黃霖　李祖能

摘要：文章以龍灘天湖特大橋古滑坡堆積體勘察項(xiàng)目為例，針對滑坡項(xiàng)目物探勘察階段成果數(shù)據(jù)，使用三維可視化建模分析軟件（EVS）對其進(jìn)行建模技術(shù)處理，經(jīng)二維反演數(shù)據(jù)與三維模型結(jié)合應(yīng)用表明，基于EVS軟件的高密度電法三維建模研究及應(yīng)用展示，能夠?yàn)楣呕碌刭|(zhì)勘察三維可視化研究提供幫助，較為直觀地呈現(xiàn)巨厚層松散體分布，進(jìn)而在實(shí)際工作中解決相關(guān)問題。

關(guān)鍵詞：古滑坡;高密度電法;EVS三維建模;三維可視化

中圖分類號：U412.22A050185

0 引言

滑坡是公路、鐵路建設(shè)工程中常見的自然災(zāi)害，高密度電法則是滑坡工程勘察常用的物探方法，其以地下巖土介質(zhì)的導(dǎo)電性差異為前提，通過采集和計(jì)算人工建立的地下穩(wěn)定電流場的分布數(shù)據(jù)[2]，反演二維地電斷面。二維斷面在重要勘察項(xiàng)目上表現(xiàn)形式不是很直觀，大多只能反映局部線段的異常，不能直觀呈現(xiàn)整體異常發(fā)育的趨勢。而目前高密度電法數(shù)據(jù)三維模型的呈現(xiàn)方式多為三維網(wǎng)格化的形式，該方法的效率及效果不佳。本文介紹的EVS建模軟件則能很好地解決以上問題。近年來EVS大多應(yīng)用于地層建模[3]， 也可以應(yīng)用于建立物探數(shù)據(jù)模型，能較為直觀地展示巖土物理性質(zhì)在空間的分布關(guān)系。本文以南丹至下老高速公路K69+533～K70+020龍灘天湖特大橋古滑坡堆積體勘察項(xiàng)目為例，通過EVS軟件對高密度電法數(shù)據(jù)進(jìn)行三維可視化處理，得到三維切片圖和三維地層模型圖，相比于二維反演圖更直觀，能更加立體地展示物探成果，讓工程人員更加直觀地了解工程狀況。

1 項(xiàng)目概況

測區(qū)位于龍灘水庫（紅水河）東北岸，屬剝蝕低山丘陵地貌，測區(qū)地層主要由第四系覆蓋層（Q）及三疊系中統(tǒng)（T2）基巖組成。第四系覆蓋層（Q）：粉質(zhì)黏土、褐黃色、混碎石和局部夾有角礫，碎石成分主要為風(fēng)化的粉砂巖、泥巖。三疊系中統(tǒng)（T2）地層：砂巖、局部夾頁巖、淺灰色、砂狀結(jié)構(gòu)、中厚層狀構(gòu)造。據(jù)地質(zhì)調(diào)查及區(qū)域地質(zhì)資料顯示，橋[KG（0.07mm]址處無區(qū)域性斷層或斷裂構(gòu)造破碎帶存在?；聟^(qū)域褶皺很發(fā)育，巖層產(chǎn)狀較為散亂，巖層總體傾向EES，沿河邊出露的巖層產(chǎn)狀為20°/SE∠17°。通過地質(zhì)調(diào)查結(jié)合訪問調(diào)查，得知測區(qū)以前有滑動的現(xiàn)象，調(diào)查滑坡裂縫已被充填，在地表上基本沒有明顯裂縫反映。如圖1所示，地形特征上，滑坡體堆積體在樁號約K69+500～K69+650段有一個平臺，分布于滑坡體堆積體中后部，高程為500～545 m，平臺地勢稍平緩，與周邊場地形成明顯反差?；麦w堆積體主要位于山體中部，相對高于紅水河水位，地表也無積水，因此滑坡區(qū)地下水、地表水主要以大氣降雨補(bǔ)給為主。根據(jù)出露的巖層產(chǎn)狀，推測為沿特征節(jié)理面在基巖強(qiáng)風(fēng)化層逆層古滑坡，在當(dāng)前自然條件下，滑坡體堆積體處于穩(wěn)定狀態(tài)。

2 地球物理前提

測區(qū)內(nèi)第四系覆蓋層與基巖、基巖不同風(fēng)化層間、古滑坡的坍塌及滑移造成巖土的松散以及滑動面附近的地層含水率不同，致使地下介質(zhì)在密度、電性參數(shù)（如介電常數(shù)，電導(dǎo)率等）存在明顯的差異，形成明顯的電性界面，為該區(qū)開展高密度電法勘探提供了良好的地球物理前提。本次高密度電法勘察工作布置5條測線，使用電極距為10.0 m，采用溫納裝置進(jìn)行觀測。

3 EVS在高密度電法數(shù)據(jù)三維可視化中的實(shí)現(xiàn)

3.1 EVS地質(zhì)建模簡述

EVS是美國C Tech公司的經(jīng)典軟件[4]，此軟件基于數(shù)據(jù)驅(qū)動，采用成型的功能模塊，靈活定制工作流程布局，具有數(shù)據(jù)可視化及模型動態(tài)更新的優(yōu)點(diǎn)，能較好地滿足地質(zhì)建模的需求。

3.2 數(shù)據(jù)預(yù)處理

在對高密度電法數(shù)據(jù)進(jìn)行三維可視化處理之前，需要對數(shù)據(jù)進(jìn)行二維帶地形反演，通過RES2DINV（二維反演軟件）反演導(dǎo)出具有二維橫、縱方向坐標(biāo)及相應(yīng)坐標(biāo)視電阻值的Surfer文本文件，通過Excle（電子表格）結(jié)合實(shí)地測量數(shù)據(jù)進(jìn)行換算，將x坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為大地坐標(biāo)并使用XLSX存盤，用EVS中Tools標(biāo)簽頁上的相應(yīng)工具生成ADPV文件[3]，如圖2所示。

