覆蓋式高密度電阻率探測系統(tǒng)在堤防隱患探測中的應用

覆蓋式高密度電阻率探測系統(tǒng)在堤防隱患探測中的應用

20世紀80年代，日本引入了高密度能源法。這是一種集電斷面和電子測深于一體的能源網(wǎng)絡管理技術。高密度廣場是用來測量二維地下電面的。這是一種價格低、使用多的水庫風險勘探方法[1.5]。隨著高密度電阻率法在實際應用的深入,為了提高分辨率和工作效率,改善數(shù)據(jù)結構類型,加大數(shù)據(jù)密度,北方地球物理探測技術有限公司和黃河水利委員會設計院物探總隊聯(lián)合研制了以測深裝置為主的覆蓋式高密度電阻率探測系統(tǒng)MIR-1C/MIS。該系統(tǒng)首次將覆蓋電纜技術應用于高密度電測中,不僅使得電纜重量和長度大大降低,而且野外測試實現(xiàn)連續(xù)滾動作業(yè),大大提高了工作效率。另外,電極開關數(shù)量也減少許多。系統(tǒng)采用三極測深裝置,擴大了有效探測范圍,提高了分辨率。工作裝置簡單,數(shù)據(jù)類型多(二極剖面、二極測深、三極單剖面、聯(lián)剖、三極測深、四極測深、定點源測深等數(shù)據(jù))。覆蓋式高密度電阻率探測系統(tǒng)MIR-1C/MIS由主機、25芯電測覆蓋電纜、電測電極等附屬設備及數(shù)據(jù)處理軟件組成。該系統(tǒng)電測主機與電極轉換器為一體化設計,電極轉換只需25道,電纜為25芯4道。儀器小型輕便,智能化程度高,除高密度電阻率測量還可做常規(guī)電阻率測量;工作裝置以三極、二極測深為主,野外工作是滾動式作業(yè)模式,工作效率高;該儀器為大屏幕點陣式液晶顯示器,顯示中文操作菜單和提示信息,數(shù)據(jù)可轉換類型,采用不同的方法進行綜合解釋;本機可作為一臺單道的直流電測儀,能夠做常規(guī)電阻率法、激發(fā)極化法、自然電位法,裝置有對稱四極、聯(lián)合剖面、溫納、中梯、偶極-偶極5種;在高密度測量中有三極測深法、單向三極測深法(ρsA和ρsB)、二極測深法。實現(xiàn)了一機多用,多參數(shù)、多通道、多功能測試。為了準確掌握堤防狀況,并為堤防加固和防汛搶險提供科學依據(jù),采用覆蓋式高密度電阻率探測系統(tǒng)MIR-1C/MIS對千里堤文安段隱患進行了探測。千里堤是大清河系重要防洪屏障,屬于國家一級堤防,擔負著保天津、保鐵路、保油田、保人民群眾生命和財產(chǎn)安全的4保重任。千里堤西起任丘市茍各莊,東至天津市靜?？h壩臺與子牙河左堤,總長度58.61km,跨越深澤、安國、安平、博野、蠡縣、高陽、任丘和文安等縣市。文安段是保證清南地區(qū)防洪安全的重要工程,該段堤防修筑年代不一,路線多變,標準各異,雖經(jīng)多年治理仍存在裂縫、松散土層、塌陷段等多種隱患。一旦河道行洪,容易發(fā)生滑坡、崩岸等險情。通過勘測認為該系統(tǒng)在探測速度和精度方面效果較好,系統(tǒng)性能穩(wěn)定,操作簡單、方便,探測速度快,為今后進行堤防隱患探測積累了經(jīng)驗。1海岸警衛(wèi)隊的檢測原理和技術1.1直流電阻率法在理想條件下,當無裂縫和其他隱患存在時,堤防土體為均質體,其電阻率較低。當?shù)躺碛辛芽p和其他隱患存在時,原有的均勻物理場就發(fā)生變化,在隱患部位形成異常場。這個場的特性隨著隱患性質和所在位置的不同而變化。直流電阻率法是以電阻率作為主要參數(shù)來分析堤防隱患,它是利用電場理論,通過兩個供電電極向地下供電形成人工電場,然后利用測量電極測出物體的一系列電阻率值,按照數(shù)值的大小,判斷隱患是否存在,直流電阻率法包括剖面法和高密度電阻率法。剖面法根據(jù)電極分布不同又分為中間梯度法和對稱四極剖面法。對稱四極剖面法是由A、M、N、B4個電極組成,以MN中點(O)為對稱中心布置的,工作時保持各電極間的距離不變,整個裝置一起移動進行觀測,因此所測的電阻率值的變化反映了沿剖面方向上一定范圍、一定深度內(nèi)電阻率的變化情況。