[实用新型]一种探查河道溶洞的多维探测装置

说明书

技术领域

本发明属于水利工程地质灾害评价领域，尤其是一种探查河道溶洞的测量布置系统以及实施方法，具体是利用并行电法诊断出隐伏在河道内岩溶体的多维探测方法。

背景技术

我国的岩溶发育分布较为广泛，造就奇特自然景象的同时，也给工程的安全实施带来系列地质灾害的发生，尤其遇到地下水位升降和人类抽排地下水共同导致隐伏岩溶区在地面塌陷的现象。因此，在岩溶地区河道工程治理中有必要明确不良岩溶体的分布特征，降低岩溶塌陷和地表水漏失引发工程灾害的风险。目前，河道勘察手段主要以钻探为主，而分散的钻孔取样资料往往只是“一孔之见”，尤其遇到地质条件比较复杂，岩土层变化频繁，仅凭有限钻孔难以全面有效地查明地质异常区的分布、延展、规模及形态情况，况且钻孔布置也存在主观盲目性，检测效率低下、代价成本高等缺点，况且河道勘察不仅关注于两岸堤地层分布，同时也要查明溶洞在河床区的发育特征，而钻孔在河床内布置存在较多困难。

隐伏性岩溶隐患具有地质体空间的随机隐蔽性、分布规律性差及时空的不确定性等特点，开展超前预报、预测是治理岩溶的难点和关键。基于河道属于特殊的线性工程，岩溶勘察工作既要注重对两岸堤隐伏的地质灾害现象准确把握，同时还要达到兼顾明确河床段是否存在孤立隐伏工程隐患的目的，也要对两河岸堤已查明溶洞体之间的关联性有一定的认识。地球物理探测技术是利用溶洞与周围岩土体之间的物理性质差异为研究对象，利用专门接地或不接地的仪器设备测试信号在大地流动过程中的时空改变特点，进而间接判断出隐伏溶洞的分布，凸显出经济、高效、可视化的优势。一般地，现场检测系统只能布设在河道两岸堤，通过两岸堤的测试成果进一步推断河床的地质情况。目前，工程勘察主要采用二维成像技术反映出观测系统下方地质体的分布规律，而溶洞在空间上表现为三维几何地质体，利用简单的二维图像合成或拼接成三维图像难以有效刻画出真实溶洞的立体特征。尤其针对河道内隐伏溶洞探查中存在技术不足，亟需设计一种可以探测河道段隐伏不良地质体有效查明的方法。三维高密度电法在工程探查应用中取得长足进展，通过层析成像技术可以获取电阻率立体图像，但高密度电法仍然采用串行采集模式，采集效率高，数据量较小，不利于河道长路线探测，并且针对河道岩溶区勘察方面应用较少，主要受限于河道场地的约束，河床水域难以布设常规的观测系统；现场采集效率低下，未能发挥出快速测量的优势；并且三维电阻率法需要采集到的数据量巨大，对海量数据未形成合理的解译方法。

发明内容

本发明针对现有技术在岩溶区河道勘察中存在的诸多问题，尤其针对河床内隐伏溶洞探查技术的缺陷，提供一种河道岩溶的多维探测装置及方法。本发明装置的目的是提出一种用于探测河道岩溶体分布的多维布设装置，该装置采用并行电法系统为测试技术手段，利用在河道两岸堤的场地上布设电极对，利用供电电极对向大地供电，利用测量电极对测量电位差，进而探测中河道两岸堤及河床的电阻率分布特征，具有施工方便快捷、简单的优势，达到对河道溶洞立体化探测的目的。本发明提供一种河道岩溶体的具体探测方法，利用并行电法仪测试河道内岩土体的地电数据体，利用层析成像技术获取岩土体的电性分布图，结合河道有关地质揭露资料，最终利用二维视电阻率图像推断出河道两岸堤下方岩土体的分布规律，利用三维反演电阻率层析成像成果推断出河床内岩溶体的分布、埋深、规模以及连通特性，成果可靠，有效地为探测范围地质灾害的评价提高技术支撑。

一种用于探测河道岩溶体分布的多维布设装置，包括测试系统和测试仪器，

测试系统包括两条平行布置在两河堤上的多芯电缆线，和与单条多芯电缆线相对应的无穷远B电极以及电位参比N电极；每条多芯电缆线上包括64道电极，每个电极通道可通过铜棒与大地相连；

测试仪器为并行电法仪，包括测试上位机模块、采集模块、电源模块以及连接各模块之间的传输模块，上位机用于采集参数设置，通过传输模块对采集模块进行数据采集与回收控制，电源模块用于采集模块工作过程中的供电，电源模块与采集模块之间利用电源线连接；采集参数包括采集模式，供电时间，采样间隔，起点电极号，终点电极号，供电方式；

并行电法仪置于到两堤多芯电缆线起始端的附近，每一岸的多芯电缆线通过航空插头与电法仪相连接，无穷远B电极、电位参比N极分别通过BN线与并行电法仪连接；并行电法仪通过采集多芯电缆线上的任意电极通道与无穷远B电极形成稳定电场的电位数据，把采集的电位数据与电位参比N极的电势相减，即为电位差ΔU，电位差ΔU与供电电流I可利用电阻率公式即可求取河道区岩土体的视电阻率值，其中K为装置系数；