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摘要：与直流电法相比，高密度电法具有效率高、成本低、信息量大的优势，因而在公路工程勘察中被广泛地推广和应用。本文首先分析了高密度法的工作原理，并结合湖北省宜昌市夷陵区三斗坪镇杨家湾码头一黄陵庙段岸坡防治工程地基勘测的实例对高密度电法的应用进行了分析。
关键词：高密度电法；公路工程勘察；应用
一、高密度电法的工作原理
与直流电法原理相同，高密度电法也是以被勘测的地下目标与其周围介质间存在的电性差异为基础进行勘探的物探技术。对地下加载直流电流，通过在地表的观测仪器对人工施加的电场的分布情况进行观测，并通过对这种电场分布规律的研究来实现地质问题的有效解决。在进行电场分布的求解时，一般采用解析法，其电场的分布规律满足方程(如图1)
图一式中：I为供电电流；U为电位；σ表示电导率；δ表示冲激函数；是拉普拉斯算子，x0，y0，z0分别表示不同电场点的坐标，x1，y1，z1表示源点的坐标。
但在一些较为复杂的条件下，上式难以求得解析解，这时多通过二维地电模型、三维地电模型分别使用点源二维有限法及有限差分法的方法求得解析解。使用高密度电法进行探测时，通过给AB两极供电I，通过MN两点测得的电位求得电位差▽V，其工作原理如图2所示：
通过公式求得测点处的视电阻率值，式中的K为装置系数，视电阻率作为勘测的地下介质电性情况的综合反应，可通过反演计算得到深度——电阻率剖面。高密度电法集电测深法与电剖面法等电法勘探方法的特点于一身，既能反映地下介质电性的横向上的变化，还可提供电性垂向上的变化情况。此外，高密度电法技术采用多电位电极系，能够方便地进行多种装置类型的组合测量。实现了自动化的数据采集与快速处理，探测工作效率与测量精度都大为提高。
二、高密度电法在桥梁地基勘测中的应用
本文选择湖北省宜昌市夷陵区三斗坪镇杨家湾码头一黄陵庙段岸坡上高密度电法在一些岸坡勘探的应用加以简单说明。此次测量全部采用温纳装置，其优点是：温纳装置异常幅值不大，信号震荡也较好，缺点是在电极数量一样时，勘探深度浅，数据点少一些。各种方法的具体特点见后面的讨论。
（一）工程概况
工程工程位于长江南岸三斗坪镇一带，上距三峡大坝 4．5km，区域上属于构造侵蚀剥蚀中低山峡谷地貌，地势自长江向南东渐升，地面高程一般 66～78m，自然斜坡坡角一般 10°～25°长江 在此 沿北东 60 °方向 流过 ，江 面宽600～900m，水流较急。
（二）岸坡勘探
0～160 m视电阻率都较高，且成一个整体，因为该地段都是灰岩，且大面积出露，下部视电阻变低，但由于测深不够，不好推断，在190 m左右下部20～30 m深处，存在一个明显低阻异常，推测为填充粘土的溶洞或破粹带。在岸坡下部20～30 m处也存在一个明显的低阻异常，推测为填充粘土的溶洞或破粹带。后经钻探验证，在该处钻进29 m左右发现岩石中夹杂1 m左右的粘土物质。
三、结论
通过高密度电法在公路工程勘察中的大量应用，可以得出以下结论：
（一）电极布设和接地电阻问题
工区的地形和地质情况都比较复杂，布设电极时会遇到很多意想不到的困难，比如在一些灰岩地区，地表出露的岩石面积较大，或者在一些地方，有房屋或垃圾堆等等，都会影响电极布设完整性。对于这些特殊情况，需要在设计测线时尽可能地避免。但是如果必须在出露的岩石上布设电极，则可以用比较潮湿的泥土堆成土包，将电极插入其中，实在不行，则可以缺失部分电极。另外，岩石的出露面积不是很大时，可以将电极适当的向周围偏移。接地电阻是衡量电极接地好坏的标志，主要由电极附近(r～(5～10)r)处的大地物质(土壤或岩石)的电阻决定，越靠近电极的物质对接地电阻的贡献越大。因此，在干燥的土壤里埋设电极时，为了减少接地电阻，可在电极周围浇水或一定比例的盐水，减小电极周围物质的电阻率|0，使接地电阻减小。
（二）排列装置选择和电极极距选择问题
排列装置的选择对整个勘探的效果起着至关重要的作用，不同的装置对于不同的探测目标具有不同的分辨率和探测深度。在几种常用的装置中，微分装置的异常幅值最小，信号的震荡出现最早；温纳装置异常幅值不大，信号震荡也较好；偶极一偶极装置的异常幅值相对较大，分辨能力较强，但是信号震荡却很激烈，甚至高阻体上方出现低阻异常；施伦贝射裝置对地下电阻率在水平方向和垂直方向的变化都比较敏感，集中了温纳装置和偶极一偶极装置的优点。偶极一偶极系统适用于浅部探测，而温纳系统适用于深部探测。
电极间距越小对目标体的探测精度越高，但电极距太小，则会产生震荡，形成假异常。常规上来讲，最小电极距与目标体相当。因此野外探测时，要
先收集相关资料，对地下探测目标体的尺寸大小和分布深度有大致的了解，然后设计合理的数据采集装置和极距。
（三）视电阻率剖面图上异常的辨认问题
由于物探方法的多解性，异常辨认是非常困难的一件事情。例如溶洞是低阻还是高阻，两个洞体在一起怎样划分，基岩面怎样确定等等。这就需要结合地质、水文、钻探等其他方面的资料，加以对比，多种反演方法相结合。
参考文献
[1] 黄子龙. 高密度电法在高速公路地基稳定性评价中的应用[J]. 科技广场. 2011(5): 171-174.
