张传波 张子渊

摘要：凡温度等于或低于o℃且含有固态水的土（石）体，称为冻土。在自然界这种状态保持时间超过3年时的土（石）称为多年冻土。冻土是造成各类建筑物基础变形损毁的一种病害地质体，在多年冻土区修筑工程构筑物面临冻涨和融沉两大危险，影响基础冻结力、桩端承载力和基础稳定性。如何查明其分布范围及状态成为在冻土地区勘察的第一步，高密度电法作为目前既先进又快捷的勘察方法，在理论上同样适用于冻土勘察。

关键词：冻土;高密度电法;冻土病害勘察

1高密度电法的原理

高密度电法集中了电剖面法和垂直电测深等普通直流电阻率方法的特点，可以对地下一定深度范围内的横向及纵向的电性变化进行探测。作为一种列阵式测量电阻率的方法，施工中，需要把几十至上百根电极按照一定的方法置于测点上，通过自动电测仪及程控电极转换开关实现对数据的快速测量，通过多装置数据采集及后期计算机数据处理，测量目标体的异常状态，进而分析目标体的构造。

相比常规的电阻率法，高密度电法独有的组合装置形式具有多样化的特点，并且可以大量采集信息，所得信息更加精准，提高了观测精准度。另外，采用该方法采集信息极为迅速，所测结果相对于常规电阻法也较为直观。

2高密度电法的施工方法

高密度电法的工作原理是通过测量观测目标的视电阻率，再通过反演处理得到拟地电断面，然后对测得的数据进行分析，进而推断所测区域地下地质结构。

在施工中，需要做好以下工作：（1）在生产前，进行装置选择的试验工作;（2）遵循高密度剖面避免布置在强干扰源、强磁场及金属干扰物分布的地域的原则;（3）测点布设完毕后，对接地电阻进行检查，对接地电阻较大的测点进行浇水处理，确保接地电阻小于2000Ω;（4）高密度测线方向角偏差小于5°;（5）对仪器工作状况及测点周围地形、地物、电缆线其他可能影响到资料解释的因素进行详细记录。

3高密度电法野外数据采集和资料解释

3.1野外数据采集

高密度系统常见的数据采集的模式有温纳装置（Wennerα、Wennerβ、Wennerγ）、单极—单极装置（Pole-Pole）、偶极—偶极装置（Dipole-Dipole）、温纳—斯伦贝格装置（Wenner-Sclumberger）。经过长期的野外实践和对比，用温纳装置的测试效果好，一般根据测试精度的要求可适当选择最小1m，最大10m的电极间距，采集层位可视勘测深度选择，120个电极最大扫描层位一般可以达到39层，如果测试剖面较长，可选择滚动测量模式，从而达到延长测试剖面的目的。温纳α装置野外采集测点位置示意如图1所示。

3.2内业资料解释

本次资料解释所用的软件是由瑞典的M.H.Loke博士设计的基于圆滑约束最小二乘法的RES2DINV二维反演计算机程序，软件版本为Res2dinvver.3.54u。采集完成后，用移动存储设备将采集数据导入到专用设备，首先对原始观测数据进行非值剔除修正，降低边界效应，然后对修正数据进行最小二乘法反演处理，得到厚度与电阻率的对应关系，最后输出视电阻率等值线剖面图。根据等值线剖面图在横向和纵向的电性差异，寻找独立的圈闭（高阻体或低阻体），大概圈定异常范围，然后结合已有的资料进行综合分析，最后布置钻孔验证。

4成果分析

4.1确定冻融界面

1）在表层比较潮湿的情况下，融化层一般表现为低阻，与冻土顶部高含冰量的高阻形成明显：在雨后进行的探测中此种表现更加明显。2）在融化层因温度周期性变化引起的冻结与融化过程的交替出现的冻融风化作用下，往往造成地面土（岩）层破碎松解，空隙加大，此状况则一般表现为相对高阻。同时，在与冻土顶部的接触带部位，由于冻土的阻水作用，往往形成相对低阻的冻土层上水，表现出明显的融冻界面。

4.2冻土层分布特征及范围

在冻土层中，电阻率随岩土体含冰量的多少而产生不同的变化。一般而言，电阻率随着岩土体中含水量的增加而减小，但在冻土层中，由于冰对导电通道的阻隔作用，电阻率随着岩土体中含冰量的增加而增大，变化范围可以从10Q·m到103Q·m。高密度电法层析成像剖面图像很明显地反映了冻土的这一物性特征。在局部受到冻土结构变化、小的断裂构造及河床等影响的图像中，其物性条件也会产生变化，冻土层分布的规律性减弱，出现因这些影响产生的电阻率不均匀的变化，冻土物性层位倾斜、起伏、不整合接触及融区垂向加深等。如冻胀丘、热融湖塘、冻土湿地等存在，高密度電法层析成像剖面图像会发生明显的、可以分辨的物性层位和电阻率的变化。

4.3冻土地层划分

在本次勘探的24m深度内，冻土层中的岩层基本处于强风化和全风化的状态，岩层的电阻率和物性差异远小于不同岩层含冰量的电阻率和物性差异。因此，不同岩性的岩层分布完全受冻结程度和含冰量多少的控制，高密度电法层析成像剖面图像中物性层位的划分均需结合岩层含冰量的不同状态，以及钻孔旁典型剖面获取的岩层参数作为解释的依据。如图2所示，各地层电阻率差异较小，参考钻孔揭示的岩层含冰量的区别来划分地层。

4.4冻土层上水的分布特征及影响范围

由于本段输电线路分布在多年冻土地区，3—6—9.12-18-21.24基本不存在大的断裂构造、地下上升温泉等的影响，高密度电法层析成像剖面图像中基本无明显冻土层中水或未冻水的反映。地下水只在融化层内变化，以融化层内由地表水补给的上层潜水和因多年冻土的阻水作用形成的冻土层上水的形式存在，属冻土层上水。热融湖塘埋藏条件和水量的大小受冻土层上限控制，随季节的变化而变化，且水位不稳定，相态不固定，含水层的分布受地形变化控制，不能形成统一的含水层。基于以上原因，在多年冻土地区地下冰融化后形成的洼地或湖塘称为热融湖塘，其在输电线路沿线分布很广，主要分布在楚玛尔河高平原、可可西里山区、通天河盆地。

5结论

由于融土和冻土之间存在明显的电性差异，通过高密度电法与现场调查、钻探等勘察手段的结合，可以对多年冻土进行快速勘察。高密度电法在冻土勘察中能明显地区分冻融界面、冻土地层及冻土层分界面，对冻土层上水的分布特征和影响范围勘察效果更好。

参考文献：

[1]王漠.高密度电法在水库坝址区勘察中的应用[J].低碳世界，2016（27）：135-136.

（作者单位：辽宁省建筑设计研究院岩土工程有限责任公司）