[发明专利]一种小范围隐伏土洞垂向探测装置及探测方法

说明书

本发明公开了一种小范围隐伏土洞垂向探测装置及探测方法，所述探测装置包括波发射器和接收器，还包括长形的悬吊构件，悬吊构件的一端连接所述的波发射器，沿所述悬吊构件的长度方向等距离分布有m个接收器，所述波发射器具有环绕所述悬吊构件的长度方向设置的n个发射针，每个发射针长度方向与所述悬吊构件长度方向的共平面定义为一个垂向截面，每个接收器具有环绕所述悬吊构件的长度方向设置的n个接收针，使m个接收器的接收针都分别对应分布于各发射针所在的垂向截面上，每个垂向截面的发射针和对应的m个接收针构成一个发收系列。通过本发明可以获得土洞三维结构、规模和分布的具体情况。

技术领域

本发明涉及地质的勘测技术，具体涉及一种小范围隐伏土洞的垂向探测装置。

背景技术

岩溶区域最常见的不良地质有溶洞和土洞，溶洞多为岩层内受水流侵蚀形成的空洞、空槽；土洞多发育在覆盖型岩溶区域，为可溶岩层上覆砂或土层中形成的空洞。

根据地质工程经验，土洞发现于土岩交界面以及地下水水位附近的土层当中，较厚的上覆土层以及活跃的地下水活动为土洞提供了发育条件。地下水的潜蚀作用、水位变化造成的真空吸蚀作用以及土体的崩解作用是土洞形成的关键，同时土层性质、地形地貌、构造作用以及人工活动等因素，也对土洞的发育、分布和规模有较大影响。

土洞的工程危害类似溶洞，常常导致地面变形、开裂或塌陷等不良地质的发生，具有时间突发性、分布隐伏性、规模易扩大以及难勘测等特点，对工程建设危害性极大。由于岩溶区域的岩层常作为建筑基础的持力层，受重视程度较高，针对性研究经验丰富，无论是岩溶发育机理、类型分类还是勘测方法，前人的经验总结都十分详尽和丰富。虽然土洞不良地质的工程危害也很大，但其相比溶洞的受重视度不高，研究薄弱，可借鉴资料较少。勘察时存在以下弱点或不足：

一、现有物探方法和设备无法做到对土洞的全方位探测。目前岩溶地区物理探测方法主要有管波法、地震波法和大地电磁法。其中管波法需要孔液，只适用于可溶岩岩层探测，无法探测干洞等地质情况，不适用于土层中的土洞探测；地震波法是目前最常用的物探方法，广泛应用于滑坡、溶洞、断层裂隙等不良地质及岩层界面、土岩界面的探测，但其探测数据主要为层或面，可以探测到土洞存在的深度，但难以进一步探测土洞的规模(即三维分布)；大地电磁法探测采用电磁波传导勘测，具有精度高，误差小，探测范围广的特点，但设备复杂，操作繁琐，探测的成本高昂，明显不适用于小型构造物附近的地质探测。

二、对于部分已有钻孔资料的桩基础或浅基础工程，因为只能探明某一土洞存在的深度，洞的分布方向及具体规模很难探明查清。大部分施工单位只能通过深挖或桩基础施工过程中确定土洞的规模分布，增加了很大的经济成本，还潜在安全风险。

三、无法对探测区域地质状况进行快速三维模拟。目前的土洞或溶洞探测，一般采用垂向的管波探测，或纵向地震波法、大地电磁法进行的二维探测，再进行多条合并的三维模拟，后期解译模拟的不确定因素多，存在模拟失真的缺点，探测的效率也低。

发明内容

本发明的目的之一是提出一种小范围隐伏土洞垂向探测装置，可用于快速采集土洞多个垂向截面的边界数据，通过三维模拟土洞的空间分布，获得土洞的规模数据。

本发明的目的之二是提出一种利用上述探测装置进行小范围隐伏土洞垂向探测的方法。

本发明的第一个目的通过如下技术方案实现：

一种小范围隐伏土洞垂向探测装置，包括波发射器和接收器，还包括长形的悬吊构件，所述悬吊构件的一端连接所述的波发射器，沿所述悬吊构件的长度方向等距离分布有m个接收器，所述波发射器具有环绕所述悬吊构件的长度方向设置的n个发射针，每个发射针长度方向与所述悬吊构件长度方向的共平面定义为一个垂向截面，每个接收器具有环绕所述悬吊构件的长度方向设置的n个接收针，使m个接收器的接收针都分别对应分布于各发射针所在的垂向截面上，每个垂向截面的发射针和对应的m个接收针构成一个发收系列，其中m,n均为正整数；