[2] 杨文明. 高密度电法在高速公路勘察中的若干应用[J]. 福建地质. 2011(2): 159-164.
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。
关键词：高密度电法；公路工程勘察；应用
一、高密度电法的工作原理
与直流电法原理相同，高密度电法也是以被勘测的地下目标与其周围介质间存在的电性差异为基础进行勘探的物探技术。对地下加载直流电流，通过在地表的观测仪器对人工施加的电场的分布情况进行观测，并通过对这种电场分布规律的研究来实现地质问题的有效解决。在进行电场分布的求解时，一般采用解析法，其电场的分布规律满足方程(如图1)
图一式中：I为供电电流；U为电位；σ表示电导率；δ表示冲激函数；是拉普拉斯算子，x0，y0，z0分别表示不同电场点的坐标，x1，y1，z1表示源点的坐标。
但在一些较为复杂的条件下，上式难以求得解析解，这时多通过二维地电模型、三维地电模型分别使用点源二维有限法及有限差分法的方法求得解析解。使用高密度电法进行探测时，通过给AB两极供电I，通过MN两点测得的电位求得电位差▽V，其工作原理如图2所示：
通过公式求得测点处的视电阻率值，式中的K为装置系数，视电阻率作为勘测的地下介质电性情况的综合反应，可通过反演计算得到深度——电阻率剖面。高密度电法集电测深法与电剖面法等电法勘探方法的特点于一身，既能反映地下介质电性的横向上的变化，还可提供电性垂向上的变化情况。此外，高密度电法技术采用多电位电极系，能够方便地进行多种装置类型的组合测量。实现了自动化的数据采集与快速处理，探测工作效率与测量精度都大为提高。
二、高密度电法在桥梁地基勘测中的应用
本文选择湖北省宜昌市夷陵区三斗坪镇杨家湾码头一黄陵庙段岸坡上高密度电法在一些岸坡勘探的应用加以简单说明。此次测量全部采用温纳装置，其优点是：温纳装置异常幅值不大，信号震荡也较好，缺点是在电极数量一样时，勘探深度浅，数据点少一些。各种方法的具体特点见后面的讨论。
（一）工程概况
工程工程位于长江南岸三斗坪镇一带，上距三峡大坝 4．5km，区域上属于构造侵蚀剥蚀中低山峡谷地貌，地势自长江向南东渐升，地面高程一般 66～78m，自然斜坡坡角一般 10°～25°长江 在此 沿北东 60 °方向 流过 ，江 面宽600～900m，水流较急。
（二）岸坡勘探
0～160 m视电阻率都较高，且成一个整体，因为该地段都是灰岩，且大面积出露，下部视电阻变低，但由于测深不够，不好推断，在190 m左右下部20～30 m深处，存在一个明显低阻异常，推测为填充粘土的溶洞或破粹带。在岸坡下部20～30 m处也存在一个明显的低阻异常，推测为填充粘土的溶洞或破粹带。后经钻探验证，在该处钻进29 m左右发现岩石中夹杂1 m左右的粘土物质。
三、结论
通过高密度电法在公路工程勘察中的大量应用，可以得出以下结论：
（一）电极布设和接地电阻问题
工区的地形和地质情况都比较复杂，布设电极时会遇到很多意想不到的困难，比如在一些灰岩地区，地表出露的岩石面积较大，或者在一些地方，有房屋或垃圾堆等等，都会影响电极布设完整性。对于这些特殊情况，需要在设计测线时尽可能地避免。但是如果必须在出露的岩石上布设电极，则可以用比较潮湿的泥土堆成土包，将电极插入其中，实在不行，则可以缺失部分电极。另外，岩石的出露面积不是很大时，可以将电极适当的向周围偏移。接地电阻是衡量电极接地好坏的标志，主要由电极附近(r～(5～10)r)处的大地物质(土壤或岩石)的电阻决定，越靠近电极的物质对接地电阻的贡献越大。因此，在干燥的土壤里埋设电极时，为了减少接地电阻，可在电极周围浇水或一定比例的盐水，减小电极周围物质的电阻率|0，使接地电阻减小。
（二）排列装置选择和电极极距选择问题
排列装置的选择对整个勘探的效果起着至关重要的作用，不同的装置对于不同的探测目标具有不同的分辨率和探测深度。在几种常用的装置中，微分装置的异常幅值最小，信号的震荡出现最早；温纳装置异常幅值不大，信号震荡也较好；偶极一偶极装置的异常幅值相对较大，分辨能力较强，但是信号震荡却很激烈，甚至高阻体上方出现低阻异常；施伦贝射裝置对地下电阻率在水平方向和垂直方向的变化都比较敏感，集中了温纳装置和偶极一偶极装置的优点。偶极一偶极系统适用于浅部探测，而温纳系统适用于深部探测。
电极间距越小对目标体的探测精度越高，但电极距太小，则会产生震荡，形成假异常。常规上来讲，最小电极距与目标体相当。因此野外探测时，要
先收集相关资料，对地下探测目标体的尺寸大小和分布深度有大致的了解，然后设计合理的数据采集装置和极距。
（三）视电阻率剖面图上异常的辨认问题
由于物探方法的多解性，异常辨认是非常困难的一件事情。例如溶洞是低阻还是高阻，两个洞体在一起怎样划分，基岩面怎样确定等等。这就需要结合地质、水文、钻探等其他方面的资料，加以对比，多种反演方法相结合。
参考文献
[1] 黄子龙. 高密度电法在高速公路地基稳定性评价中的应用[J]. 科技广场. 2011(5): 171-174.
[2] 杨文明. 高密度电法在高速公路勘察中的若干应用[J]. 福建地质. 2011(2): 159-164.
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。