岩溶塌陷区几种地球物理方法的综合勘察试验研究

西南公路 2 较深 对边坡起到类似锚杆的加筋作用 但正由于 完整性 防止土体强度的衰减 其根系发达 经常会发生边坡土壤开裂现象 导致 雨水下渗 破坏边坡稳定现象 相对草本植物 灌 3 支挡加固措施 由于膨胀土破坏时应力 木对土壤的蒸腾作用也要大得多 因此 在不少地主要集中在坡脚 必须增加相应的支挡加固措施 方 一般不允许膨胀土边坡采用种植灌木 但亦有防止土体的滑塌破坏 资料表示膨胀土边坡采用紫穗槐防护较好的情况 对路堑边坡防护 按照种类不同 基本可以分 由于案例较少 尚无法表明灌木对膨胀土边坡的综为三大类 植物防护 圬工防护 圬工植物相结合 合作用 灌木类植物对膨胀土边坡的防护效果 是的骨架类防护 早期应用较多的是圬工防护 随着 下一步值得研究的一个课题 景观和环保要求的提高 植物防护和骨架防护也越 来越被重视 具体如下 4 3 骨架防护 对长大边坡 骨架植物结合防护是个很好的选4 1 圬工防护 择 一方面 骨架可以起到导流槽作用 将雨水排圬工防护主要分浆砌片石护坡和预制混凝土块 走 另一方面 植物成长起来后 可以有效改善边护坡 用圬工将边坡全部包起来 隔绝外界的雨水 坡的景观效应 因此 骨架植物防护是圬工防护与和风化 同时对膨胀土土壤进行有效的保湿 由于 植物防护过渡结合的一种优良防护办法 应进行大此两类施工简单 效果较好 养护也简单 因此 力推广 得到广泛的应用 但在边坡较高 较长时 景观效 应较差 而且在边坡较高大时 容易产生开裂或变形4 4 客土喷播 病害 在高等级公路或景观要求高的公路中 目前使除以上三种外 近几年 还有客土喷播 喷混植 用已经逐渐减少 但由于此类防护较成熟 长远性草等防护手段也在路堑边坡得到了广泛的应用 综合 好 且养护也简单 在不少工程中仍较广泛采用 看这两种属于植物防护的改良方法 造价较高 施工 在早期工程中 喷浆 喷射混凝土等圬工处理复杂 由于其自身带有一定厚度客土 植物后期生长 办法也曾广泛使用 但是 由于此类防护景观效果一般较好 基本可以免于维护 但这两类防护对降雨 很差 目前在规范中 已经明确禁止用于高等级公量要求较高 在降雨量偏少的地区不适合使用 路或谨慎采用 因此 近年来 此类圬工防护已经4 5 柔性防护 很少使用 由于对景观要求越来越高 边坡如设置挡土 4 2 植物防护墙 抗滑桩等结构 会较大破坏环境的景观效应 经过设计新理念的大力提倡 边坡的植物防护近年来 边坡的柔性防护也开始在个别工程中进行 使用比例越来越大 植物防护基本分为草本防护和试用 工程中对边坡进行超挖后用粘土结合土工材 木本防护两种 目前木本防护基本都是采用灌木 料回填 对原有边坡形成一个包边状态 并在粘土 规范中明确了哪些情况下应采用植物防护或植与膨胀土层之间设置碎石排水缓冲层 此类防护景 物圬工结合防护 除明确表示不应采用阔叶树种观效果好 但需要明确膨胀土下无不利夹层 超挖 外 未对植物的种类进一步明说 施工中 由于边土方大 由于目前此类防护仅在个别工程中使用 坡都是新开挖的地下新土 很难提供植物生长的土综合效果如何 尚需进一步观察确定 壤环境 养护中简单的撒肥 喷水一般只能起到短4 6 支挡防护 暂的作用 很多工地边坡植物都出现了 一年青 对中 强膨胀土及边坡较高的弱膨胀土 其边 两年黄 三年死 等情况 一旦植物死亡 边坡失坡的变形仅靠坡面防护无法做到符合路基规范的变 去了保护层 很容易发生病害 形要求 因此 对其设置支挡作用的结构物是必须 草本植物由于根系不发达 一般只能在表层扎的 对此类防护 工程中基本都需要针对边坡的具 根 主要对边坡表层起到减小地表径流 防止风吹体情况由计算确定支挡形式 经过多年工程经验表 日晒等破坏作用 这就要求边坡本身必须是稳定明 支挡作用在中 强膨胀土及边坡较高的弱膨胀 的 包括表层 灌木一般根系比较发达 可以扎根土中是不可少的 效果也很 下转第121页 防止大气的风化作用破坏 确保土体的 0 引 言1 地质概况 岩溶是水对可溶性岩石进行以化学溶蚀作用为研究区属于华南中地块内的沉积平原 如图1所 1 2 示 西部为北东走向的吴川 四会断裂带 F 主 物理侵蚀为辅所产生的地质现象的统称 它 2a b 3 4 