基于高密度電法的邊坡巖土勘察方法

摘? 要：根據(jù)實(shí)際的需求及相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)行動力觸探勘測點(diǎn)位設(shè)定及數(shù)據(jù)的提取，構(gòu)建多層級的勘察點(diǎn)布設(shè)形式，擴(kuò)大實(shí)際的勘察范圍，完成對多層級勘測節(jié)點(diǎn)的設(shè)定。以此為基礎(chǔ)，構(gòu)建高密度電法勘察模型，進(jìn)行直剪勘測修正，并通過反演處理實(shí)現(xiàn)勘測。測試結(jié)果表明，該文設(shè)計的高密度電法巖土勘察測試組最終得出的勘察反演值相對較低，說明在實(shí)際的勘察過程中，該方法的測定速度快、誤差可控，具有實(shí)際的應(yīng)用及推廣價值。

關(guān)鍵詞：高密度；電法排布；邊坡巖土；勘察方法；遠(yuǎn)程勘測；邊坡防護(hù)

中圖分類號：TU195? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? 文章編號：2096-4706（2023）07-0141-03

Abstract： According to the actual needs and corresponding standards， set the dynamic penetration survey points and extract the data， construct the layout form of multi-level survey points， expand the actual survey scope， and complete the setting of multi-level survey nodes. On this basis， the high-density electrical method survey model is constructed， the direct shear survey is modified， and the survey is realized through inversion processing. The test results show that the survey inversion value finally obtained by the high-density electrical method ground survey test group designed in this paper is relatively low， which indicates that in the actual survey process， the method has fast measurement speed and controllable error， and has practical application and promotion value.

Keywords： high-density; electrical arrangement; slope ground; survey method; remote survey; slope protection

0? 引? 言

巖土勘察是邊坡施工建設(shè)過程中至關(guān)重要的一個環(huán)節(jié)，對后續(xù)的工程執(zhí)行具有直接而顯著的影響[1]。其實(shí)，巖土勘察一般是指對半坡周圍的地質(zhì)、水文、山體等環(huán)境進(jìn)行調(diào)研，排除對施工過程產(chǎn)生不良影響的動態(tài)化因素，從而為邊坡施工營造安全穩(wěn)定的環(huán)境[2]。傳統(tǒng)的巖土勘察多為單向勘測、核定，在勘察巖土上具有一定的局限性，例如，傳統(tǒng)填土工程勘察方法、傳統(tǒng)單層級巖質(zhì)邊坡的工程地質(zhì)勘察方法，這一類巖土勘察方法雖然可以實(shí)現(xiàn)預(yù)期的邊坡測定任務(wù)，但是弊端及缺陷較多[3]。

舉例來說，這些傳統(tǒng)勘察方式可以確保小面積邊坡的勘察，一旦勘察范圍變動，所獲取的勘察結(jié)果便較難精準(zhǔn)化，勘察速度也相對較慢，而且針對性也不強(qiáng)，對后續(xù)的工程執(zhí)行與構(gòu)建形成定向阻礙[4]。因此，本文對基于高密度電法的邊坡巖土勘察方法進(jìn)行分析與研究。結(jié)合高密度電法，設(shè)計更具靈活性、多元性的勘察結(jié)構(gòu)，在標(biāo)定的區(qū)域范圍之內(nèi)進(jìn)行勘察點(diǎn)位的布設(shè)，以此來進(jìn)一步定位整體的勘察程度，加強(qiáng)對基礎(chǔ)勘察環(huán)節(jié)的控制，最大限度降低可能存在的勘察誤差，為相關(guān)勘察流程及后續(xù)執(zhí)行工作提供有力的參考依據(jù)[5]。

1? 構(gòu)建邊坡巖土高密度電法的勘察方法

1.1? 動力觸探勘測點(diǎn)位設(shè)定及數(shù)據(jù)提取

通常，對于邊坡的勘測是階段性的，由于邊坡處理的需求及標(biāo)準(zhǔn)不同，其所對應(yīng)的勘測方法也需要做出適當(dāng)調(diào)整[6]。為此，采用動力觸探的形式，進(jìn)行勘測點(diǎn)位設(shè)定及數(shù)據(jù)提取[7]。采用專業(yè)的勘探設(shè)備與裝置，采集數(shù)據(jù)為后續(xù)的勘測執(zhí)行提供參考依據(jù)，結(jié)合高密度電法，在基礎(chǔ)的環(huán)境內(nèi)部設(shè)定勘察覆蓋面積，并設(shè)定反演區(qū)域，計算出反演偏差，如式（1）所示：

