覆盖式高密度电阻率探测系统在堤防隐患探测中的应用

覆盖式高密度电阻率探测系统在堤防隐患探测中的应用

20世纪80年代，日本引入了高密度能源法。这是一种集电断面和电子测深于一体的能源网络管理技术。高密度广场是用来测量二维地下电面的。这是一种价格低、使用多的水库风险勘探方法[1.5]。随着高密度电阻率法在实际应用的深入,为了提高分辨率和工作效率,改善数据结构类型,加大数据密度,北方地球物理探测技术有限公司和黄河水利委员会设计院物探总队联合研制了以测深装置为主的覆盖式高密度电阻率探测系统MIR-1C/MIS。该系统首次将覆盖电缆技术应用于高密度电测中,不仅使得电缆重量和长度大大降低,而且野外测试实现连续滚动作业,大大提高了工作效率。另外,电极开关数量也减少许多。系统采用三极测深装置,扩大了有效探测范围,提高了分辨率。工作装置简单,数据类型多(二极剖面、二极测深、三极单剖面、联剖、三极测深、四极测深、定点源测深等数据)。覆盖式高密度电阻率探测系统MIR-1C/MIS由主机、25芯电测覆盖电缆、电测电极等附属设备及数据处理软件组成。该系统电测主机与电极转换器为一体化设计,电极转换只需25道,电缆为25芯4道。仪器小型轻便,智能化程度高,除高密度电阻率测量还可做常规电阻率测量;工作装置以三极、二极测深为主,野外工作是滚动式作业模式,工作效率高;该仪器为大屏幕点阵式液晶显示器,显示中文操作菜单和提示信息,数据可转换类型,采用不同的方法进行综合解释;本机可作为一台单道的直流电测仪,能够做常规电阻率法、激发极化法、自然电位法,装置有对称四极、联合剖面、温纳、中梯、偶极-偶极5种;在高密度测量中有三极测深法、单向三极测深法(ρsA和ρsB)、二极测深法。实现了一机多用,多参数、多通道、多功能测试。为了准确掌握堤防状况,并为堤防加固和防汛抢险提供科学依据,采用覆盖式高密度电阻率探测系统MIR-1C/MIS对千里堤文安段隐患进行了探测。千里堤是大清河系重要防洪屏障,属于国家一级堤防,担负着保天津、保铁路、保油田、保人民群众生命和财产安全的4保重任。千里堤西起任丘市苟各庄,东至天津市静海县坝台与子牙河左堤,总长度58.61km,跨越深泽、安国、安平、博野、蠡县、高阳、任丘和文安等县市。文安段是保证清南地区防洪安全的重要工程,该段堤防修筑年代不一,路线多变,标准各异,虽经多年治理仍存在裂缝、松散土层、塌陷段等多种隐患。一旦河道行洪,容易发生滑坡、崩岸等险情。通过勘测认为该系统在探测速度和精度方面效果较好,系统性能稳定,操作简单、方便,探测速度快,为今后进行堤防隐患探测积累了经验。1海岸警卫队的检测原理和技术1.1直流电阻率法在理想条件下,当无裂缝和其他隐患存在时,堤防土体为均质体,其电阻率较低。当堤身有裂缝和其他隐患存在时,原有的均匀物理场就发生变化,在隐患部位形成异常场。这个场的特性随着隐患性质和所在位置的不同而变化。直流电阻率法是以电阻率作为主要参数来分析堤防隐患,它是利用电场理论,通过两个供电电极向地下供电形成人工电场,然后利用测量电极测出物体的一系列电阻率值,按照数值的大小,判断隐患是否存在,直流电阻率法包括剖面法和高密度电阻率法。剖面法根据电极分布不同又分为中间梯度法和对称四极剖面法。对称四极剖面法是由A、M、N、B4个电极组成,以MN中点(O)为对称中心布置的,工作时保持各电极间的距离不变,整个装置一起移动进行观测,因此所测的电阻率值的变化反映了沿剖面方向上一定范围、一定深度内电阻率的变化情况。