东南部为北东走向的恩平 新丰断裂带 F 东是路桥施工中极为常见的地质灾害 直接关系到 2c 工程质量和生产安全 因此 引起了工程地质界的北部为北西走向的西江断裂带 F 中段穿过近 3 5 7 广泛关注和重视 虽然钻探是查明岩溶最直接 东西走向的高要 惠来断裂带 F 该地区经历了 1 最准确的手段 但其成本高且存在 一孔之见 的多期次的构造运动改造 其构造作用以早古生代的 视野局限性 近年来的诸多勘查实践表明 地球物加里东地槽褶皱作用和中 新生代的陆缘活化造山作 1 3 8 9 用最为典型 理方法逐渐成为了岩溶勘查的重要手段 但某 种单一的地球物理方法在实际中或多或少都会存在 一定的缺陷 基于各种地球物理方法自身或多或少 10 11 的缺陷 或不足 准确查明岩溶的分布就势必 9 12 要求多种地球物理方法综合勘查以互补优势 鉴 于此 本研究以华南地区某塌陷区的隐伏岩溶为对 象 开展了高密度电法 全方位电法 浅层地震纵波 反射法 跨孔弹性波CT的勘查实验 并借助钻探 连通实验及孔内电视等手段进行验证 旨在探究一套 研究区属于华南地区典型的三角洲盆地 地层针对塌陷区岩溶的综合勘查方法 岩溶塌陷区几种地球物理方法的综合勘察试验研究 李红中 张修杰 广东省交通规划设计研究院股份有限公司 广东广州 510507 摘 要 岩溶是路桥建设中常见的地质灾害 通过针对某塌陷区开展了多手段互补的综合岩溶勘察实 验 研究结果表明 高密度电法可较好的揭示岩溶的水平分布特征 而全方位电法和跨孔弹性波扫描CT可以 揭示岩溶的垂直分布特征 多种手段相互耦合是查明岩溶的有效手段 高密度电法测试结果中 较高背景值 围岩中呈条带状的低值反映了构造破碎带 而空间分布上较为孤立且连通性不强的低值反映了溶洞或溶蚀裂 隙集中发育区域 全方位电法中的等值线低阻异常往往与土洞 溶洞 溶蚀裂隙等岩溶关系密切 等值线 s 较大范围的低阻异常一般与基岩裂隙 裂隙中充填含铁质物或蜂窝状溶蚀等有关 地震纵波反射法不适合研 究区岩溶的探测 关键词 地球物理 岩溶 综合勘察 电法 跨孔CT 中图分类号 P631 文献标识码 A 收稿日期 2015 07 20 作者简介 李红中 1982 男 四川双流人 博士研究生 工程师 主要从事地质及相关道路交通工程的研究及生产管理工作 图1 研究区的区域地质略图 2015年第4期西南公路 F2bF2b F2aF2a F2aF2a F2cF2c F3F3 第四纪 奥陶纪 古近纪 寒武纪 白垩纪 燕山期花岗石 三叠纪 河流 石炭纪 断层 泥盆纪 高速公路 116117 西南公路 较为简单 地表完全为第四系松散沉积物所覆盖 1 高密度电法的主要性能指标参考 电阻 这些沉积物基本都为地表水流冲或洪积而成的耕植率测深法技术规程 DZ T0072 93 及本次勘探 土 粉质粘土 粉细砂夹淤泥质粉质粘土和卵 砾的要求 原始数据采集后进行复核 解编采用重庆 石 塌陷部位揭露的下伏地层为石炭系石凳子组灰地质仪器厂随仪器配套的电法数据处理与转换程 岩 该灰岩为灰色 灰黑色厚层状灰岩和白云质灰 序 反演则采用SURFER软件结合电阻率层析成象 岩 该组灰岩的岩溶较为发育 它构成了区域内导 CRT软件 致塌陷的主要地层 2 纵波反射法使用了美国Geometrics公司 研究区内断裂构造较为发育 实地考察结果表 生产的StratView R24型地震仪及重庆地质仪器厂生 明 对塌陷区影响较大的断裂构造以近EW和NE向 产的CDJ Z100型检波器 纵波反射法采用人工锤击 的两组规模较大 此外 也有少量NW向断裂 震源激发 锤击开关触发 6次覆盖观测系统 与塌陷区关系较密切的褶皱属于开阔型短轴背 3 跨孔弹性波CT 根据高密度电法及浅层 斜 褶皱的轴面近直立 轴线近EW走向 枢纽舒 地震纵波反射法成果 本研究结合地质钻孔对基岩 缓波状弯曲 翼部为老虎头组上部和春湾组砂岩夹 可能存在的地下岩溶管道进行探测以了解岩溶塌陷 板岩 褶皱北翼地层倾向NNW NNE 倾角38 区塌陷物质的去向 该工作共布置桩基墩位CT孔 53 南翼地层倾向SSW SSE 倾角32 71 9孔 18条测线 4 钻探 孔内全方位电法探测和孔内摄 2 仪器及实验条件 像 