基于GEM-2多频电磁技术与并行高密度电法的减量化土地复垦快速检测探讨.pdf
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1、第 卷第期 年月物探化探计算技术 收稿日期:第一作者:周俊峰(),男,硕士,高级工程师,主要从事岩土工程工作,:。通信作者:杨超(),男,硕士,高级工程师,主要从事工程物探工作,:。文章编号:()基于 多频电磁技术与并行高密度电法的减量化土地复垦快速检测探讨周俊峰,杨超,刘小松(上海元易勘测设计有限公司,上海 ;上海市浦东新区规划和自然资源管理局,上海 )摘要:上海是全国第一个在省级层面提出在全市域范围内实施减量化的城市,减量化后的土地是否存在建筑垃圾,其分布、含量是土地是否复耕的重要依据。这里综合多频电磁法()及并行高密度电法()对上海某减量化土地进行了快速探查工作。为进一步提高检测效率,以
2、多频电磁法()作为面积性快速扫描手段,以并行高密度电法()作为剖面测深控制,个频率的 数据所反应的不同深度的电导性平面特征,与 所反应的电阻性具有很好的对应性。研究表明,高电导率区域对应于钢筋污水池等钢筋混凝土构筑物的位置,低电导率与高电阻对应于砖块、混凝土块、水泥地坪等位置。通过利用高密度电法对 的刻画对比,以及现场开挖验证,结合文献调研,总结了地区相对经验性的深度校正公式,较好地解决了地下建筑垃圾埋深问题;在新的类似实践工作中,可完全利用 替代高密度电法,实现快速检测的目的。关键词:减量化;建筑垃圾;多频电磁法;并行高密度电法;快速扫描中图分类号:文献标志码:犇 犗 犐:引言上海市在 年拉
3、开了全市集建区外建设用地减量化的序幕,重点对建设水平较低的建设用地做减法,主要包括两部分:“”工业区域;农村宅基地,两者总面积约为 。其中有一部分是要通过土地整理和土地复垦,将其变为生态用地和耕地。如此巨大的建筑面积整理复垦后,下一步还需对该区域进行检测验收工作。然而,当前的垃圾检测是传统的钻孔(挖机)手段,即根据土地的建组或使用历史挑选一些区域用钻机取土(挖机开挖),这种手段对于大面积的土地来说既不准确、不全面,也不经济,随机性很强,上海及其他区域均存在这样的“工作瓶颈”。那么是否适于农用,土地下面的垃圾分布及其含量是其中一个关键因素,决定着是否作为合格农用地的一重要指标。针对减量化后土地的
4、检测工作,一方面要确定残留建筑垃圾的平面位置,另一方面要确定其深度,同时还要快速提供检测结果。目前,地球物理方法技术多应用于地下垃圾填埋场及其污染探测,减量化土地整理和复垦后的检测验收等相关工作则没有地球物理探测手段报道。减量化整理和复垦后的土地一般存在残留建筑垃圾,建筑垃圾由砖块、钢筋混凝土、混凝土碎块等组成,与土壤存在明显的物性差异。常用地球物图地块历史照片 理方法因受目标体大小、装置类型、地电条件、干扰异常等因素影响较大,特别是上海地区潜水位浅,往往很难探测出有效异常。是一种便捷式手持多频电磁勘探仪器,该仪器可同时发射多种频率,对应寻找不同埋深的地下掩埋物,适用于浅层地质勘查。由于其操作
5、简便、高效等优点,国内、外学者在多种不同的地质条件下对其进行了探索,并获得了较传统电磁勘探仪器更高精度的平面测量结果 ,同时也证实 电磁仪器在地表地质勘查中具有十分广泛的适用范围,适用于解决多种地质问题,但国内目前很少购置和使用该仪器。并行高密度电法技术()是一种分布式并行智能电极电位差信号采集方法,与常规传统高密度电法每次供电只能采得一个测点数据相比,网络并行高密度电法可同时获取多个测点数据,是一种全电场观测技术。含法、法类工作方法,一次测量,可解析出多种 装 置 类 型 数 据,同 时 采 集 时 间 呈狀倍 缩短 ,效率极高。鉴于 电磁仪器的简便高效性和其平面检测结果的高精度,以及并行高
6、密度电法全电场快速良好的垂向探测效果,笔者针对上海软土介质的地层特性,尝试以两种方法组合实现对减量化后土地的快速检测工作。减量化地块概况本次检测的减量化土地位于市区内,平均吴淞系统标高为,地块地形平坦,利于开展工作。卫星地图显示,年时地块以农田为主,南侧有少量民房分布;年地块南侧民房部分已拆除,农业用地可能已经流转为建设用地;年地块新增部分厂房;年至 年除西侧新增部分建筑外,其他基本未发生变化。截止到 年 月 日,地块进行探测之时,其内原有建筑已拆除,地表建筑已清理,地面已整平(图)。期 周俊峰,等:基于 多频电磁技术与并行高密度电法的减量化土地复垦快速检测探讨减量化整平后,需对该区域进行检测
