1“土洞”概述

在高速公路、铁路等交通基础设施选线时，出于保护山区林地及节约成本考虑，大多会优先选择河流冲积平原地带^[1]。在位于某河流冲积平原地带的高速公路项目建设过程中，发现了独特的地质现象，即在沿线地表覆盖层中零散地分布着几处中空的土洞（见图1），且分布零星散落，无规律可循。

这种独特的“土洞”位于地表浅埋层，规模不大，由粉质黏土、砂砾和素土整体包裹而成，但由于其零星散布、无规律可循，地表无明显异常，而且相互之间无明显管道相连或相通，若建设期间没有引起机械下陷等问题，几乎很难通过地表特征被发现；但若在路基下方零星分布，则会对建成后的高速公路运营安全造成很大的隐患^[2]。

“土洞”发育区属于低山丘陵地貌，地形较平坦，局部稍有起伏。地表覆盖层为平原冲洪积层，主要岩性为黏性土、软（弱）土、砂类土及碎石类土，厚度变化较大，为典型的河流阶地二元结构地层，不同粒径的细粒土及细粒土与黏性土相互穿插，使地层形成复杂的透镜体结构，山间沟槽地带一般厚5～30m，局部较厚，平原区大于20m，勘探深度内最大厚度达80m。出露二叠系（P）地层以灰白色、青灰色灰岩为主，岩溶中等发育，下覆基岩为厚层至块状细晶灰岩、隐晶质灰岩与白云质灰岩，夹薄层状泥质灰岩、页岩，弱风化为主。

区内雨量充沛，年降水量1 278.30～2 493.50mm，多年平均降水量1 822.7mm，其中85%集中在5—9月，月降雨量以12月至次年1月最少。平均年降雨天数为107d，日最大降雨量510mm(1981年）。相对湿度3月最低为63%,8月最高达83%。蒸发量6—9月最低，为59.4～68.2mm,3月最高达172mm。

为进一步了解与探明“土洞”形成的原因与机制，并为排除“土洞”对线路造成的安全隐患提供参考和依据，对其进行开挖与换填处置。根据开挖及换填处置过程中揭示出的地层特点，并结合当地的水文特征，对“土洞”形成的原因与机制有了更加清晰和全面的认识。

施工过程中的开挖揭示了“土洞”分布的地层属于典型的河相沉积地貌（见图2,3），当处于雨量充沛的雨季时，地表降水丰富，造成山洪，河道泛滥，地表水流经区域形成由细、中、粗砂砾层及黏性土层、碎石类土层等的分层河相沉积^[3]。

随着雨季、旱季的交替变化，地表水量、地下水水位也会发生变化。雨季时当地多年平均降水量为1 822.7mm，雨量充沛，导致5—9月期间该区域常常浸泡在地表水水面以下，地下水位线也随之升高；当旱季来临，伴随着地表水下渗及地下水水位降低的过程，在自然水的搬运作用下，地层中的浮土、黏性土以及颗粒小的细砂、中砂会被慢慢带入标高更低的粗砂砾层中^[4]。随着岁月交替，某一黏性土层或某一细砂砾层中的浮土、黏土、细砂等就会被水抽走慢慢形成“土洞”。其形成原因和机制如图4所示。

高密度电法是一种成熟、有效、传统的物探探测手段，其探测的基本原理是探测对象要有明显的导电性差异，即探测对象要与地质背景存在明显的电阻率大小区别，“土洞”是发育在地表上层覆盖土层中，中空、半中空或局部填充很松散的土，电阻率偏高，而土层的电阻率又普遍偏低，所以可通过电阻率高低将“土洞”从地质背景里分离出来，“土洞”在电阻率等值线剖面图中的反映是存在于土层中的高阻异常区^[5,6]。

从当地地质和水文特征出发分析“土洞”形成的原因和机制，并从物理学角度提出有效、简单的物探探测手段，为下一步工程处置提供依据和参考，以便更好地排除隐患，在指导路面施工的同时，为类似“土洞”问题的分析、研究与工程处治提供新的思路和解决方法。