全方位电法采用重庆地质仪器厂生产的DUK 本研究以华南地区某跨江高速的临江地区的塌 2A型电法测量系统和铁道部西安分院生产的GDT高 陷为对象 开展了多种地球物理方法的勘察及验证 分辨地质探测仪 该仪器以三极装置为主并辅以偶 工作 如图2所示 本研究所使用的勘察仪器及实 极装置 验条件见表1 3 探查结果 3 1 高密度电法 研究表明 电阻率断面图 如图3所示 上部 冷色调区域 为低阻 下部 暖色调区域 一般 为高阻 根据区内地质特点 上部低阻层为土层及 含水砂卵砾石层等的反映 高阻层为中 微风化岩 的反映 而高 低阻异常分界线大致反映基岩起 伏 在无岩溶发育 无破碎带发育等的正常区段 在等值线断面图垂向上上部较低而下部较高 且 在横向是渐变的 测区内异常主要为低阻异常 高密度电法解译结果显示 研究区内低阻异常 包括 异常发育带 和 异常发育区 异常发 育带 表现为 在等值线断面图垂向上表现为上部 s s 较低而下部亦低 在背景值较高 暖色调区域 的全方位电法测试 如图2所示 研究表明 全方位 围岩中呈现为条带状的低值 冷色调 推测为构电法中 的等值线低阻异常往往与岩溶 包括土 造破碎带 异常发育区 多表现为低值椭圆状的洞 溶洞 溶蚀裂隙等 关系密切 而等值线较大 闭合圈或下凹呈漏斗状 它们在空间分布上较为孤范围的低阻异常则一般与基岩裂隙 裂隙中充填含 立且连通性不强 推测为溶洞 溶蚀裂隙集中发育铁质物或蜂窝状溶蚀等有关 研究结果表明 区域 CTZK8钻孔偏南6m 深48处存在类似小型溶洞 基于上述特征 本研究在平面上划分出了呈 的低阻异常 该区域内的岩溶在平面上呈NW向及 NE向和NW向展布的两组带状异常区 如图4 图 NE向展布 如图5所示 验证结果极好的证实了高 5所示 研究区内圈定了潜在的大规模异常带共计 密度电法测试结果的可靠性 7个 其中走向NE向的主要异常带有3个 NW 向 3 3 地震反射法 的异常带有4个 图6和图7分别为测线X16和X20的时间剖面成 果图 从时间剖面图上看 强反射波组很平直 不 符合灰岩地区岩面强烈起伏的特点 结合地质钻探 资料分析 判定强反射波组为卵石层的反映 根据 钻探资料 卵石层厚度较大 由于卵石层密度较大 且速度较高 是个强反射界面 对其下部岩土层有 强烈屏蔽作用 因此 纵波反射法对岩面的判断以 及断层和岩溶的解释在本场地内部分区段基本是不 适宜的方法 3 4 跨孔弹性波扫描CT 研究结果表明 研究区内的岩溶具层状分带特 征 关于跨孔弹性波扫描CT的实验结果显示 塌陷 坑附近的钻孔CTZK3和CTZK4之间存在一处标高 为 38 00 43 00m段 的 溶 洞 如 图 8所 示 在 CTZK7和CTZK8之间 如图9所示 标高为 34 00 40 00m段存在一处呈向上开口的漏斗状溶洞 3 2 全方位电法 42 00 42 90m段存在一处小规模溶洞 45 00 为了验证高密度电法成果 本研究选择了异常 53 00m段存在一段横向展布的宽度约20 30m的溶 区范围内的钻孔CTZK7 CTZK8和CTZK9开展了 洞群 s m 图2 研究区高密度电法测试范围及其它测试点位 试验方法仪器型号主要技术指标参数 高密度电法 DUK 2A型电法测量系统 电 极 距 a 5m 最 小 隔 离 系 数 为 n 5 最大隔离系数n 29 供电时 间0 5s 接地电阻10mv 测试过程采用5m测点间 距 纵向测线为平行布置的8条纵向 测线 横向测线按50m间距布置 纵波反射法 Strat View R24型地震仪 CDJ Z100型检波器 系统的炮间距4m道间距2m24道 单边接收 偏移距离20m 36m CDP间距1m 6次覆盖 布置测线长 约2km 滤波通带介于70 150Hz之 间 测试中采用叠加速度1250 1350m s 全方位电法 DUK 2A型电法测量系统 GDT高分辨地质探测仪 铜极距a 3m供电时间0 5s接地 电阻10mv 表1 主要地球物理方法的仪器及相关技术指标 图3 电阻率断面及地质解释 图4 高密度电法的测试结果等值线图 图5 孔内全方位电法解译平面示意图 图6 X16纵波反射时间剖面图 图7 X20纵波反射时间剖面图 李红中 张修杰 