其中：D表示反演偏差，h表示預(yù)設(shè)電阻值，x表示反演范圍，r表示二維勘察偏差，t表示轉(zhuǎn)換比例。綜合上述測定，將最終得出的反演偏差設(shè)定在反演動力勘測結(jié)構(gòu)之中，以此來確定具體的勘測范圍，同時，結(jié)合設(shè)備的勘測位置，進(jìn)行勘測接收探點(diǎn)的位置探查深度差，計算出勘測點(diǎn)位之間的平衡間距，如式（2）所示：

其中：U表示勘測點(diǎn)位的平衡間距，y表示勘察總面積，φ表示顯示距離，d表示反演單向偏差， 表示勘測頻率。綜合上述測定，最終可以計算出勘測點(diǎn)位之間的平衡間距。將其設(shè)定為勘測的標(biāo)準(zhǔn)，營造穩(wěn)定的勘測環(huán)境，同時對相鄰點(diǎn)的邊坡固定閥進(jìn)行關(guān)聯(lián)。利用專業(yè)設(shè)施及設(shè)備進(jìn)行基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和信息的提取，為后續(xù)的勘測處理工作奠定基礎(chǔ)。

1.2? 多層級勘測節(jié)點(diǎn)設(shè)定

完成動力觸探點(diǎn)位的設(shè)定以及相關(guān)數(shù)據(jù)的提取后，接下來，根據(jù)設(shè)備的顯示情況，結(jié)合探測需求及標(biāo)注，進(jìn)行多層級勘測節(jié)點(diǎn)的設(shè)定與部署。在明確實(shí)際的邊坡勘察區(qū)域之后，需要構(gòu)建一個定向的控制空間，依據(jù)點(diǎn)位的設(shè)定區(qū)域，進(jìn)行比鄰關(guān)聯(lián)點(diǎn)的設(shè)定，并對過程中形成的奇高或奇低勘測數(shù)據(jù)做出分析，如表1所示。

根據(jù)表1，完成對多層級勘測比鄰關(guān)聯(lián)點(diǎn)的設(shè)定，在此基礎(chǔ)之上，結(jié)合高密度電法，在邊坡的周圍布設(shè)電力反演線路，測定基礎(chǔ)電阻率值，如式（3）所示：

其中：P表示電阻率值，π表示二維反演范圍，μ表示勘測單值電阻，ζ表示比鄰勘測偏差，?表示觸探單向距離。綜合上述測定，最終實(shí)現(xiàn)對電阻率值的計算，根據(jù)此標(biāo)準(zhǔn)，對邊坡附近設(shè)定的電力線路做出合理調(diào)整。在此基礎(chǔ)上，依據(jù)設(shè)定的點(diǎn)位，將勘測節(jié)點(diǎn)逐一設(shè)定在對應(yīng)的位置，形成動態(tài)化的反演結(jié)構(gòu)，并設(shè)定對應(yīng)的執(zhí)行層級，完成多層級勘測節(jié)點(diǎn)的設(shè)定。

1.3? 高密度電法勘察模型構(gòu)建

根據(jù)上述布設(shè)的邊坡勘測節(jié)點(diǎn)，進(jìn)行基礎(chǔ)性數(shù)據(jù)、信息的獲取整合，在此基礎(chǔ)之上，結(jié)合高密電法，設(shè)定反演勘測體系，構(gòu)建高密度電法勘察模型。將此時邊坡周圍的電構(gòu)造設(shè)定為二維形態(tài)，利用專業(yè)軟件測定出勘察的構(gòu)造走向，并結(jié)合高密度法及有限單元法，對邊坡的巖土進(jìn)行正演計算。將區(qū)域范圍之內(nèi)的電路劃分為多個測試波段，標(biāo)定好具體的反演電位之后，測算出與傅氏變換電位的偏差，如式（4）所示：

