CN109143381A - 一种黄土高填方滞水层探测方法 - Google Patents

一种黄土高填方滞水层探测方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种黄土高填方滞水层探测方法，包括步骤一、布设高密度测线；步骤二、获得电阻率数据；步骤三、获取电阻率剖面图；步骤四、获得黄土高填方待测区域剖面上的滞水层待定层的数量及分布；步骤五、构建黄土高填方三维图视；步骤六、滞水层的测定。本发明利用高密度电法对黄土高填方区域进行探测，获得黄土高填方剖面上的滞水层待定层的数量及分布，实现黄土高填方区域滞水层的粗探测，通过地质钻孔取样测定滞水层待定层的含水率，实现黄土高填方区域滞水层的精准探测，投入成本低，能够全覆盖且大幅度提高工作效率。

Description

一种黄土高填方滞水层探测方法
技术领域
本发明属于工程勘察探测技术领域，具体涉及一种黄土高填方滞水层探测方法。
背景技术
近年来，随着我国西部地区的快速发展，城市用地紧张已成为西部地区迫在眉睫亟需解决的问题，为了缓解日趋紧张的城市建设用地问题，出现了大量的挖山填壑、平山造地的黄土高填方工程，这类工程的面积广、地形起伏大、地貌类型多变、地质构造复杂，存在多种如裂缝、沉陷以及滑坡等不良地质体，而造成此类不良地质体的重要诱因之一就是填方体中滞水层的存在。滞水层是指土层中暂时性饱和的土壤水层，常分布于黏土层上方或其它半透水和不透水土层上方，黄土高填方工程因其回填土料需求量大，其中很可能存在渗水性能较低的黏性土，又因是分层回填压实，加上高填方工程特有的填挖交界处，如若处理不当，大气降水和地表水沿着填挖交界处的缝隙下渗，造成局部土体饱和，很容易造成填方体中形成一层或多层滞水层。从工程地质角度看，填方地基中的滞水层常是引起土质边坡滑塌、黄土路基沉陷、路基冻胀、建筑物地基不均匀沉降等危害的重要因素。因此，精准查出填方体中的滞水层的数量以及分布情况为后续工程建设中处理滞水层提供相关数据显得尤为重要。
现有的高填方工程建设中，前期的工程勘察很少有主动进行滞水层的详细勘察，大多是勘察过程中某一钻孔进行作业时发现有滞水层的存在，但因钻孔深度有限，如此仅知道所发现的滞水层的深度，至于在该钻孔未达到的更深的地层中是否还存在滞水层，以及所发现的和暂时未发现的滞水层在水平方向的分布范围具体如何，不得而知。若大范围的密集布设钻孔或者采用深基坑开挖以达到了解滞水层的分布情况，往往在时间及经济上得不偿失。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种黄土高填方滞水层探测方法，利用高密度电法对黄土高填方区域进行探测，获得黄土高填方剖面上的滞水层待定层的数量及分布，实现黄土高填方区域滞水层的粗探测，通过地质钻孔取样测定滞水层待定层的含水率，实现黄土高填方区域滞水层的精准探测，投入成本低，能够全覆盖且大幅度提高工作效率，便于推广使用。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种黄土高填方滞水层探测方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤一、布设高密度测线：在黄土高填方待测区域地表上布设多条高密度测线，多条高密度测线覆盖的面积大于黄土高填方待测区域地表面积，高密度测线上连接有多个监测电极，监测电极垂直插入土体，每条高密度测线上的多个监测电极组成监测电极排，多排监测电极排所在的直线相互平行；
步骤二、获得电阻率数据：通过为高密度测线上连接的多个监测电极通电加压，利用高密度电法对黄土高填方待测区域进行探测，获得黄土高填方待测区域对应的多组电阻率数据；
步骤三、获取电阻率剖面图：将获得的黄土高填方待测区域的多组电阻率数据传输至计算机，计算机对每组获得的黄土高填方待测区域的电阻率数据分别进行分析反演处理，每组电阻率数据可绘制出一副黄土高填方待测区域对应剖面的电阻率剖面图；
步骤四、获得黄土高填方待测区域剖面上的滞水层待定层的数量及分布：预先设置电阻率阈值，在每一个被探测的黄土高填方待测区域剖面对应的电阻率剖面图上查找电阻率值小于电阻率阈值的图像封闭区域，当存在阻率值小于电阻率阈值的图像封闭区域时，该图像封闭区域为该黄土高填方待测区域剖面上的滞水层待定层，当不存在阻率值小于电阻率阈值的图像封闭区域时，该黄土高填方待测区域剖面上不存在滞水层；
