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基于高密度电法的城市道路地基勘探研究

2022-09-01白桂洲

中国科学探险 2022年5期
关键词:粉质电阻率剖面

白桂洲,吴 华,王 澳

西藏大学

1 研究区概况

研究区域属亚热带湿润季风气候区,具有气候温和、四季分明、冬无严寒、夏无酷暑、湿度大、日照少、无雾期长等特点。年均温19.3°,多年平均降雨量 920.5 mm,降雨量时空分布不均,主要集中在6 月到9 月,占全年降雨量的62.1%,12 月到2 月降雨量仅占全年的2.3%。由于研究区域毗邻湖泊,线路周边地表水较发育,勘察期间于地势低洼或排水不畅地段可见水体,主要以大气降水和三岔湖蓄水补给,以地表径流、大气蒸发等方式排泄,地表水随季节变化较小,水位相对稳定。范围内无河流、湖泊分布,项目区地表有一处小鱼塘。地表水文概况简单。在大地构造上,项目位置位于龙泉山褶皱带东侧,扬子准地台四川台坳西部,威远旋钮式辐射状隆起构造的北部边缘地带,第四纪以来区域地壳运动较微弱,区内地质构造稳定性较好。该区域属亚热带湿润季风气候。拟建道路场地原为农田及山地,道路沿线地形起伏变化不大,场地地势总体上是西高东低,地貌为浅丘地貌。

2 野外数据采集

2.1 仪器设备

本次野外数据采集使用重庆地质仪器厂生产的DUK-2A 高密度电法测量系统,测量视电阻率参数。激电测深采用DUK-2A 高密度电法测量系统主机。

2.2 野外工作方法

物探剖面位置由设计要求确定,其长度根据勘察需要进行布置,共布置剖面1 条,物探测线现场布置严格按照设计要求进行,采用RTK 放样,测量人员现场定位剖面端点和电极接地点,本次工作采用温纳装置,其布线方式如下:

它的电极排列规律是(对于60 道):A,M,N,B(其中A、B 是供电电极,M、N 是测量电极),AM=MN=NB为一个电极间距,随着间隔系数n 由n(MAX)逐渐减小到n(MIN),四个电极之间的间距也均匀拉开[2]。该装置适用于固定断面扫描测量,其特点是测量断面为倒梯形,电极排列如下:

设电极总数60,n(MIN)=1,n(MAX)=16,每步电极转换的规律如下所述:

第一步: A=1#,M=17#,N=33#,B=49#;

第二步: A=1#,M=16#,N=32#,B=48#;

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第十六步: A=1#,M=2#,N=3#,B=4#;

如果收敛标志为0,则A=60-3*16=12,M=A+16,N=M+16,B=N+16 即可完成,测得一个平形四边形即B=49 时(方便长剖面的连接);如果收敛标志为1,则A 最大等于60-3,M=58,N=58,B=60 时才完成。

图1 高密度电法温纳装置电极排列示意图

3 数据处理和成果解释

3.1 数据处理

高密度数据经DUK-2A 高密度电法测量系统采集导出后转换成瑞典软件(RES2DINV)格式(*.dat),经软件采用最小二乘法二维反演后转换为SUFFER 文件格式;在SUFFER 软件里面生成等值线图,等值线用克吕格网格化、滤波处理采用高斯低通滤波,同时对曲线进行样条平滑处理,然后输出CAD 格式(*.dxf)文件,最后在CAD 里面进行矢量图编辑。

高密度电阻率法野外采集的数据经过反演计算,转换为深度—电阻率的关系,以获得地下地电断面的特征。反演处理主要包括:根据地质调查资料建立初始的二维地电模型、选择反演参数(阻尼系数、迭代次数、收敛极限)等,然后采用最小二乘法,查看反演结果,最后进行地形校正,获得最终的地下地电断面,用于地质解释。

3.2 成果解释

3.2.1 ①号道路

①号道路为北东向展布;其中k0+180 段主要为道路地表为果园,地势平坦,地表主要为人工填土、粉质粘土,厚度5.5 ~9.0 m;下伏基岩为侏罗系上统蓬莱镇组砂岩(J3p) 砂岩、泥岩;k0+180-300 段道路地表为果园、荒地,但地势起伏稍大,地形最大高差约18m,地表主要为素填土、粉质粘土,厚度0.5 ~9.0 m;下伏基岩为侏罗系上统蓬莱镇组砂岩(J3p) 泥岩。剖面全长300 m。解释成果见附图所示:

图2 ①号道路测线电阻率反演成果图

根据等视电阻率断面图,推断了素填土、粉粘土与强风化砂岩三个主要的地层岩性分界面;三个层位变化较连续,在整条剖面上均有显示,未见缺失,表明地层稳定性较好。地表素填土厚度沿地形起伏变化,推断其厚度在2 m 内变化,视电阻率等值线主要呈不均匀分布的团状、块状高低阻体特征,主要与人工活动有一定关系。粉质粘土位于地表素填土下,厚度在2 ~4 m 内变化,视电阻率数值集中在20 Ω·m 内,在里程k0+180 m 内,该层位变化较连续;在k0+180 ~300 m 范围内,受地形变化影响,其电阻率等值线表现为团块状分布特征;强风化砂岩埋深在4 m 以下,层位连续,厚度较大,电阻率数值大于20 Ω·m,地层稳定性较好。另外,从断面图上看,没有明显的破碎带异常,推测此段落破碎带不发育。

3.2.2 ②号道路

②号道路为北西向展布,地表地貌主要为农田与荒地,地形变化较小;地表主要为人工填土、粉质粘土;下伏基岩为侏罗系上统蓬莱镇组砂岩(J3p)砂岩、泥岩。剖面全长约500 m,解释成果见附图所示:

图3 ②号道路测线电阻率反演成果图

根据等视电阻率断面图,推断了粉质粘土与强风化砂岩界面;粉质粘土只在剖面k0+150-540 段,厚度在0 ~10 m 内变化,整体电阻率数值较低,变化较连续;强风化砂岩在k0+50-150 段地表出露,该段第四系厚度较薄;在②号剖面,电阻率等值线断面图推断存在两处低阻破碎带;破碎带F1 埋深北深南浅,范围集中在k0+130-250 范围内,电阻率数值集中在20 Ω·m 内变化;破碎带F2 集中在k0+250-440 范围内,倾向与F1破碎带基本一致,但其深部延展较深,本次探测为探测其底界面,数值集中在20 Ω·m 内,其深部电阻率小于10 Ω·m,推测其可能破碎含水。

3.2.3 ③号道路

③号剖面全长360 m,地形起伏变化较小,地势较平坦,地表主要为人工填土、粉质粘土;下伏基岩为侏罗系上统蓬莱镇组砂岩(J3p)砂岩、泥岩;地层结构类似于15 号道路,解释成果见附图所示:

图4 ③号道路测线电阻率反演成果图

③号剖面推测素填土沿剖面连续变化,厚度集中在2 ~3 m 内,视电阻率等值线主要呈不均匀分布的团状、块状中低阻体特征,主要与人工活动有一定关系。粉质粘土受下覆不均匀分布强风化层砂岩影响,地层变化呈较明显“W”形态特征,电阻率数值在20 Ω·m 内,厚度变化不一;其中横向里程k0+0-60 与k0+290-310范围内,存在两个数值较低的团状低阻体,推断为含水体或软弱体的表现。强风化砂岩埋深在4 m 以下,层位连续,厚度较大,电阻率数值大于20 Ω·m,地层稳定性较好。在横向里程k0+150-210 之间,电阻率等值线存在较明显错动,不连续,电阻率数值较低,深部延展较大,推断为主要的破碎带范围,其深部电阻率数值小于10 Ω·m,推测其含水。

4 结论与建议

4.1 结论

根据本次高密度电法勘探结果,根据电阻率成果剖面图划分了三条道路地层,①号道路基岩稳定性较好;②号道路地层有两处低阻带,推测为破碎带。③号道路地层有一处低阻带,推测为破碎带。

4.2 建议

①号道路沿线部分段落地表分布素填土、杂填土及少量软塑状高压缩性粉质黏土等不良土体,不宜直接作为路基及结构物持力层,建议进行挖除,局部路段不良土体较厚时,可进行换填处理,分层夯实;或考虑地基加固处理,如碎石桩或水泥搅拌桩等处理。②号道路和③号道路受破碎带影响,区内土层不均,基岩风化作用强烈,有路基沉降风险,要加强路基稳定性。破碎带可能破碎含水,注意排水,避免路基破环。

本文对于地层的划分是基于测量的视电阻率结果,视电阻率是多种岩土的综合值,并非是单一对应的某种岩土,所划分地层岩性具有多解性,后续使用时应结合地质资料进行分析。

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