CN111381281A - 一种溶洞贯通性检测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种溶洞贯通性检测方法，该方法通过钻孔向溶洞中注入改变局部电阻率的导电介质，再利用既有的超前钻孔，采用跨孔溶洞电阻率定时检测电阻率的变化，利用溶液的扩散现象判断多个溶洞是否贯通。因此，本发明无需额外打孔，利用既有的超前钻孔，通过加入导电介质可改变溶洞位置的导电性能，利用扩散现象在不开挖的区域即可判断溶洞是否存在相互贯通的情况，具有实施简单、成本低、检测结果可靠的优点。

Description

一种溶洞贯通性检测方法
技术领域
本发明涉及一种溶洞贯通性检测方法，属于溶洞贯通性检测技术领域。
背景技术
溶洞是由于石灰岩地区长期溶蚀的结果，我国是世界上岩溶发育最广泛的国家之一。在溶洞由于其隐蔽性和在特定地区的多发性，使得其给工程的安全留下了隐患，影响工程进展、损害经济效益。对于多溶洞地质情况下，各个溶洞是否相互贯通形成串珠状溶洞的情况并不能在探测溶洞存在的工作阶段就可以完成判断，而进一步判断溶洞类型能够使得溶洞处理方案得制定更加合理。为了能够较为准确的掌握溶洞的大小和位置等空间信息并能依据相关信息制定相应的处理方案，现有技术中一般可采用地质雷达法、瞬变电磁法、地震波法和电阻率法等地球物理探测方法，上述主要采用钻探的方式确认溶洞的贯通性，一般在发现溶洞的钻孔附近进行补勘，通过相邻多个钻孔粗略地判断溶洞的形状、贯通性等信息。各种探测方法仅依据不同地质体所表现的不同的物理性质来区分溶洞的空间信息，若不同地质情况下所表现出来的物理性质差异不大或者存在相互影响的情况，便无法达到有效探测的效果。因此，上述方法存在钻孔数量较多，价格昂贵的缺点，而且难于确认溶洞的贯通性信息。
发明内容
本发明的目的在于提供一种实施简单、成本低、检测结果可靠的溶洞贯通性检测方法，该方法通过钻孔向溶洞中注入改变局部电阻率的导电介质(如盐溶液)，再利用既有的超前钻孔，采用跨孔溶洞电阻率定时检测电阻率的变化，利用溶液的扩散现象判断多个溶洞是否贯通。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：一种溶洞贯通性检测方法，包括以下步骤：
步骤一、组装探测装置：所述的探测装置是由第一PVC管和第二PVC管组成，在第一PVC管或第二PVC管接触探测区域的侧面每间隔0.5米进行打孔处理，然后将铜质电极安装到第一PVC管或第二PVC管上的孔洞中，同时每个电极与铜芯电缆连接，铜芯电缆通过第一PVC管或第二PVC管的内孔伸到地表后与电阻率测试仪连接；
步骤二、放置探测装置：将探测装置的第一PVC管和第二PVC管分别放入探测区域两侧的钻孔中，使第一PVC管和第二PVC管上的两排电极相向放置，并与探测区域处于同一平面内，同时使所有电极均与土体有良好的接触状态；
步骤三、数据测量：将第一PVC管上的电极从上到下标记为1号电极～N号电极，将第二PVC管上的电极从下到上标记为N+1号电极～2N号电极，然后以1号电极和2N号电极作为供电电极，以2号电极和2N-1号电极作为测量电极；此时，打开电阻率测试仪的电源，保持1号电极和2号电极位置不变，2N号电极和2N-1号电极逐次等步长向下移动，并读取数据，直至最后一个点极；同样，1号电极和2号电极等步长向下移动一个电极间隔位置，2N号电极和2N-1号电极重复前述动作并读取数据，重复以上动作直至2号电极到达最后一个电极；
步骤四、计算电阻率：利用稀疏正则化处理测量结果，根据稀疏迭代法求解反问题：
Figure BDA0002483640600000021
其中S为灵敏度，R为电势的测量集合，c为视电阻率，c0为电阻率初值，λ为给定的稀疏正则化参数；
步骤五、绘制反演图：将计算所得的数据通过sufer软件进行绘制，可得跨孔电阻率探测反演图；
步骤六、添加外加介质：将高浓度盐溶液通过钻孔加入到其中一个溶洞中，在地下水全填充的环境中，高浓度盐溶液扩散会使溶洞区域的导电性增加，电阻率降低；