岩溶塌陷区几种地球物理方法的综合勘察试验研究 CTZK9CTZK9 CTZK8CTZK8 CTZK7CTZK7 CTZK6CTZK6 CTZK5CTZK5 CTZK4CTZK4 CTZK3CTZK3 CTZK2CTZK2 CTZK1CTZK1 沉陷区沉陷区 公路轴线公路轴线 裂缝区裂缝区 公路范围公路范围 水塘干涸区水塘干涸区钻孔及CT测试钻孔及CT测试 沉陷区 公路轴线 裂缝区 公路范围 水塘干涸区 全方位异常区 高密度电法异常区 118119 西南公路 较为简单 地表完全为第四系松散沉积物所覆盖 1 高密度电法的主要性能指标参考 电阻 这些沉积物基本都为地表水流冲或洪积而成的耕植率测深法技术规程 DZ T0072 93 及本次勘探 土 粉质粘土 粉细砂夹淤泥质粉质粘土和卵 砾的要求 原始数据采集后进行复核 解编采用重庆 石 塌陷部位揭露的下伏地层为石炭系石凳子组灰地质仪器厂随仪器配套的电法数据处理与转换程 岩 该灰岩为灰色 灰黑色厚层状灰岩和白云质灰 序 反演则采用SURFER软件结合电阻率层析成象 岩 该组灰岩的岩溶较为发育 它构成了区域内导 CRT软件 致塌陷的主要地层 2 纵波反射法使用了美国Geometrics公司 研究区内断裂构造较为发育 实地考察结果表 生产的StratView R24型地震仪及重庆地质仪器厂生 明 对塌陷区影响较大的断裂构造以近EW和NE向 产的CDJ Z100型检波器 纵波反射法采用人工锤击 的两组规模较大 此外 也有少量NW向断裂 震源激发 锤击开关触发 6次覆盖观测系统 与塌陷区关系较密切的褶皱属于开阔型短轴背 3 跨孔弹性波CT 根据高密度电法及浅层 斜 褶皱的轴面近直立 轴线近EW走向 枢纽舒 地震纵波反射法成果 本研究结合地质钻孔对基岩 缓波状弯曲 翼部为老虎头组上部和春湾组砂岩夹 可能存在的地下岩溶管道进行探测以了解岩溶塌陷 板岩 褶皱北翼地层倾向NNW NNE 倾角38 区塌陷物质的去向 该工作共布置桩基墩位CT孔 53 南翼地层倾向SSW SSE 倾角32 71 9孔 18条测线 4 钻探 孔内全方位电法探测和孔内摄 2 仪器及实验条件 像 全方位电法采用重庆地质仪器厂生产的DUK 本研究以华南地区某跨江高速的临江地区的塌 2A型电法测量系统和铁道部西安分院生产的GDT高 陷为对象 开展了多种地球物理方法的勘察及验证 分辨地质探测仪 该仪器以三极装置为主并辅以偶 工作 如图2所示 本研究所使用的勘察仪器及实 极装置 验条件见表1 3 探查结果 3 1 高密度电法 研究表明 电阻率断面图 如图3所示 上部 冷色调区域 为低阻 下部 暖色调区域 一般 为高阻 根据区内地质特点 上部低阻层为土层及 含水砂卵砾石层等的反映 高阻层为中 微风化岩 的反映 而高 低阻异常分界线大致反映基岩起 伏 在无岩溶发育 无破碎带发育等的正常区段 在等值线断面图垂向上上部较低而下部较高 且 在横向是渐变的 测区内异常主要为低阻异常 高密度电法解译结果显示 研究区内低阻异常 包括 异常发育带 和 异常发育区 异常发 育带 表现为 在等值线断面图垂向上表现为上部 s s 较低而下部亦低 在背景值较高 暖色调区域 的全方位电法测试 如图2所示 研究表明 全方位 围岩中呈现为条带状的低值 冷色调 推测为构电法中 的等值线低阻异常往往与岩溶 包括土 造破碎带 异常发育区 多表现为低值椭圆状的洞 溶洞 溶蚀裂隙等 关系密切 而等值线较大 闭合圈或下凹呈漏斗状 它们在空间分布上较为孤范围的低阻异常则一般与基岩裂隙 裂隙中充填含 立且连通性不强 推测为溶洞 溶蚀裂隙集中发育铁质物或蜂窝状溶蚀等有关 研究结果表明 区域 CTZK8钻孔偏南6m 深48处存在类似小型溶洞 基于上述特征 本研究在平面上划分出了呈 的低阻异常 该区域内的岩溶在平面上呈NW向及 NE向和NW向展布的两组带状异常区 如图4 图 NE向展布 如图5所示 验证结果极好的证实了高 5所示 研究区内圈定了潜在的大规模异常带共计 密度电法测试结果的可靠性 7个 其中走向NE向的主要异常带有3个 NW 向 3 3 地震反射法 的异常带有4个 图6和图7分别为测线X16和X20的时间剖面成 果图 从时间剖面图上看 强反射波组很平直 不 符合灰岩地区岩面强烈起伏的特点 