图像封闭区域的数量为该黄土高填方待测区域剖面上滞水层待定层的数量，图像封闭区域的横坐标跨度为滞水层待定层在该黄土高填方待测区域剖面上的水平方向分布状态，图像封闭区域的纵坐标跨度为滞水层待定层在该黄土高填方待测区域剖面上的垂直方向分布状态；
步骤五、构建黄土高填方三维图视：多次重复步骤一至步骤四，获得各个黄土高填方待测区域剖面上的滞水层待定层的数量及分布，利用图像拼接算法和图像平滑处理，对各个黄土高填方待测区域剖面上对应的电阻率剖面图构建黄土高填方三维图视，黄土高填方三维图视中包含各滞水层待定层及各滞水层待定层在黄土高填方中的分布状态；
步骤六、滞水层的测定：对照黄土高填方三维图视在黄土高填方地表布设多个地质钻孔点，通过在地质钻孔点上垂直钻探，得到穿过黄土高填方区深入至挖方区的地质钻孔，且地质钻孔穿过滞水层待定层，采集地质钻孔多个取样深度位置处的土样；
根据公式计算土样的含水率ρ，当ρ>ρΔ时，土样所处的位置确定为滞水层；当ρ≤ρΔ时，土样所处的位置非滞水层；其中，m原为原始土样的质量，m干为该原始土样在室内烘干后的质量，ρΔ为含水率阈值。
上述的一种黄土高填方滞水层探测方法，其特征在于：所述高密度测线上相邻的两个监测电极之前的间距不大于5m。
上述的一种黄土高填方滞水层探测方法，其特征在于：所述电阻率阈值为50Ω·m。
上述的一种黄土高填方滞水层探测方法，其特征在于：所述含水率阈值ρΔ为25％。
上述的一种黄土高填方滞水层探测方法，其特征在于：多个所述监测电极插入土体中的角度及深度均保持一致，且监测电极插入土体深度不小于监测电极长度的2/3。
上述的一种黄土高填方滞水层探测方法，其特征在于：步骤六中地质钻孔6多个取样深度位置中相邻两个深度位置之间的距离间隔为0.5m～1m。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、本发明多条高密度测线覆盖的面积大于黄土高填方待测区域地表面积，以确保黄土高填方待测区域的全覆盖探测，每条高密度测线上的多个监测电极组成监测电极排，多排监测电极排所在的直线相互平行，可实现黄土高填方剖面的平行探测，利用高密度电法对黄土高填方区域进行探测，获得黄土高填方剖面上的滞水层待定层的数量及分布，实现黄土高填方区域滞水层的粗探测，便于推广使用。
2、本发明构建黄土高填方三维图视，将各个黄土高填方剖面上的滞水层待定层汇聚成完整的一个个滞水层待定层个体，便于后期地质钻孔的分部，可靠稳定，使用效果好。
3、本发明方法步骤简单，通过地质钻孔取样测定滞水层待定层的含水率，实现黄土高填方区域滞水层的精准探测，投入成本低，能够全覆盖且大幅度提高工作效率，为滞水层的后续处理提供便利，便于推广使用。
综上所述，本发明利用高密度电法对黄土高填方区域进行探测，获得黄土高填方剖面上的滞水层待定层的数量及分布，实现黄土高填方区域滞水层的粗探测，通过地质钻孔取样测定滞水层待定层的含水率，实现黄土高填方区域滞水层的精准探测，投入成本低，能够全覆盖且大幅度提高工作效率，为滞水层的后续处理提供便利，便于推广使用。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1为本发明高密度测线的布线俯视示意图。
图2为本发明滞水层剖面示意图。
图3为本发明地质钻孔含水率测试结果示意图。
图4为本发明黄土高填方某一剖面的电阻率剖面灰度图。
图5为本发明方法的方法流程框图。
附图标记说明:
1—高密度测线； 2—监测电极； 3—挖方区；
4—黄土高填方区； 5—滞水层待定层； 6—地质钻孔。
具体实施方式
如图1至图5所示，本发明的一种黄土高填方滞水层探测方法，包括以下步骤：
步骤一、布设高密度测线：在黄土高填方待测区域地表上布设多条高密度测线1，多条高密度测线1覆盖的面积大于黄土高填方待测区域地表面积，高密度测线1上连接有多个监测电极2，监测电极2垂直插入土体，每条高密度测线1上的多个监测电极2组成监测电极排，多排监测电极排所在的直线相互平行；