步骤七、重复步骤三～步骤五，得到加入高浓度盐溶液的跨孔电阻率探测反演图；
步骤八、将未加入高浓度盐溶液的跨孔电阻率探测反演图和加入高浓度盐溶液的跨孔电阻率探测反演图进行比较分析，若与加入高浓度盐溶液的溶洞相邻溶洞的电阻率降低，则可判断两个溶洞相互贯通；若电阻率无明显变化，则可判断加入高浓度盐溶液的溶洞为封闭溶洞。
步骤九：探测区域中若有溶洞的贯通性未能确定，重复重复步骤六～步骤八，直至全部确定。
上述方法中，所述高浓度盐溶液的为2mol/L的碳酸钠溶液。
由于采用了上述技术方案，本发明的具有以下优点：本发明通过钻孔向溶洞中注入改变局部电阻率的导电介质(如盐溶液)，再利用既有的超前钻孔，采用跨孔溶洞电阻率定时检测电阻率的变化，利用溶液的扩散现象判断多个溶洞是否贯通。因此，本发明无需额外打孔，利用既有的超前钻孔，通过加入导电介质可改变溶洞位置的导电性能，利用扩散现象在不开挖的区域即可判断溶洞是否存在相互贯通的情况，具有实施简单、成本低、检测结果可靠的优点。
附图说明
图1是本发明的实施时的结构示意图；
图2是未加入高浓度盐溶液的跨孔电阻率探测反演图；
图3是加入高浓度盐溶液的跨孔电阻率探测反演图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的工作原理：溶洞的电阻率一般为1～100欧姆米(ohm.m)，溶洞周围的灰岩的电阻率一般为80～3000欧姆米(ohm.m)，采用跨孔电阻率法一般可以识别出溶洞的位置和大小，但溶洞之间的贯通性却较难识别出来。在既有的超前钻孔中(并已知有溶洞存在)，注入低电阻率且高浓度盐溶液(其电阻率一般为0.01～1欧姆米)，高浓度盐溶液在扩散作用下往有贯通的溶洞运动，但相对较难扩散到非贯通的溶洞。经过一段时间后的扩散，贯通的溶洞的电阻率会急剧降低，而非贯通的溶洞的电阻率基本保持不变。因此，通过注入前后的跨孔电阻率反演图对比，便可以清晰识别出溶洞之间的贯通关系。
本发明的实施例：拟现有一位于岩溶地区的建设项目，经由初步的地下检测所得地质信息可知，该探测位置深度为12～20m处存在着三个地下水全填充溶洞，且从探测结果判断其之间的位置相距较近，该区域中的电阻率值变化不明显，无法判断其相互之间是否贯通。该地下溶洞可能存在相互贯通的情况，因此需要进一步的进行检测，本发明的具体实施步骤如下：
步骤一、组装探测装置：所述的探测装置是由第一PVC管1和第二PVC管2组成，在第一PVC管2或第二PVC管3接触探测区域的侧面每间隔0.5米进行打孔处理，然后将铜质电极安装到第一PVC管1或第二PVC管2上的孔洞中，同时每个电极与铜芯电缆3连接，铜芯电缆3通过第一PVC管1或第二PVC管2的内孔伸到地表后与电阻率测试仪4连接；
步骤二、放置探测装置：将探测装置的第一PVC管1和第二PVC管2分别放入探测区域两侧的钻孔中，使第一PVC管1和第二PVC管2上的两排电极相向放置，并与探测区域处于同一平面内，同时使所有电极均与土体有良好的接触状态；
步骤三、数据测量：将第一PVC管1上的电极从上到下标记为1号电极～N号电极，将第二PVC管2上的电极从下到上标记为N+1号电极～2N号电极，然后以1号电极和2N号电极作为供电电极，以2号电极和2N-1号电极作为测量电极；此时，打开电阻率测试仪的电源，保持1号电极和2号电极位置不变，2N号电极和2N-1号电极逐次等步长向下移动，并读取数据，直至最后一个点极；同样，1号电极和2号电极等步长向下移动一个电极间隔位置，2N号电极和2N-1号电极重复前述动作并读取数据，重复以上动作直至2号电极到达最后一个电极；
步骤四、计算电阻率：利用稀疏正则化处理测量结果，根据稀疏迭代法求解反问题：
Figure BDA0002483640600000051
其中S为灵敏度，R为电势的测量集合，c为视电阻率，c0为电阻率初值，λ为给定的稀疏正则化参数；