结合地质钻探 资料分析 判定强反射波组为卵石层的反映 根据 钻探资料 卵石层厚度较大 由于卵石层密度较大 且速度较高 是个强反射界面 对其下部岩土层有 强烈屏蔽作用 因此 纵波反射法对岩面的判断以 及断层和岩溶的解释在本场地内部分区段基本是不 适宜的方法 3 4 跨孔弹性波扫描CT 研究结果表明 研究区内的岩溶具层状分带特 征 关于跨孔弹性波扫描CT的实验结果显示 塌陷 坑附近的钻孔CTZK3和CTZK4之间存在一处标高 为 38 00 43 00m段 的 溶 洞 如 图 8所 示 在 CTZK7和CTZK8之间 如图9所示 标高为 34 00 40 00m段存在一处呈向上开口的漏斗状溶洞 3 2 全方位电法 42 00 42 90m段存在一处小规模溶洞 45 00 为了验证高密度电法成果 本研究选择了异常 53 00m段存在一段横向展布的宽度约20 30m的溶 区范围内的钻孔CTZK7 CTZK8和CTZK9开展了 洞群 s m 图2 研究区高密度电法测试范围及其它测试点位 试验方法仪器型号主要技术指标参数 高密度电法 DUK 2A型电法测量系统 电 极 距 a 5m 最 小 隔 离 系 数 为 n 5 最大隔离系数n 29 供电时 间0 5s 接地电阻10mv 测试过程采用5m测点间 距 纵向测线为平行布置的8条纵向 测线 横向测线按50m间距布置 纵波反射法 Strat View R24型地震仪 CDJ Z100型检波器 系统的炮间距4m道间距2m24道 单边接收 偏移距离20m 36m CDP间距1m 6次覆盖 布置测线长 约2km 滤波通带介于70 150Hz之 间 测试中采用叠加速度1250 1350m s 全方位电法 DUK 2A型电法测量系统 GDT高分辨地质探测仪 铜极距a 3m供电时间0 5s接地 电阻10mv 表1 主要地球物理方法的仪器及相关技术指标 图3 电阻率断面及地质解释 图4 高密度电法的测试结果等值线图 图5 孔内全方位电法解译平面示意图 图6 X16纵波反射时间剖面图 图7 X20纵波反射时间剖面图 李红中 张修杰 岩溶塌陷区几种地球物理方法的综合勘察试验研究 CTZK9CTZK9 CTZK8CTZK8 CTZK7CTZK7 CTZK6CTZK6 CTZK5CTZK5 CTZK4CTZK4 CTZK3CTZK3 CTZK2CTZK2 CTZK1CTZK1 沉陷区沉陷区 公路轴线公路轴线 裂缝区裂缝区 公路范围公路范围 水塘干涸区水塘干涸区钻孔及CT测试钻孔及CT测试 沉陷区 公路轴线 裂缝区 公路范围 水塘干涸区 全方位异常区 高密度电法异常区 118119 西南公路 9 13 不良地质现象的分布 这种方法在地铁岩溶和公 14 路岩溶路基勘察中均取得了良好的效果 在本研 究中 高密度电法成果初步圈定了7个异常带 这些 具有岩溶指示作用的异常带得到了钻探 全方位电 法和跨孔弹性波扫描CT的一致证实 高密度电法查 明了岩溶的水平分布范围 而岩溶的垂直分布特征 则得到了全方位电法和跨孔弹性波扫描CT的揭示 成功的查明区域内岩溶的分布特征势必需要上述方 法相互补充 经钻探验证 高密度电法 全方位电 法和跨孔弹性波扫描CT的异常圈定结果完全合符实 15 际岩溶分布特征 实验结果表明 工程物探方法 不仅克服了传统钻探方法存在的周期长 成本高和 场地受限等缺陷 还弥补了钻探以点代面的 一孔 之见 的不足 综上所述 高密度电法 全方位电 法和跨孔弹性波扫描CT三种方法的相互耦合可以实 现对岩溶的准确揭示 不同地球物理方法因环境的差异而存在不足 岩溶在空间上具有不均一性和复杂性 很难仅依靠具 11 有 一孔之见 局限性的钻探方法予以准确揭示 3 5 钻探及联通试验 前人研究表明 物探方法探测岩溶的有效性主要取 钻探结果表明 研究区内存在多个岩溶层面 决于岩溶与围岩的物性差异 探测深度 分辨率和 第一层标高为 36 08 39 18m 该层溶洞充填物 10 信噪比 在本研究中 全方位电法测试中钻孔 为棕红色软 可塑状粉质粘土 第二层标高为 CTZK9几乎接收不到有效信号 这是因为受电极附 41 88 43 58m 该层溶洞充填了流塑状的粘性 近不均匀体 PVC管 