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1 引言
全球巖溶地區的面積約占陸地面積的12%,大部分分布在資源豐富、人口稠密的地區。在中國,若按碳酸鹽巖的分布面積,可達到346萬平方公里,而按碳酸鹽巖出露面積計,有90萬平方公里;其中,西南部云、貴、桂的主體,加上川、鄂、湘部分地區的巖溶高原占50萬平方公里,北方山西及鄰近省區占40萬平方公里。
“開發西部,公路先行”,公路建設在西部開發中占有舉足輕重的地位。我國西部地區地形地質情況復雜,溶洞等地質病害眾多,在灰巖等可溶巖地區,地下溶洞通常較為發育。在此地區修建橋梁,其樁底是否存在溶洞、溶洞規模、洞內充填情況、以及樁基與溶洞所處位置關系等,均嚴重影響橋梁樁基的安全性能,也是公路建設者極為關心的問題。因此,為消除工程的安全隱患,需要在成樁前對樁底溶洞的發育情況進行探測,而目前對此類問題尚缺乏行之有效的解決方法。雖然一些科技工程者在此方面進行了一些探索,提出了地質雷達、高密度電法儀及瞬變電磁儀等探測方法,也在不同的工程中進行了實際應用,但效果均不理想。因此,有必要在此方面開展深入的研究工作。
如何解決巖溶對公路工程的影響及公路工程誘發的地質災害問題、如何有效防治自然災害、如何避免不良環境效應,是西部公路建設中遇到的最挑戰性問題之一。它對于西部地區國民經濟的發展具有十分重要的意義。
2 方法原理
2. 1 基本原理。井地電法勘探是將一些電極放在地表,一些電極放到鉆好的井中,由于溶洞充填物與圍巖電阻率差異特征,溶洞充填物以軟塑黏性土或淤泥質土為主,電阻率較低(<100,0,·m),溶洞充填潛水電阻率低(<1001%·m),裂隙發育灰巖由于裂隙水充填電阻率高(<50OQ·m),微風化或未風化灰巖電阻率極高(>2000gl·m)E23,有較大的電阻率差異,根據地下各種物質電阻率的不同而造成地面的電場和電勢的變化來探測地下地質構造。通過對這些數據的計算來反應出地下的地質構造。由于數個電極被放入井底,離可能的溶洞很近,因此就比較容易探測到溶洞。我們在井中的電極可能與溶洞僅幾米遠,所以這些溶洞應該較容易的用此法被探測到。另外由于把數個電極放入井中,我們可以很清楚的定位基巖面的深度和起伏狀況。
2.2 數據處理。正演和反演已成為地球物理數據處理一種必不可少的技術。已知電阻率空間分布求電場分布的過程稱正演,反之已知電場分布求地下電阻率分布的過程則稱為反演;反演技術在地球物理勘探中,發揮著越來越重要的作用,其結果可以直接反映地下介質問物理特性(電阻率)差異。一般情況下,在實際運用中我們收集到了電勢和電場的數據,我們就可以大致通過括數據檢查、數據預處理、網格剖分、正演、反演、反演結果成圖和地質成果解譯。
2.3 井地電法的優缺點。電法技術探測溶洞是根據基巖與溶洞電阻率的差異來實現的。只要基巖與溶洞及溶洞中的填充物有電阻率上的差異,我們就可能用電法技術探測到這種電阻率的差異從而間接探測溶洞位置及大小。這與所有的其他地球物理方法一樣是間接探測,而不象鉆探是直接探測。但電法技術可探測的范圍卻遠遠大于鉆探方法。
井地電法勘探的優勢在于它能很好的反映出井周圍的地質狀況,這是地面電法勘探無法完成的。對于解決樁下深層巖探測問題,地面電法一般效果不好,因為電極距溶洞太遠。所以我們采用井地的測量方法,由于數個電極被放入井底,離可能的溶洞很近,因此就比較容易探測到溶洞。此方法的另一個優點,樁基中有地下水,或者施工采用的沖孔樁而有水時,這樣能更好導電,從而使電極的導電性更好,采集的數據質量會更好。所以反而會使得結果更為準確。 此方法相比于其他電法效率更高,采集的數據更多大大提高了反演的精度。從而使得施工成本更低,施工效率更高。
相比其他方法此方法也有明顯的缺點,主要是因為數據處理的復雜性導致后期處理效率較低。目前我國還沒有成熟的軟件來來處理所以此方法在我國還沒有取得廣泛的運用。
3 結束語
隨著工程建設和物探技術的不斷發展,我國作為一個公路橋梁的建設大國,應在發展其他地球物探技術的同時,研究其他的適用于巖溶地區樁底溶洞(包括其它地質病害)勘察的綜合地球物理方法,使我國公路修筑工程中的巖溶探測與處理技術達到國際先進水平,推動我國在這一領域的整體水平的提高。
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