面電性分布不均，呈小號點高大號點低趨勢分布，在淺部形成多個低阻異常區(qū)，深部在小號點方向分布低阻異常，中部較深位置形成低阻異常，該剖面劃分3個異常，編號分別為3-1#、3-2#、3-3#和3-4#異常。

圖3 L3線高密度反演電阻率斷面圖

3-1#號異常分布于剖面小號點方向，3-3#號異常分布于剖面中部，3-4#異常分布于剖面大號點方向，均為淺部低阻封閉異常，推斷為地面塌陷影響范圍或溶蝕區(qū)域。3-4#異常由淺至深均有分布，呈低阻通道，電阻率由淺至深逐漸變低，深部低阻明顯，推斷為塌陷區(qū)影響異常或破碎巖層引起的低阻異常帶，異常中心為局部溶蝕含泥含水所致[3]。

圖4 L4線高密度反演電阻率斷面圖

L4號剖面：測量長度147m，點距3m，測量深度23.6m，測量結(jié)果見下圖，剖面電性顯示極不均勻分布，在剖面上分布多處較高電阻率區(qū)域和多個低阻異常區(qū)域，低阻異常編號為4-1#、4-2#、4-3#。4-1#號異常分布于剖面淺部小號點方向，4-2#號異常分布于剖面中部較深位置，由淺至深形成低阻通道，異常在深部封閉，根據(jù)其電阻率數(shù)值特征，結(jié)合地面情況推斷為局部不明低阻地質(zhì)體引起，淺部可能為地面塌陷影響范圍，深部可能為含水巖溶引起；4-3#號異常分布在大號點方向，出現(xiàn)高低阻界面及淺部局部低阻空間異常，推斷可能為破碎帶及局部含泥含水部位引起的綜合異常。

6 現(xiàn)場地質(zhì)災害成因評價

場地南西側(cè)都香高速的修建，導致洼地匯水面積加大，連續(xù)降雨，其下滲排泄能力不足，洼地積水迅速聚集水位抬升，積水大面積浸泡周圍斜坡土體，使用其軟化，同時增加了土體的容重，降低了斜坡體的內(nèi)聚力，同時水體對邊坡土體產(chǎn)生壓應力；當水位下降，壓應力消除，邊坡土體處于應力釋放狀態(tài)，進一步破壞了土體結(jié)構(gòu)，降低了土體穩(wěn)定性，如此反復，坡體逐漸失穩(wěn)，造成場地地面塌陷或坡體產(chǎn)生滑動變形，對坡上居民及房屋造成威脅。因此，必須對該地災點進行治理，以保障周圍居民生命及財產(chǎn)安全，或搬遷避讓。

7 勘察結(jié)論及建議

現(xiàn)場通過工程測量、工程地質(zhì)測繪、巖土試驗，主要是物探等工作手段，查明了場地地形地貌、地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造、水文地質(zhì)與工程地質(zhì)條件等，通過分析研究，結(jié)論與建議如下：

（1）水城縣土發(fā)村滑坡及巖溶塌陷地質(zhì)災害規(guī)模為中型，險情等級為中型。

（2）通過定性及定量計算，該滑坡區(qū)在天然狀態(tài)下處于穩(wěn)定～基本穩(wěn)定狀態(tài)，在持續(xù)暴雨等不利的天氣條件下，處于基本穩(wěn)定～不穩(wěn)定狀態(tài)。南西側(cè)都香高速的修建，導致洼地匯水面積加大，連續(xù)降雨，其下滲排泄能力不足，洼地積水迅速聚集水位抬升，積水大面積浸泡周圍斜坡土體，使用其軟化，同時增加了土體的容重，降低了斜坡體的內(nèi)聚力，同時水體對邊坡土體產(chǎn)生壓應力；當水位下降，壓應力消除，邊坡土體處于應力釋放狀態(tài)，進一步破壞了土體結(jié)構(gòu)，降低了土體穩(wěn)定性，如此反復，坡體逐漸失穩(wěn)，造成場地地面塌陷或坡體產(chǎn)生蠕滑變形，導致居民房屋產(chǎn)生不同程度破壞。

（3）隨著時間推移，坡體變形破壞會進一步加劇，整體失穩(wěn)產(chǎn)生滑坡的可能性較大，將形成地質(zhì)災害將造成大量財產(chǎn)損失及人員傷亡，建議盡快采取防治措施。

（4）防治措施建議。方案一：搬遷避讓，搬遷影響范圍內(nèi)房屋破壞住戶，將其遷離地質(zhì)災害影響范圍；方案二：就地重建：由于受影響主要為土體部分，對影響范圍內(nèi)開裂居民房屋可采取使用樁基礎(chǔ)就地重建。原因分析：該場地屬于巖溶洼地地貌，周圍天然降水及生活用水均匯聚于此處，南西側(cè)都香高速的修建增加了匯水面積，且無其他引流排水地點，工程手段無法消除水的影響。

8 經(jīng)驗總結(jié)

通過本項目的實踐，對巖溶洼地的勘察，除完成一般巖溶場地的勘察內(nèi)容之外，還應充分注意其積水淹沒可能性的預測與評價。