的影响和干扰的结果 卵石 土 第三层标高为 47 10 48 60m 该层溶洞充 层具有密度较大且速度较高的特点 它构成的强反 填物为碎石土 成分主要为含卵石的砂岩 第三 射界面对其下部岩土层有强烈屏蔽作用导致地震纵 层中含大量中粗粒的棱角状方解石碎屑 它们属于 波反射法在本研究中完全失效 此外 岩溶的上界 塌陷物经由基岩的岩溶管道流失的冲桩岩渣 这说 面入射能量的波长大于岩溶体直径时就很少会有能量 明该溶洞为塌陷区基岩岩溶通道的组成部分 水文 10 反射回地面 这也是本研究中地震纵波反射法失效 示踪结果指示存在NE向和NW向的岩溶管道流 地 的重要原因 为了克服岩溶地区不均一性和工程地质 下水径流速度为11 07m h 17 11m h 265 68m d 条件复杂性给物探测试带来的影响 人们尝试了多种 410 64m d 该流速相当与岩溶区地下河流速 这 11 物探测试结果相互支撑的综合探测方法 结合本研 些岩溶管道流均为深埋在地下30 40m的有压管道 究的实践经验 合理应用多种物探手段相结合的综 流 其排水能力和携带泥沙的能力都比裂隙水流大 合物探方法可以克服单一岩溶勘查手段的不足 这 几个数量级 因此 47 10 48 60m段溶洞应该 是未来岩溶物探的发展趋势和方向 是该次塌陷物质流失的主要通道系统 5 结 语 4 试验对比分析 多种手段综合勘察的地球物理方法对查明岩溶通过对塌陷地区开展多种测试手段综合的勘察 具有可行性 前人实践表明 高密度电法可以较好的方法 本研究主要得到如下结论 揭示各种地下构造破碎带 隐伏构造 土洞 岩溶等 1 岩溶区域内高密度电法测试结果中背景 2 Bosch F Muller I Improved karst exploration by VLF EM gradient survey 值较高的围岩中呈现为条带状的低值往往反映了构 comparison with other geophysical methods J NEAR SURFACE 造破碎带 而空间分布上较为孤立且连通性不强的 GEOPHYSICS 2005 3 4 299 310 3 底青云 安志国 马凤山 等 高速公路隧道岩溶区地质结构电磁法精细 低值呈椭圆状的闭合圈或下凹漏斗状一般反映了溶 探测研究 J 工程地质学报 2014 04 692 698 洞或溶蚀裂隙集中发育区域 4 宋瑞刚 林国涛 岩溶发育地区隧道勘察设计经验与施工对策 J 北京交 全方位电法中 的等值线低阻异常往往通大学学报 2012 01 12 18 5 Mccann D M Jackson P D Culshaw M The use of geophysical surveying 与土洞 溶洞 溶蚀裂隙等岩溶关系密切 而等值 methods in the detection of natural cavities and mineshaft J Quarterly 线较大范围的低阻异常则一般与基岩裂隙 裂隙中 Journal of Engineering Geolog 1987 20 59 73 6 Vogelsang D Examples of electromagnetic prospecting for karst and fault 充填含铁质物或蜂窝状溶蚀等有关 systems J Geophysical Prospecting 1987 35 604 617 3 地震纵波反射法不适合研究区岩溶的探 7 脱军弟 武素琴 费郁 等 武江大桥桥址区岩溶灾害综合勘察方法研究 J 灾害学 2012 01 73 77 测 具有密度较大且速度较高的卵石层构成强反射 8 段成龙 阎长虹 许宝田 等 跨孔地震CT技术在地铁工程施工溶洞探测 界面强烈屏蔽了下部岩土层 而岩溶的上界面入射 方面的应用 J 地质论评 2013 06 1242 1248 9 李树琼 蒋丛林 马志斌 高密度电法在岩溶地区勘查中的应用 J 矿物 能量的波长大于岩溶体直径时很难反射回地面 这 学报 2013 04 540 544 些可能都是本研究地震纵波反射法失效的因素 10 刘崧 物探方法在岩溶勘查中的应用综述 J 地质科技情报 1997 02 4 