高密度电阻率法在堤防隐患探测中的应用

汤博

摘 要：堤防工程是防洪体系的基础，是保证河道防洪减灾的关键，如果堤防工程存在安全隐患，会使堤防运行风险加大，也无法发挥其正常的效益。堤防工程在长期复杂的自然环境条件和人为因素影响下，有可能产生各种隐患，主要类型包括洞穴、空隙、软弱层、裂缝、渗漏以及修建于补强或抢险堵口时人为的薄弱环节，这些隐患严重影响堤防安全。堤防隐患的探测方法很多，结合本工程堤防的实际情况，采用高密度电阻率法对全线普查的异常位置进行详查。

关键词：高密度电阻率法;堤防工程;隐患探测

1工程概况

某河流地貌属于海相堆积区和冲积平原区，北高南低，地势低平开阔。工作区属大陆性季风气候，暖温带半干旱半湿润风带，四季的气候比较分明，春季气候干燥且东北风偏多，夏季湿度大气温高，汛期雨水比较集中，秋季天气高寒，冬季干冷降雪量低。年平均气温11.2℃，平均湿度68%，最低气温出现在1月份平均-8.4℃，最高气温出现在7月份平均26.4℃。冻土最大深度为0.57m。年平均降水量656mm，其中70%集中在6、7、8月份。

根据地质测绘及勘察资料，河堤区域的地层岩性主要为第四系素填土、黏性土、粉土，地质结构多为黏砂多层结构。按地层时代成因、岩性及其空间分布特征，将地层划分为6层。

根据第四系岩性电阻率参数，不同岩性之间存在着较明显的电阻率差异，粉质黏土电阻率值一般在0.1～8Ω·m之间，随着堤坝局部沙化或出现裂痕、空洞的变化，其电阻率值亦发生变化，尤其是出现空洞或裂痕电阻率会随之增高，所以大部分上述堤防隐患电性一般呈相对高电阻反应。所以，开展高密度电阻率法可以查找地下介质的电阻率差异，寻找“高阻”异常，作为隐患异常的重要物性标志。

2工作方法和原理

2.1工作原理。高密度电阻率法与常规电法的工作原理基本一样。都是基于岩土电学性质存在电阻差异的一种物探方法，根据外加电场作用下地下电流的传导分布规律，推断出存在不同电阻率的地下目标体的状况。高密度电阻率法的可行性前提是地下岩土体之间存在电性差异。它的供电电流I是通过A、B电极向地下传导的，然后测量M、N极间的电位差ΔV，可以得到该电测深点的视电阻率值ρs=K*ΔV/I。根据测量的视电阻率值进行反演计算，得到地下地層中的电阻率值剖面，从而进行判定地层中存在的异常和岩土分界等。

高密度电阻率法野外工作系统由电法仪器、多路电极转换器和电极组成。多路电极转换器的功能是控制各电极之间的A、B供电和M、N测量。电法仪器通功能则是向多路电极转换器发出工作指令，使相应电极供电并接收测量数据。测量的数据自动存入电法仪器中，并通过传输线和专用软件将原始数据发送到电脑里。电脑把原始数据通过处理软件转换成相应的数据格式，并用相应处理软件进行预处理，剔除明显的畸变点、地形校正等，最后绘制出视电阻率等值线图。

2.2工作方法。探测段河堤右堤堤顶宽度约8～10m，检测堤段桩号56+000～58+500，2.5km堤身结构基本一致，堤内无坡，建有堤上公路，堤外设有90m左右的河漫滩。堤顶的两侧堤肩各布设一条探测测线，采用高密度电阻率法完成这两条测线的详细探测。

本次野外工作投入使用的仪器为重庆地质仪器厂产DUK-2B高密度电法测量系统，一次性布置120根电极，温纳装置，最大隔离系数设为10，最小隔离系数设为1，供电时间0.5s，供电电压≥180V。

野外工作中，首先沿测量剖面按设计点位布置好电极，利用测量大线将所布电极与仪器相连接，而后加载工作电源。打开仪器电源开关后设置上述工作参数，设定好测线编号，并进行接地电阻检测，检测合格后启动自动测量采集，仪器可实时自动显示和记录电位差、电流、隔离系数、装置系数和视电阻率（ρs）值等数据。测量结束后以数据文件的形式存入测量仪器内。若因测量剖面较长，一个观测排列不能完全覆盖全部设计剖面的情况下，采用多排列边界交叠方式进行续段滚动测量方式。

3数据处理

为了获取地下真实地电信息，保证反演精度，需要对野外采集到的原始数据作进行以下处理：

3.1数据格式转换与拼接。首先，将仪器与微机通过串行口相连，对仪器所储存的野外观测记录数据文件利用专用传输软件传入微机，并将数据斜列顺序格式转换为用于数据处理与反演所需的按隔离系数水平排列的格式。对于同测线多排列观测文件，还需要同测线多排数据文件的拼接，使其同一测线的观测数据编入一个数据文件，以便数据处理和反演。

3.2突变点剔除。对于现场采集的原始数据，由于工业杂散电流干扰，电极接地条件差，人工脉冲、电极断路、极化补偿不稳定、人为操作失误等因素，会存在个别数据的“畸变点”，明显不符合真实的地下信息。 这些畸变点的数值或偏大或偏小，或与相邻点无法连续变化。因此，必须要剔除这些“畸变点”。

3.3曲线圆滑。为了突出整体异常，需要压制相应的高频干扰，对实测曲线进行低通滤波，也就是“圆滑”处理。

4成果解释

由于高密度电法探测里程较长，在此不能一一赘述，现只拿出一个存在典型异常的剖面来做具体成果解释。

测线57+300～57+540：在背水坡布设1条测线，长度240m。由剖面反演断面图可知，上部为厚度3m左右的中、高阻层，沿地表电阻率分布不均匀，电阻率值2～40Ω·m，推断为地表素填土土质及含水量不均的反映。在素填土的下部为电阻率值0.1～3Ω·m的中、低阻层，沿水平方向分布相对平稳，推断为粉质黏土的反映。桩号57+320～57+370、57+380～57+400，顶深11m左右出现椭圆形高阻异常，推断为土体松散的反映。

为了验证高密度电阻率法对堤防隐患的探测结果，选择明显异常位置进行钻孔取样，结合室内岩土试验，分析堤身地质结构特征，并与探测结果对照。每孔钻进深度20m，上部10米回次进尺控制在≤1.0m，下部10m回次进尺控制在≤2.0m。

根据57+390处钻探成果可知：孔深10.45m处标贯击数为4击的低值，到12.45m以下标贯击数为5～6击，含水率由29.8%变化为38.5%，孔隙比由0.829变化为1.032，判断孔深11m处为软塑的粉质黏土与粉土层的接触面。根据《岩土工程勘察规范GB 50021-2001》粉土的密实度划分，该处粉土孔隙比平均值为1.032，标准贯入击数平均值5击，呈稍密实状态。该处粉土渗透系数为9.40E-6cm/s，属微透水，其上部粉质黏土层，渗透系数为4.70E-7，两层之间渗透系数差异较大，根据《堤防工程地质勘察规范》（SL 188-2005）判定两层之间会出现接触冲刷渗透破坏，且粉土层存在管涌问题。

5结语

探测段河堤，经高密度电阻率法探测发现了11处地下土体较松散的隐患。探测的上部局部高阻异常多为土体含水量低及土体干燥、坚硬、含大量贝壳碎片等杂质的反映。

通过钻孔对高阻异常位置进行验证对比，说明利用高密度电阻率法来探查堤防隐患是切实有效的，可为开展类似调查做参考。

参考文献

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