步骤五、绘制反演图：将计算所得的数据通过sufer软件进行绘制，可得跨孔电阻率探测反演图；
步骤六、添加外加介质：将高浓度盐溶液通过钻孔加入到一号溶洞中，在地下水全填充的环境中，高浓度盐溶液扩散会使溶洞区域的导电性增加，电阻率降低；所述高浓度盐溶液的为2mol/L的碳酸钠溶液；
步骤七、重复步骤三～步骤五，得到加入高浓度盐溶液的跨孔电阻率探测反演图；
步骤八、将未加入高浓度盐溶液的跨孔电阻率探测反演图和加入高浓度盐溶液的跨孔电阻率探测反演图进行比较分析，若一号溶洞和二号溶洞探测区域的电阻率降低，三号溶洞电阻率仅出现略微变化，由此可判断，一号溶洞和二号溶洞相互贯通，高浓度盐溶液从一号溶洞扩散到二号溶洞中，而三号溶洞为封闭溶洞，该区由于渗透作用电阻率产生了变化，但变化不明显。
步骤九：探测区域中若有溶洞的贯通性未能确定，重复重复步骤六～步骤八，直至全部确定。
综所述，本发明通过钻孔向溶洞中注入改变局部电阻率的导电介质(如盐溶液)，再利用既有的超前钻孔，采用跨孔溶洞电阻率定时检测电阻率的变化，利用溶液的扩散现象判断多个溶洞是否贯通。因此，本发明无需额外打孔，利用既有的超前钻孔，通过加入导电介质可改变溶洞位置的导电性能，利用扩散现象在不开挖的区域即可判断溶洞是否存在相互贯通的情况，具有实施简单、成本低、检测结果可靠的优点。

Claims (2)

1.一种溶洞贯通性检测方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤一、组装探测装置：所述的探测装置是由第一PVC管和第二PVC管组成，在第一PVC管或第二PVC管接触探测区域的侧面每间隔0.5米进行打孔处理，然后将铜质电极安装到第一PVC管或第二PVC管上的孔洞中，同时每个电极与铜芯电缆连接，铜芯电缆通过第一PVC管或第二PVC管的内孔伸到地表后与电阻率测试仪连接；
步骤二、放置探测装置：将探测装置的第一PVC管和第二PVC管分别放入探测区域两侧的钻孔中，使第一PVC管和第二PVC管上的两排电极相向放置，并与探测区域处于同一平面内，同时使所有电极均与土体有良好的接触状态；
步骤三、数据测量：将第一PVC管上的电极从上到下标记为1号电极～N号电极，将第二PVC管上的电极从下到上标记为N+1号电极～2N号电极，然后以1号电极和2N号电极作为供电电极，以2号电极和2N-1号电极作为测量电极；此时，打开电阻率测试仪的电源，保持1号电极和2号电极位置不变，2N号电极和2N-1号电极逐次等步长向下移动，并读取数据，直至最后一个点极；同样，1号电极和2号电极等步长向下移动一个电极间隔位置，2N号电极和2N-1号电极重复前述动作并读取数据，重复以上动作直至2号电极到达最后一个电极；
步骤四、计算电阻率：利用稀疏正则化处理测量结果，根据稀疏迭代法求解反问题：
Figure FDA0002483640590000011
其中S为灵敏度，R为电势的测量集合，c为视电阻率，c0为电阻率初值，λ为给定的稀疏正则化参数；
步骤五、绘制反演图：将计算所得的数据通过sufer软件进行绘制，可得跨孔电阻率探测反演图；
步骤六、添加外加介质：将高浓度盐溶液通过钻孔加入到其中一个溶洞中，在地下水全填充的环境中，高浓度盐溶液扩散会使溶洞区域的导电性增加，电阻率降低；
步骤七、重复步骤三～步骤五，得到加入高浓度盐溶液的跨孔电阻率探测反演图；
步骤八、将未加入高浓度盐溶液的跨孔电阻率探测反演图和加入高浓度盐溶液的跨孔电阻率探测反演图进行比较分析，若与加入高浓度盐溶液的溶洞相邻溶洞的电阻率降低，则可判断两个溶洞相互贯通；若电阻率无明显变化，则可判断加入高浓度盐溶液的溶洞为封闭溶洞。
步骤九：探测区域中若有溶洞的贯通性未能确定，重复重复步骤六～步骤八，直至全部确定。
2.根据权利要求1所述的溶洞贯通性检测方法，其特征在于：所述高浓度盐溶液的为2mol/L的碳酸钠溶液。
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