多种手段相互耦合的综合物探方法可以 86 92 11 朱自强 王战军 鲁光银 等 综合物探方法在湘西岩溶勘察中的应用 成功的探测岩溶的分布 高密度电法可较好的揭示 J 公路 2012 04 48 53 岩溶的水平分布特征 而全方位电法和跨孔弹性波 12 王荣 钟世航 王泽峰 陆地声纳法在济南闹市区作断层和岩溶探查 J 地球物理学进展 2013 06 3313 3316 扫描CT可以揭示岩溶的垂直分布特征 这些手段相 13 蔡晶晶 阎长虹 王宁 等 高密度电法在地铁岩溶勘察中的应用 J 工 互耦合可以有效的查明岩溶的分布 程地质学报 2011 06 935 940 14 江玉乐 张楠 周清强 等 高密度电法在岩溶路基勘察中的应用 J 物 参 考 文 献 探化探计算技术 2007 06 511 515 1 Liu H Yang W Xia T Application of high accuracy satellite remote 3D 15 葛祖焕 胡纯清 向慧敏 等 桩端灰岩溶洞探测 J 物探与化探 2004 visualization in engineering exploration of karst J Science of Surveying 01 85 87 and Mapping 2007 32 5 111 113 2 s 图8 CTZK1 CTZK4之间的跨孔弹性波扫描CT解译结果 图9 CTZK6 CTZK9之间的跨孔弹性波扫描CT解译结果 李红中 张修杰 岩溶塌陷区几种地球物理方法的综合勘察试验研究 上接第116页 基本可以完全屏蔽气候对膨胀土的变化影响 追求景观效应 对一些边坡较低的中等膨胀土挖方 6 结 语 边坡取消了坡脚的支挡防护 后期都不同程度的出 现了边坡破坏等病害 结合规范及近些年对膨胀土处理的工程情况来 看 防水 保湿 防风化 是膨胀土处理的指导 5 排水原则 思想 而 放缓边坡率 加宽平台 加固坡脚 则 由于膨胀土处理原则基本都围绕 防水 保是工程实施的具体原则 对膨胀土边坡 坡脚的加 湿 防风化 边坡防护只能在一定程度上起到防固措施不可少 不可轻易为了景观效应取消坡脚加 风化 防水作用 对地下水发育或有大面积雨水流固措施 对边坡的排水应进行重视 尽可能降低膨 向坡面时 就必须要采取相应的排水措施 胀土的变形 保障路基的安全运营 在斜坡路段 当边坡位于下游时 必须设置截目前 如何较好的定义膨胀土及采取相应工程 水沟 将水提前拦截排走 地下水发育的时候 也措施 尚有待学界进一步研究 而柔性防护 灌木 必须设置相应的渗沟 支撑渗沟 仰斜式排水孔等类防护对膨胀土边坡的综合效果 目前尚缺少可靠 措施 资料 也需要进一步研究明确 值得一提的是 在新版路基规范中 规定了对 参 考 文 献 路堑坡顶之外3 5m范围内表层土采用非膨胀土换 1 公路路基设计规范 S 2 公路路基设计规范 填 铺设防渗土工布等防渗封闭措施 根据一些工 3 石北啸 考虑吸力变化的膨胀土边坡破坏规律分析 J 水利学报 2014 12 程项目报道 一般粘土保护层厚度达到0 8m厚时 成功 在一些工程中 为了过于 JTG D30 2015 JTG D30 2004 S 120121 西南公路 9 13 不良地质现象的分布 这种方法在地铁岩溶和公 14 路岩溶路基勘察中均取得了良好的效果 在本研 究中 高密度电法成果初步圈定了7个异常带 这些 具有岩溶指示作用的异常带得到了钻探 全方位电 法和跨孔弹性波扫描CT的一致证实 高密度电法查 明了岩溶的水平分布范围 而岩溶的垂直分布特征 则得到了全方位电法和跨孔弹性波扫描CT的揭示 成功的查明区域内岩溶的分布特征势必需要上述方 法相互补充 经钻探验证 高密度电法 全方位电 法和跨孔弹性波扫描CT的异常圈定结果完全合符实 15 际岩溶分布特征 实验结果表明 工程物探方法 不仅克服了传统钻探方法存在的周期长 成本高和 场地受限等缺陷 还弥补了钻探以点代面的 一孔 之见 的不足 综上所述 高密度电法 全方位电 法和跨孔弹性波扫描CT三种方法的相互耦合可以实 现对岩溶的准确揭示 不同地球物理方法因环境的差异而存在不足 岩溶在空间上具有不均一性和复杂性 很难仅依靠具 11 有 一孔之见 