1.2a、b、n点测深记录工作装置以三极、二极测深装置为主,野外作业是滚动作业模式,设备轻、电极开关数量少、探测速度快、精度高。探测采用三极测探法,将供电电极B(或A)置于无穷远(∞)处,A(或B)、M、N布置在同一条测线上,参与测线上的电极转换,测点O位于MN中间,实际工作中MN不动,电极A(或B)依次由第3点(A11)向后移动,逐点观测某点不同深度范围内的电阻率变化情况,测得测深记录为ρsA,A极跑完(至A1n)后,电极转换开关将A1n-1、A1n、转换为新的测量电极N、M,前一次供电电极A1n-2变为B11,A1n-3变为B12,……依此类推,前一次测量电极N、M变为B1n、B1n-1,此时又得On-1点测深记录为ρsB。按照要求用钢尺准确量出已普测到的异常点(或异常带)位置(对于有的部位可直接详测,此时可依具体情况确定起点极位置),按照原普测桩号顺序方向布置测线,先找出异常点(或异常带)位置,向前量20.5m(若MN=1m)做为测线的起点极位置,平行大堤轴线方向布线,视堤段的具体特点确定测线的条数。2结果表明，2.1突变段聚合式人工8+9709+100段文安县千里堤上段(任文界~王村闸)堤防长度为11.58km。堤防隐患按异常情况分为4种,即有效异常点、裂缝发育带、不均匀体、突变段。此次测量共发现66个有效异常点,分布于39段范围内,累计长度1743m;裂缝发育带22处;不均匀体12个,长1947m;突变段20个,长1245m。在8+940~9+010段70m堤段发现明显异常点2个,且此段视电阻率较两侧高出较多。查看资料,8+959~9+010为1995年口上扬水站堵闭复堤段,异常点对应于堵闭的闸洞位置。根据探测情况的电测分析在6+100~6+400段共发现异常点8个,裂缝发育带230m,与2004年的灌浆资料进行了对比,结果发现6+000~6+500段单孔吃浆量均较大,该堤段存在隐患较多,待进一步验证。1+077~1+160为不均匀体,长83m。此堤段视电阻率由30至75,从资料看1+073~1+143为原店子闸复堤段(2004年复堤),此段的土质和两侧差别很大,以致表现出不均匀性,探测成果较为可靠。探测还发现堤后有大坑地段大多数显示出视电阻率不均、高阻反映或突变现象,这和实际的大堤干旱、断面三面失水较多,堤身土质孔隙多相吻合。2.2堤身及堤身表面裂缝2006年9月对千里堤中段(任庄子~左各庄西环路口)堤段用对称四极法进行堤防隐患探测,在166+700处发现一明显异常点,经计算裂缝顶部埋深71cm,随后对该堤段进行了开挖,开挖由挖掘机和人工完成,结果在堤肩内侧3.5m离堤顶75cm处发现一条横向裂缝,裂缝延至堤下2m处,横向长度1~2.5m,裂缝最宽3cm,说明计算公式的准确性是比较高的。2.3高密度电阻率法中段毕家坊桥西30~50m堤段南半部分,堤顶塌陷比较严重,在20m范围内有较明显的塌陷,而且每年都继续下沉,塌陷处已填了多层碎砖。鉴于以上隐患,采用高密度电阻率法,三极测探装置,平行大堤轴向布线,对该堤段进行了探测,发现对应塌陷堤段上部视电阻率低,究其原因是因为松散体部位下沉,堤顶塌陷,路面破坏,积水下渗所致。虽然此堤段未进行开挖或钻探验证,但电测成果分析和大堤的情况还是相吻合的,证实了仪器定性分析的可靠性。3建立探测结果的机制(1)覆盖式高密度电阻率探测系统“MIR-1C/MIS”在千里堤文安断堤防隐患勘探中应用效果是非常显著的。(2)根据千里堤文安断勘探和隐患开挖结果证实,覆盖式高密度电阻