3.3 地層、物探建模

通過建立地表地層模型，進(jìn)一步對高密度反演數(shù)據(jù)進(jìn)行插值處理，形成三維模型。一些步驟如圖3所示，先用make_geo_hierarchy模塊建立好地層，隨即形成了.geo和.gmf格式的數(shù)據(jù)，再用krig_3d_geology模塊進(jìn)行地質(zhì)建模，使用krig_3d模塊對高密度電法數(shù)據(jù)進(jìn)行插值計(jì)算。

3.4 三維地質(zhì)模型的生成

通過以上流程，大致繪制出高密度電法反演數(shù)據(jù)在空間模型中的展示，如下頁圖4所示是數(shù)據(jù)點(diǎn)離散圖，下頁圖5則為結(jié)合地層形成的三維模型圖。對于已生成的三維模型，可以對圖層進(jìn)行任意方向的切片，也可以結(jié)合鉆孔數(shù)據(jù)，形成更加直觀可靠的三維模型[5]。如下頁圖6所示，只要根據(jù)一定的邏輯對其模塊進(jìn)行二次流程化處理即可得到不同的結(jié)果[6]。三維可視化建模中的一些細(xì)節(jié)也需要注意，比如高密度電法數(shù)據(jù)在豎向的曲線類型為“H”型，在建立堆積體模型前需要對電法數(shù)據(jù)進(jìn)行梯度處理。另外插值算法中存在數(shù)據(jù)受到地層各向異性影響問題[7]，應(yīng)結(jié)合地質(zhì)調(diào)查判斷異常的分布趨向，在插值計(jì)算中增加方位幅度參數(shù)修正模型。以上細(xì)節(jié)方法在本文不展開分析。經(jīng)細(xì)化處理后，最終形成了推測滑坡體堆積體空間模型（見下頁圖7）。

4 二維反演數(shù)據(jù)與三維模型結(jié)合應(yīng)用與評價

測區(qū)第四系覆蓋層為黏土夾碎石，結(jié)構(gòu)相對下伏基巖松散，由于處于斜坡，地表水下滲速度較快，其相對含水率低，在高密度電法視電阻率反演等值線剖面圖（見圖8）上相對下伏砂巖表現(xiàn)為相對高阻，強(qiáng)風(fēng)化基巖相對低阻，滑動層及滑動層面附近的破碎帶相對于覆蓋層及基巖表現(xiàn)為低阻，覆蓋層下相對低阻的巖層或區(qū)域與強(qiáng)風(fēng)化層相對應(yīng)，而低阻條帶與滑動層及滑動層面附近的破碎帶相對應(yīng)。通過對剖切的電法數(shù)據(jù)EVS三維模型（見圖5、圖7）進(jìn)行觀察，結(jié)合地質(zhì)鉆孔資料（如圖9所示），可以較為直觀地看到在地形特征上，滑坡體堆積體主要位于山體中部。

古滑坡的確定：根據(jù)高密度電法的視電阻率等值線在垂向及水平上變化規(guī)律，結(jié)合地面地質(zhì)調(diào)查來綜合確定。

滑坡深度的確定：高密度電法視電阻率等值線剖面圖上表現(xiàn)為等值線變稀疏，等值線呈半閉合圈或條帶狀低阻區(qū)域（帶）。依據(jù)地質(zhì)調(diào)查及物探勘察結(jié)果（見表1），物探推斷主要的古滑坡影響區(qū)域主要在K69+410～K69+840段，推測面積約101 344 m2，滑坡面深度為8～70 m。

綜上所述，高密度電法在滑坡巨厚層松散體勘察中提供了依據(jù)，是較為有效的物理勘察手段?；贓VS軟件建立的高密度電法三維模型能較為直觀地在滑坡勘察中呈現(xiàn)巨厚層松散體，模型可進(jìn)行任意剖面的剖切，并展示低阻異常區(qū)域。同時，也可以導(dǎo)入鉆孔與地層巖性，并進(jìn)行相關(guān)描述及解決相關(guān)地質(zhì)問題，如確定滑坡的潛在滑面位置、幾何形態(tài)及構(gòu)造情況等參數(shù)，能為其穩(wěn)定性分析、范圍確定、災(zāi)害程度判斷以及治理方案設(shè)計(jì)等提供依據(jù)。

5 結(jié)語

基于EVS軟件的高密度電法三維建模研究及應(yīng)用展示，能夠?yàn)楣呕碌刭|(zhì)勘察三維可視化研究提供幫助，可較為直觀地呈現(xiàn)巨厚層松散體分布，也能為更多的物探數(shù)據(jù)呈現(xiàn)方式提供途徑。EVS軟件在越來越多的工程、研究項(xiàng)目中得到運(yùn)用，能實(shí)現(xiàn)與ArcGIS、Revit、Civil 3D 等三維建模軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，這為地質(zhì)勘探信息處理提供了更多幫助。但由于該軟件在我國的發(fā)展還處于起步階段，其操作界面仍未漢化，另外雖然看似有成型的模塊應(yīng)用，但使用時也應(yīng)注意數(shù)據(jù)參數(shù)對建模形成的影響。總之，隨著勘察項(xiàng)目工程的發(fā)展，勘察技術(shù)和成果的豐富性也應(yīng)隨之提高，展示更智能化、立體化的研究成果。

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作者簡介：

黃 霖（1994—），助理工程師，主要從事物探檢測工作;

李祖能（1964—），高級工程師，主要從事物探檢測工作。