局限性的钻探方法予以准确揭示 3 5 钻探及联通试验 前人研究表明 物探方法探测岩溶的有效性主要取 钻探结果表明 研究区内存在多个岩溶层面 决于岩溶与围岩的物性差异 探测深度 分辨率和 第一层标高为 36 08 39 18m 该层溶洞充填物 10 信噪比 在本研究中 全方位电法测试中钻孔 为棕红色软 可塑状粉质粘土 第二层标高为 CTZK9几乎接收不到有效信号 这是因为受电极附 41 88 43 58m 该层溶洞充填了流塑状的粘性 近不均匀体 PVC管 的影响和干扰的结果 卵石 土 第三层标高为 47 10 48 60m 该层溶洞充 层具有密度较大且速度较高的特点 它构成的强反 填物为碎石土 成分主要为含卵石的砂岩 第三 射界面对其下部岩土层有强烈屏蔽作用导致地震纵 层中含大量中粗粒的棱角状方解石碎屑 它们属于 波反射法在本研究中完全失效 此外 岩溶的上界 塌陷物经由基岩的岩溶管道流失的冲桩岩渣 这说 面入射能量的波长大于岩溶体直径时就很少会有能量 明该溶洞为塌陷区基岩岩溶通道的组成部分 水文 10 反射回地面 这也是本研究中地震纵波反射法失效 示踪结果指示存在NE向和NW向的岩溶管道流 地 的重要原因 为了克服岩溶地区不均一性和工程地质 下水径流速度为11 07m h 17 11m h 265 68m d 条件复杂性给物探测试带来的影响 人们尝试了多种 410 64m d 该流速相当与岩溶区地下河流速 这 11 物探测试结果相互支撑的综合探测方法 结合本研 些岩溶管道流均为深埋在地下30 40m的有压管道 究的实践经验 合理应用多种物探手段相结合的综 流 其排水能力和携带泥沙的能力都比裂隙水流大 合物探方法可以克服单一岩溶勘查手段的不足 这 几个数量级 因此 47 10 48 60m段溶洞应该 是未来岩溶物探的发展趋势和方向 是该次塌陷物质流失的主要通道系统 5 结 语 4 试验对比分析 多种手段综合勘察的地球物理方法对查明岩溶通过对塌陷地区开展多种测试手段综合的勘察 具有可行性 前人实践表明 高密度电法可以较好的方法 本研究主要得到如下结论 揭示各种地下构造破碎带 隐伏构造 土洞 岩溶等 1 岩溶区域内高密度电法测试结果中背景 2 Bosch F Muller I Improved karst exploration by VLF EM gradient survey 值较高的围岩中呈现为条带状的低值往往反映了构 comparison with other geophysical methods J NEAR SURFACE 造破碎带 而空间分布上较为孤立且连通性不强的 GEOPHYSICS 2005 3 4 299 310 3 底青云 安志国 马凤山 等 高速公路隧道岩溶区地质结构电磁法精细 低值呈椭圆状的闭合圈或下凹漏斗状一般反映了溶 探测研究 J 工程地质学报 2014 04 692 698 洞或溶蚀裂隙集中发育区域 4 宋瑞刚 林国涛 岩溶发育地区隧道勘察设计经验与施工对策 J 北京交 全方位电法中 的等值线低阻异常往往通大学学报 2012 01 12 18 5 Mccann D M Jackson P D Culshaw M The use of geophysical surveying 与土洞 溶洞 溶蚀裂隙等岩溶关系密切 而等值 methods in the detection of natural cavities and mineshaft J Quarterly 线较大范围的低阻异常则一般与基岩裂隙 裂隙中 Journal of Engineering Geolog 1987 20 59 73 6 Vogelsang D Examples of electromagnetic prospecting for karst and fault 充填含铁质物或蜂窝状溶蚀等有关 systems J Geophysical Prospecting 1987 35 604 617 3 地震纵波反射法不适合研究区岩溶的探 7 脱军弟 武素琴 费郁 等 武江大桥桥址区岩溶灾害综合勘察方法研究 J 灾害学 2012 01 73 77 测 具有密度较大且速度较高的卵石层构成强反射 8 段成龙 阎长虹