7、验收工作。对于大面积的土地来说,钻机取土(挖机开挖)既不准确、不全面,也不经济,随机性很强。因此,针对建筑残留垃圾的具体分布,有必要开展相关地球物理勘探工作。工程地质特征及电性条件 工程地质特征地块所在区域是由长江下泄的大量泥沙在江海交互作用下不断加积而形成,属第四纪全新世()滨海河口、浅海、沼泽、溺谷相沉积层,主要由粘性土、粉性土及砂性土组成,探测深度范围内各土层主要分布特点为:第层杂填土,主要由砖块、混凝土块、碎石等建筑垃圾夹粘性土组成,地块内遍布,局部地段厚度较大;第层灰黄色粉质粘土,局部夹薄层粉土;第层 灰 色 淤 泥 质 粉 质 粘 土,夹 薄 层 粉土,土质不均 匀,地块 内遍 布
8、,其 间 粉土 富 集段,单独划分为夹层灰色粘质粉土;第层灰色淤泥质粘土,夹少量粉土,土质较均匀,地块内遍布(表)。地球物理特征根据电测井资料分析:总体上,探测区域呈低电阻特征,并在 范围内随着深度增加电阻率降低,且趋于“”;浅部各个土层之间呈“高低相间”的电性特征,界面相对较清晰,至淤泥质土电阻率急剧下降,电性不再具有可区分性(图),但土体与混凝土电阻率值差异明显,含混凝土、砖块的杂填土呈现中、高电阻特征,;淤泥质粉质粘土呈低电阻特征;粘质粉土夹层呈中电阻特征(表,图)。因而可以利用电性特征圈定异常带,推断混凝土基础的空间位置。方法原理及特点 多频电磁法()电磁法探测以地下介质的电性和磁性为
9、基础,通过发射线圈产生一个包含不同频率的一次电磁场,一次磁场在地下的良导体中感应出微弱的涡流电场,由此涡流产生一个二级磁场并与经空气传播的初级磁场叠加在一起被接收线圈检测和记录(图)。表地块土介质特征及电阻率参数 序号层位土层名称深度电阻率层杂填土 层粉质粘土 层上淤泥质粉质粘土 夹层粘质粉土 层下淤泥质粉质粘土 层淤泥质粘土 、层地下水 、层混凝土 电阻率:为收集上海地区 口电测井资料;混凝土等建筑基础主要埋于、土层内;电阻率:参数节选 于 工 程 物 探 技 术 标 准()附 录;深 度:钻 孔 实 测 顶 深;(最小值)(最大值)(平均值)物探化探计算技术 卷图软土介质电阻率曲线及特征
10、图 工作原理图(据 ,修改)接收线圈接收到的信号中,仅二次场信号能够反映地下介质电导率信息的,因此该系统利用补偿线圈分离出一次场和二次场。另外考虑到一次场比二次场信号强得多,同时将二次场和一次场做比值,并乘以,称为归一化二次场,用百万分之一()度量。对于水平共面模式(或垂直偶极子模式),地面以上犺高度观测,归一化二次场可以写成,:犎犛犎犘 狉犚(,)犺犑(狉)期 周俊峰,等:基于 多频电磁技术与并行高密度电法的减量化土地复垦快速检测探讨犐犻 犙()犚(,)犻 槡犻 槡()其中:犎犛为二次磁场;犎犘为一次磁场;狉为收发线圈距离;犺为仪器距地面高度;犑为零阶贝塞尔函数;为积分变量;为磁导率;为电导
11、率;为角频率;犐为同相分量;犙为正交分量。所测原始数据就是同相分量和正交分量,基于此,可以获得其他不同物理意义的参数。本次电 磁 法 检 测 工 作 采 用 美 国 的。该仪器工作频率范围为 ,最多同时采集 个频率,多个频率下测量介质响应相当于从多个深度测量,因此可以用来成像地下物体的三维分布。并行高密度电法()本次测区的测深检测工作,采用安徽惠洲地质安全研究院股份有限公司的 并行高密度电法仪完成。通过每个电极个 及开关装置的集成,实现全部电极的并行激与采集,供电测量过程中没有闲置电极(实测 道测量约 ),采集数据量海量提升,而采集时间呈狀倍缩短。)法。公共地电极犖与公共供电负极犅单独布设,测
12、线上狀个电极自动轮流取得作为供电正极犃、建立单点电源场的工作资格,每当个电极取得该资格后,测线上其余狀个电极自动扮演采集电极犕的角色。犃犕法能够解析出二极法、三极法在狀个电极中的所有电极距排列组合的视电阻率值(图(),。)法。公共地电极犖单独布设,测线上全部狀个电极中,循环性地由任意个电极取得作为供电正极犃、负极犅的资格,其余狀个电极则扮演采集电极犕的角色。法能够解析出所有四极法在狀个极中所有电极距排列组合中的视电阻率(图(),。根据测量互换原理,可以将法中正供电数据变为负供电数据,然后根据电极空间关系将正、负供电数据组合起来,即可取得对称四极数据,。因此,通过网络并行高密度电法技术,一次现场
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