1.2a、b、n點測深記錄工作裝置以三極、二極測深裝置為主,野外作業(yè)是滾動作業(yè)模式,設備輕、電極開關數(shù)量少、探測速度快、精度高。探測采用三極測探法,將供電電極B(或A)置于無窮遠(∞)處,A(或B)、M、N布置在同一條測線上,參與測線上的電極轉換,測點O位于MN中間,實際工作中MN不動,電極A(或B)依次由第3點(A11)向后移動,逐點觀測某點不同深度范圍內(nèi)的電阻率變化情況,測得測深記錄為ρsA,A極跑完(至A1n)后,電極轉換開關將A1n-1、A1n、轉換為新的測量電極N、M,前一次供電電極A1n-2變?yōu)锽11,A1n-3變?yōu)锽12,……依此類推,前一次測量電極N、M變?yōu)锽1n、B1n-1,此時又得On-1點測深記錄為ρsB。按照要求用鋼尺準確量出已普測到的異常點(或異常帶)位置(對于有的部位可直接詳測,此時可依具體情況確定起點極位置),按照原普測樁號順序方向布置測線,先找出異常點(或異常帶)位置,向前量20.5m(若MN=1m)做為測線的起點極位置,平行大堤軸線方向布線,視堤段的具體特點確定測線的條數(shù)。2結果表明，2.1突變段聚合式人工8+9709+100段文安縣千里堤上段(任文界~王村閘)堤防長度為11.58km。堤防隱患按異常情況分為4種,即有效異常點、裂縫發(fā)育帶、不均勻體、突變段。此次測量共發(fā)現(xiàn)66個有效異常點,分布于39段范圍內(nèi),累計長度1743m;裂縫發(fā)育帶22處;不均勻體12個,長1947m;突變段20個,長1245m。在8+940~9+010段70m堤段發(fā)現(xiàn)明顯異常點2個,且此段視電阻率較兩側高出較多。查看資料,8+959~9+010為1995年口上揚水站堵閉復堤段,異常點對應于堵閉的閘洞位置。根據(jù)探測情況的電測分析在6+100~6+400段共發(fā)現(xiàn)異常點8個,裂縫發(fā)育帶230m,與2004年的灌漿資料進行了對比,結果發(fā)現(xiàn)6+000~6+500段單孔吃漿量均較大,該堤段存在隱患較多,待進一步驗證。1+077~1+160為不均勻體,長83m。此堤段視電阻率由30至75,從資料看1+073~1+143為原店子閘復堤段(2004年復堤),此段的土質和兩側差別很大,以致表現(xiàn)出不均勻性,探測成果較為可靠。探測還發(fā)現(xiàn)堤后有大坑地段大多數(shù)顯示出視電阻率不均、高阻反映或突變現(xiàn)象,這和實際的大堤干旱、斷面三面失水較多,堤身土質孔隙多相吻合。2.2堤身及堤身表面裂縫2006年9月對千里堤中段(任莊子~左各莊西環(huán)路口)堤段用對稱四極法進行堤防隱患探測,在166+700處發(fā)現(xiàn)一明顯異常點,經(jīng)計算裂縫頂部埋深71cm,隨后對該堤段進行了開挖,開挖由挖掘機和人工完成,結果在堤肩內(nèi)側3.5m離堤頂75cm處發(fā)現(xiàn)一條橫向裂縫,裂縫延至堤下2m處,橫向長度1~2.5m,裂縫最寬3cm,說明計算公式的準確性是比較高的。2.3高密度電阻率法中段畢家坊橋西30~50m堤段南半部分,堤頂塌陷比較嚴重,在20m范圍內(nèi)有較明顯的塌陷,而且每年都繼續(xù)下沉,塌陷處已填了多層碎磚。鑒于以上隱患,采用高密度電阻率法,三極測探裝置,平行大堤軸向布線,對該堤段進行了探測,發(fā)現(xiàn)對應塌陷堤段上部視電阻率低,究其原因是因為松散體部位下沉,堤頂塌陷,路面破壞,積水下滲所致。雖然此堤段未進行開挖或鉆探驗證,但電測成果分析和大堤的情況還是相吻合的,證實了儀器定性分析的可靠性。3建立探測結果的機制(1)覆蓋式高密度電阻率探測系統(tǒng)“MIR-1C/MIS”在千里堤文安斷堤防隱患勘探中應用效果是非常顯著的。(2)根據(jù)千里堤文安斷勘探和隱患開挖結果證實,覆蓋式高密度電阻