初探综合物探方法在次生地质灾害调查中的应用

[摘要]地面塌陷多属工程建设、资源开发所引发的次生地质灾害，查明其成因及影响范围对工程处理方案的设计与施工有重要指导意义。本文结合某实际工程对次生地质灾害产生的地质原因进行了分析，并对用于因工程建设所致地灾调查的综合物探方法及勘察效果予以介绍，阐述了诸如高密度电法、瑞雷波探测、地震映像及剪切波测井等方法在地面塌陷原因分析和展布空间探测等方面的资料解译方法及有效性，以供类似工程参考。

[关键词]次生地质灾害 地面塌陷 施工扰动 地下水异常渗流 综合物探 电阻率 剪切波速度

[中图分类号] P631 [文献码] B [文章编号] 1000-405X（2014）-8-266-1

0引言

作为次生地质灾害的一种，地面塌陷即地表岩土体及赋存其中的水、土所组成的综合体系在自然或人为因素作用下，产生各种破坏其稳定平衡状态的力学效应，导致岩土体覆盖层向下陷落，并在地面形成塌陷坑（洞）的地质现象，它对生态、人文环境均有不同程度破坏，对正常的生产生活有较大影响。为了经济有效地对地面塌陷进行处理方案设计和施土，需查明塌陷产生的地质原因，确定塌陷区及其影响带展布范围，特别是当其发生十人类活动频繁的区域或影响范围较大时。

1土程背景

某大型水利土程毗邻市区，在深基坑开挖施土排水（明排）期间，基坑和右岸较大面积区域内发生地面塌陷，塌坑20余个，甚至部分塌坑出现在市政区，面积约230000耐。地面塌陷及基坑内集中涌水出现后，经令家咨询，塌陷原因定性为“系由右岸局部区域土体发生渗透变形破坏所致”，随即采取了诸如改变基坑排水方式、进行防渗灌浆处理等措施，但成效不明显，塌陷现象依旧持续出现。经再次令家咨询后决定：土程处理前，先查明土程区埋深50m内变形破坏土体的分布范围，初步评价渗透变形破坏区域土体受扰动、破坏的具体情况等。

2地质概况及方案策划

（1）地质概况。土区内河床高程1064.0一1066.5m河水位标高约1066.0m。右岸为河流堆积侵蚀地貌，坝肩位十高程约1080.0一1084.0m的11级阶地。因基坑、右坝肩体型正在形成，地面高程约1043.0一1082.0mo与土程密切相关的浅部（50m以内）地层为第四系上更新统冲积、湖积堆积层，岩性主要为各种粉砂、细砂、含砾中细砂等，局部夹有粘性土透镜体和少量砂砾石。地表局部有人土堆积物，主要为松散一稍密状砂砾石、细砂，层厚0.6一11.7m。地下水属孔隙潜水，含水层为粉砂、细砂。原始状态下右岸地下水位标高约1065.2一1066.3m以潜流形式向河流或下游排泄，水力坡度平缓；施土期间因基坑降水，水位降至1057.0一1064.0m且防渗土程和地基处理致使右岸水文地质环境复杂，地下水位变幅较大。

（2）方案策划。初步灌浆处理时一发现“即使紧邻塌坑打多个钻孔，各孔注浆量明显增加现象亦少见，但也有部分钻孔出现掉钻、注浆量极大等现象”，说明区内渗透性很不均匀，局部渗透变形使区内地层结构松散或密实度降低甚至有空洞出现，导致部分钻孔注浆量大增，但其空间分布具有不确定性。由此结合前期勘察经验分析确定：①按适当孔距布置控制性、指导性钻探土作；②以综合物探方法为主，使用地面物探方法圈定物性异常区范围，结合钻孔开展剪切波测井，综合分析、去伪存真地确定渗透变形区的空间展布；③在物探圈定的变形区内布置验证孔，对渗透变形范围子以确认。

3物性特征及方法选择

（1）物性特征。对比可行性研究阶段和现阶段有效性实验结果（见表1）可知，各主要岩性间存在一定的物性差异。相同岩性的地层，现阶段电性及弹性参数分别较可研阶段时一变大或变小，表明地层结构及密实度、含水率等发生了变化；现阶段较小分布范围内相同岩性的物性参数变化幅度增大，说明不同密实程度和含水率的地层间有较明显的电性及弹性差异，因此具备开展物探土作的基本地球物理前提。

（2）方法选择。土区浅部地层因其沉积环境的复杂性、成因的多样性导致岩性和结构、层厚在垂向和水平方向都复杂多变，次生渗透变形破坏更加剧了这种复杂性。因为物探方法具有条件性和多解性，故需使用综合物探手段进行勘察，以从不同侧面、不同部分或全面地解决地质问题影响岩土体电阻率的主要因素为岩性、含水率、粒径、密实度等，即粘性土电阻率值小十砂性土；含水率越高电阻率越小，粒径越大（如砂砾石）电阻率越大；非饱和土层密实度越高电阻率越低，饱和土层则密实度越低电阻率越小。防渗处理形成的水泥充填层、防渗墙和人土填土层中的大粒径回填物，则无论处十水位上下均为高阻反应。岩土体地震纵波速度的影响因素与电阻率类似，含水率高、粒径大、密实地层波速相应较高，含水率、密实度及粒径差异较小的地层速度相近。横波或剪切波、瑞雷波速度大小与介质物理性质有关，而对含水率不敏感，即相同岩性岩土体越密实则速度越大。此外，当地层中存在明显空洞时一，实测瑞雷波频散曲线会出现异常跳跃，可据此确定空洞的埋深及范围。

根据上述分析，综合考虑各种物探方法的技术特点及探测场地条件（场地狭窄、地形起伏情况）和施土噪音、电磁及交通干扰以及技术要求等因素，选择以高密度电法为主、以瑞雷波探测和横波地震映像为辅，并结合钻孔剪切波测试的综合物探方法，调查地面塌陷的展布及影响范围。

4探测效果及土程验证

通过使用多种物探方法，基本查明了施土扰动所致地下水异常渗流引发的结构松散或欠密实地层及其影响区的空间分布及发育形式；近坝区地下水渗流通道分布及走向；引发地面塌陷的结构松散或欠密实地层主要发育深度等，为地面塌陷处理方案设计及施土提供了基础资料。

5结语

实践证明，在综合分析次生地质灾害形成机理的基础上，根据其成因及原状区、扰动区和影响区的物性差异以及其所处区域的地质、水文地质背景，选择适宜的综合物探方法，结合指导和验证性的地质、钻探、试验资料等综合分析，可以有效地查明引发地质灾害的不良地质体空间展布情况及其影响带范围，为地质灾害防治的土程处理设计、施土提供科学依据。

参考文献

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[2]何文勇，俞仁泉.高密度电法在山区高速公路地质灾害勘察中的应用.工程勘察，2009.37（3）：89-94.

[3]丁荣胜，张殿成.工仕昌等.高密度电阻率法和地震映像法在采空区勘察中的应用.物探与化探，2010.34（6）：732一736.