本实施例中，所述高密度测线1上相邻的两个监测电极2之前的间距不大于5m。
本实施例中，多个所述监测电极2插入土体中的角度及深度均保持一致，且监测电极2插入土体深度不小于监测电极2长度的2/3。
需要说明的是，一般的黄土高填方工程面积较大，一次测试完整个黄土高填方需要耗费的资源巨大，且没有必要，因此，对黄土高填方工程进行分块，划分黄土高填方待测区域对黄土高填方工程进行分块探测是较优的选择，多条高密度测线1覆盖的面积大于黄土高填方待测区域地表面积，以确保黄土高填方待测区域的全覆盖探测，每条高密度测线1上的多个监测电极2组成监测电极排，多排监测电极排所在的直线相互平行，可实现黄土高填方剖面的平行探测。
步骤二、获得电阻率数据：通过为高密度测线1上连接的多个监测电极2通电加压，利用高密度电法对黄土高填方待测区域进行探测，获得黄土高填方待测区域对应的多组电阻率数据；
步骤三、获取电阻率剖面图：将获得的黄土高填方待测区域的多组电阻率数据传输至计算机，计算机对每组获得的黄土高填方待测区域的电阻率数据分别进行分析反演处理，每组电阻率数据可绘制出一副黄土高填方待测区域对应剖面的电阻率剖面图；
需要说明的是，高密度电法是以岩土体的电性差异为基础的一种地球物理勘探方法，根据在施加电场作用下地层中传导电流的分布规律，推断地下具有不同电阻率的地质体赋存情况。而黄土高填方区4与挖方区3比较，因其密实度低、孔隙多且含水率低，黄土高填方区4土体阻值明显高于挖方区3土体阻值，在电阻率剖面图上很容易区分挖方区3和黄土高填方区4，同理，如若黄土高填方区4存在滞水层，滞水层含水率相对较高，则滞水层处电阻率值必定远小于滞水层上下范围内土体电阻率，在电阻率剖面上则显示明显的低阻异常。
步骤四、获得黄土高填方待测区域剖面上的滞水层待定层的数量及分布：预先设置电阻率阈值，在每一个被探测的黄土高填方待测区域剖面对应的电阻率剖面图上查找电阻率值小于电阻率阈值的图像封闭区域，当存在阻率值小于电阻率阈值的图像封闭区域时，该图像封闭区域为该黄土高填方待测区域剖面上的滞水层待定层5，当不存在阻率值小于电阻率阈值的图像封闭区域时，该黄土高填方待测区域剖面上不存在滞水层；
图像封闭区域的数量为该黄土高填方待测区域剖面上滞水层待定层5的数量，图像封闭区域的横坐标跨度为滞水层待定层5在该黄土高填方待测区域剖面上的水平方向分布状态，图像封闭区域的纵坐标跨度为滞水层待定层5在该黄土高填方待测区域剖面上的垂直方向分布状态；
本实施例中，所述电阻率阈值为50Ω·m。
需要说明的是，由于高密度电法属于地球物理勘探方法，实施过程中，作为一种间接的探测手段，其所得异常范围涵盖了异常源及其影响带，于是就出现了物探解释结果中常见的“晕”现象，导致测试结果异常范围扩大，因此仅根据高密度电法所得结果判断滞水层的分布范围是不准确的，利用高密度电法对黄土高填方区域进行探测，获得黄土高填方剖面上的滞水层待定层的数量及分布，仅仅实现黄土高填方区域滞水层的粗探测。
步骤五、构建黄土高填方三维图视：多次重复步骤一至步骤四，获得各个黄土高填方待测区域剖面上的滞水层待定层的数量及分布，利用图像拼接算法和图像平滑处理，对各个黄土高填方待测区域剖面上对应的电阻率剖面图构建黄土高填方三维图视，黄土高填方三维图视中包含各滞水层待定层5及各滞水层待定层5在黄土高填方中的分布状态；
需要说明的是，构建黄土高填方三维图视的目的是将各个黄土高填方待测区域剖面上的滞水层待定层7汇聚成完整的一个个滞水层待定层个体，便于后期地质钻孔的分布，可靠稳定，使用效果好。
步骤六、滞水层的测定：对照黄土高填方三维图视在黄土高填方地表布设多个地质钻孔点，通过在地质钻孔点上垂直钻探，得到穿过黄土高填方区4深入至挖方区3的地质钻孔6，且地质钻孔6穿过滞水层待定层5，采集地质钻孔6多个取样深度位置处的土样；
根据公式计算土样的含水率ρ，当ρ>ρΔ时，土样所处的位置确定为滞水层；当ρ≤ρΔ时，土样所处的位置非滞水层；其中，m原为原始土样的质量，m干为该原始土样在室内烘干后的质量，ρΔ为含水率阈值。
本实施例中，所述含水率阈值ρΔ为25％。
本实施例中，步骤六中地质钻孔6多个取样深度位置中相邻两个取样深度位置之间的距离间隔为0.5m～1m。