其中：R表示傅氏變換電位偏差，σ表示二維反演距離， 和? 分別表示預(yù)設(shè)電阻值和實(shí)測電阻值。綜合上述測定，計算出傅氏變換電位偏差，并將其設(shè)定為電位的逆向偏差，同時，在邊坡上設(shè)定地電斷面，與邊坡頂層的勘測結(jié)構(gòu)保持一致。此時，根據(jù)電位的變化及勘察需求，設(shè)定對應(yīng)勘察模型的結(jié)構(gòu)，如圖1所示。

根據(jù)圖1，完成對高密度電法勘察模型結(jié)構(gòu)的設(shè)計與分析。結(jié)合高密度勘察法，擴(kuò)大實(shí)際的電力覆蓋結(jié)構(gòu)，基本完成對電阻率分布的設(shè)定。但需要注意的是，對巖土層的勘測也需要分批次執(zhí)行，所以在執(zhí)行的過程中，可以進(jìn)行勘察目標(biāo)的變換與調(diào)整，促使勘察結(jié)構(gòu)保持靈活、多變，結(jié)合有限單元測定法，推算出最終的正演計算結(jié)果，完成對點(diǎn)位的設(shè)定，實(shí)現(xiàn)高密度電法勘察模型的構(gòu)建。

1.4? 直剪勘測修正

直剪勘測修正處理是指對邊坡勘察的逆向測定與處理?？梢韵葘辈斓慕Y(jié)構(gòu)進(jìn)行重置，營造一個穩(wěn)定的處理空間，結(jié)合高密度電法，確定穩(wěn)定的勘察范圍，并在標(biāo)記的區(qū)域之內(nèi)，設(shè)定對應(yīng)數(shù)量的勘察節(jié)點(diǎn)，以此來獲取勘察的數(shù)據(jù)及信息。但需要注意的是，對勘察的層級進(jìn)行設(shè)定，將導(dǎo)致勘察目標(biāo)不一致，為此，修正標(biāo)準(zhǔn)也需要重新設(shè)定。此時，進(jìn)行勘測修正原理的設(shè)定，如圖2所示。

根據(jù)圖2，完成對勘測修正原理的設(shè)定，接下來，綜合上述環(huán)節(jié)與結(jié)構(gòu)，對勘察的結(jié)構(gòu)做出適當(dāng)調(diào)整，將勘察修正程序和勘察模型進(jìn)行關(guān)聯(lián)，實(shí)現(xiàn)多層級多目標(biāo)動態(tài)化勘測。

1.5? 反演處理實(shí)現(xiàn)勘測

根據(jù)上述對邊坡巖土的定位處理，可以實(shí)現(xiàn)多層級多目標(biāo)動態(tài)化勘測，而采用反演處理方法可以得到最終的勘測結(jié)果。根據(jù)巖土的測定情況，將邊坡劃定為多個區(qū)段，并進(jìn)行反演階段點(diǎn)位的設(shè)定，如表2所示。

根據(jù)表2，完成對反演階段點(diǎn)位的設(shè)定。在此基礎(chǔ)之上，對巖土的勘測層級進(jìn)行關(guān)聯(lián)。此時，利用高密度電法進(jìn)行電極間距的設(shè)定，同時，依據(jù)目標(biāo)的變動，不斷調(diào)整電極，形成循環(huán)式的勘察結(jié)構(gòu)，擴(kuò)大實(shí)際的覆蓋層級點(diǎn)位，并在此基礎(chǔ)上對勘察的測量面積進(jìn)行調(diào)整，以此來獲取最終的勘察結(jié)果。

2? 方法測試

本次測試主要是對基于高密度電法的邊坡巖土勘察方法的實(shí)際應(yīng)用效果進(jìn)行分析與研究。考慮到最終測試結(jié)果的真實(shí)可靠，采用對比的形式展開分析，并參考文獻(xiàn)[1]和文獻(xiàn)[3]，設(shè)定傳統(tǒng)填土工程勘察測試組、傳統(tǒng)單層級巖質(zhì)邊坡的工程地質(zhì)勘察測試組以及本文所設(shè)計的高密度電法巖土勘察測試組。對測試得出的結(jié)果進(jìn)行對比分析，選定A邊坡工程作為實(shí)際的測定目標(biāo)，根據(jù)測定的需求及標(biāo)準(zhǔn)，搭建相應(yīng)的測試環(huán)境。