本发明使用时，在深度方向上，在黄土高填方三维图视所显示的异常区域中心布设地质钻孔6，地质钻孔6深度需贯穿整个黄土高填方区4，取样进行含水率测试验证滞水层存在的数量及滞水层厚度；在水平方向上，在黄土高填方三维图视所显示异常区域边沿进行地质钻孔6，同样需贯穿黄土高填方区4，取样进行含水率测试以验证滞水层在水平方向上的准确分布范围，综合高密度电法所得黄土高填方区域滞水层的粗探测和地质钻孔取样测定含水率的精准探测所得结果，从而获得更加准确的滞水层地下三维空间分布情况，为后续相关工程滞水层的处理提供重要参数。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

Claims (6)

1.一种黄土高填方滞水层探测方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤一、布设高密度测线：在黄土高填方待测区域地表上布设多条高密度测线(1)，多条高密度测线(1)覆盖的面积大于黄土高填方待测区域地表面积，高密度测线(1)上连接有多个监测电极(2)，监测电极(2)垂直插入土体，每条高密度测线(1)上的多个监测电极(2)组成监测电极排，多排监测电极排所在的直线相互平行；
步骤二、获得电阻率数据：通过为高密度测线(1)上连接的多个监测电极(2)通电加压，利用高密度电法对黄土高填方待测区域进行探测，获得黄土高填方待测区域对应的多组电阻率数据；
步骤三、获取电阻率剖面图：将获得的黄土高填方待测区域的多组电阻率数据传输至计算机，计算机对每组获得的黄土高填方待测区域的电阻率数据分别进行分析反演处理，每组电阻率数据可绘制出一副黄土高填方待测区域对应剖面的电阻率剖面图；
步骤四、获得黄土高填方待测区域剖面上的滞水层待定层的数量及分布：预先设置电阻率阈值，在每一个被探测的黄土高填方待测区域剖面对应的电阻率剖面图上查找电阻率值小于电阻率阈值的图像封闭区域，当存在阻率值小于电阻率阈值的图像封闭区域时，该图像封闭区域为该黄土高填方待测区域剖面上的滞水层待定层(5)，当不存在阻率值小于电阻率阈值的图像封闭区域时，该黄土高填方待测区域剖面上不存在滞水层；
图像封闭区域的数量为该黄土高填方待测区域剖面上滞水层待定层(5)的数量，图像封闭区域的横坐标跨度为滞水层待定层(5)在该黄土高填方待测区域剖面上的水平方向分布状态，图像封闭区域的纵坐标跨度为滞水层待定层(5)在该黄土高填方待测区域剖面上的垂直方向分布状态；
步骤五、构建黄土高填方三维图视：多次重复步骤一至步骤四，获得各个黄土高填方待测区域剖面上的滞水层待定层的数量及分布，利用图像拼接算法和图像平滑处理，对各个黄土高填方待测区域剖面上对应的电阻率剖面图构建黄土高填方三维图视，黄土高填方三维图视中包含各滞水层待定层(5)及各滞水层待定层(5)在黄土高填方中的分布状态；
步骤六、滞水层的测定：对照黄土高填方三维图视在黄土高填方地表布设多个地质钻孔点，通过在地质钻孔点上垂直钻探，得到穿过黄土高填方区(4)深入至挖方区(3)的地质钻孔(6)，且地质钻孔(6)穿过滞水层待定层(5)，采集地质钻孔(6)多个取样深度位置处的土样；
根据公式计算土样的含水率ρ，当ρ>ρΔ时，土样所处的位置确定为滞水层；当ρ≤ρΔ时，土样所处的位置非滞水层；其中，m原为原始土样的质量，m干为该原始土样在室内烘干后的质量，ρΔ为含水率阈值。
2.按照权利要求1所述的一种黄土高填方滞水层探测方法，其特征在于：所述高密度测线(1)上相邻的两个监测电极(2)之前的间距不大于5m。
3.按照权利要求1所述的一种黄土高填方滞水层探测方法，其特征在于：所述电阻率阈值为50Ω·m。
4.按照权利要求1所述的一种黄土高填方滞水层探测方法，其特征在于：所述含水率阈值ρΔ为25％。
5.按照权利要求1所述的一种黄土高填方滞水层探测方法，其特征在于：多个所述监测电极(2)插入土体中的角度及深度均保持一致，且监测电极(2)插入土体深度不小于监测电极(2)长度的2/3。
6.按照权利要求1所述的一种黄土高填方滞水层探测方法，其特征在于：步骤六中地质钻孔(6)多个取样深度位置中相邻两个取样深度位置之间的距离间隔为0.5m～1m。
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