2.1? 測試準(zhǔn)備

在對基于高密度電法的邊坡巖土勘察方法的實(shí)際應(yīng)用效果進(jìn)行分析與研究之前，需要先進(jìn)行基礎(chǔ)測試環(huán)境的搭建。首先，對選定的A邊坡工程基礎(chǔ)數(shù)值及信息進(jìn)行提取，該區(qū)域的地質(zhì)情況十分復(fù)雜，且?guī)r土結(jié)構(gòu)松散，在外部因素及環(huán)境的影響下，極容易出現(xiàn)泥石流、水土流失和山體滑坡等問題。對于日常的勘查工作形成較大的阻礙，同時也在一定程度上威脅到施工人員的人身安全。該區(qū)域的邊坡均為多層級形式的邊坡，呈現(xiàn)出土壩狀態(tài)，壩體土視電阻率值設(shè)定為3～350 m，結(jié)合高密度電法，進(jìn)行基巖視極限電阻率值的測算，如式（5）所示：

其中：F表示基巖視極限電阻率值，k表示含水量，τ表示壩體空洞空間，η表示垂直壩體結(jié)構(gòu)，s表示變動均值，v表示壩體土視電阻率值。綜合上述測定，最終完成對基巖視極限電阻率值的計算，將其設(shè)定為模型內(nèi)部的電力勘察情況，完成測試環(huán)境的搭建，根據(jù)測定需求及標(biāo)準(zhǔn)，展開具體的測試。

2.2? 測試過程結(jié)果分析

根據(jù)上述測試環(huán)境的搭建，結(jié)合高密度電法，進(jìn)行邊坡巖土勘察方法的測定與分析。首先，基于初始設(shè)定的監(jiān)測節(jié)點(diǎn)，對各個區(qū)段的半坡情況及基礎(chǔ)數(shù)值進(jìn)行提取整合。完成提取整合之后，根據(jù)實(shí)際的勘測要求，在邊坡對應(yīng)的位置設(shè)定具體的引導(dǎo)勘察點(diǎn)位。這部分需要注意的是，點(diǎn)位的設(shè)定必須要與實(shí)際的勘察任務(wù)形成關(guān)聯(lián)，避免出現(xiàn)較大的勘察誤差。結(jié)合布設(shè)電力測定結(jié)構(gòu)，選定4個測試巖土勘察路段，計算出勘察反演值，具體如式（6）所示：

其中：L表示勘察反演值，γ表示邊坡段層級面積，υ表示堆疊面積， 表示預(yù)設(shè)電阻值，δ表示反演范圍。綜合上述測定，最終完成對勘察反演值的設(shè)定。根據(jù)上述測定，完成對測試結(jié)果的分析與研究，如表3所示。

根據(jù)表3，完成對測試結(jié)果的分析。對比于傳統(tǒng)填土工程勘察測試組、傳統(tǒng)單層級巖質(zhì)邊坡的工程地質(zhì)勘察測試組，本文所設(shè)計的高密度電法巖土勘察測試組最終得出的勘察反演值相對較低，表明在實(shí)際勘察的過程中，該方法的測定速度快、誤差可控，具有實(shí)際的應(yīng)用價值。

3? 結(jié)? 論

以上便是對基于高密度電法的邊坡巖土勘察方法的設(shè)計和分析。與傳統(tǒng)的邊坡勘察模式相比，本次的綜合高密度電法，設(shè)計更加穩(wěn)定、多元化的邊坡應(yīng)用體系，針對施工過程中存在的問題，設(shè)計相應(yīng)的執(zhí)行方案?？紤]到該位置的巖石構(gòu)造、水文條件、氣候條件等因素，進(jìn)行基礎(chǔ)邊坡防護(hù)環(huán)節(jié)的設(shè)置，利用專業(yè)的勘察裝置及設(shè)備，提取勘測數(shù)據(jù)及信息，為后續(xù)的勘察關(guān)聯(lián)營造更加穩(wěn)定的環(huán)境，提高邊坡工程的穩(wěn)定性。

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作者簡介：李琦（1982—），男，漢族，陜西綏德人，副教授，碩士，主要研究方向：建筑工程施工、黃土、砂土邊坡穩(wěn)定性。