深層地滑邊坡運動歷程特性研究

蔡佳昱 鄒韜

(江西省地質礦產開發(fā)局水文地質工程地質大隊,江西南昌 330095)

深層地滑邊坡運動歷程特性研究

蔡佳昱 鄒韜

(江西省地質礦產開發(fā)局水文地質工程地質大隊,江西南昌 330095)

深層地滑特征為邊坡滑移范圍大、移動速率緩慢、短時間內不易察覺,一旦觸發(fā)條件發(fā)生致使邊坡滑移運動加速,極可能引發(fā)突變式山崩,造成重大災難。本文對深層地滑邊坡運動歷程特性進行研究。

深層地滑 邊坡運動 歷程特性 研究

1 深層地滑

深層的巖體潛移在歸納上屬流動型邊坡破壞模式,潛移作用不僅影響淺層土壤,亦可能發(fā)生在深層巖體。地滑多發(fā)生于山坡地或巖屑層,呈塊狀滑落,其滑落后亦不致破碎,地下水為必要條件。如建立分五種邊坡坡壞的模式,主要因巖石受重力作用長期影響下而造成蠕變(圖1)。

2 調查方法與案例

現(xiàn)況調查就先從地質與地形條件推測之可能發(fā)生地滑的地滑區(qū),因為很難定義其滑動面,所以進行各種地滑的地表現(xiàn)象或征兆等調查,推測地滑機制。一般現(xiàn)況調查包括其判釋滑動范圍的大小、滑動方向等。于野外踏勘(現(xiàn)地勘查)階段之地表地質調查,系根據(jù)地形圖、地質圖、多時期的遙測影像以及航空照片等的判釋結果,赴野外現(xiàn)地調查山崩地形特性,及巖性、地層、構造等地質特性,以了解山崩之范圍、形態(tài)及滑動方向等,并予以分區(qū)；機制調查是針對地滑區(qū)內各滑動體的地質、滑動面深度．滑動型態(tài)、規(guī)模、及水文等進行三度空間的調查。雖然地滑的機制相當復雜,但是為了要了解引發(fā)地滑的地下水動態(tài)、地下地質、風化及變質的情形、滑動面深度、以及斜坡穩(wěn)定分析所需之土壤力學參數(shù)等。因此對于決定防治工程的種類與方法而言,機制調查是一個極重要的工作,且其調查的精確度可影響地滑防治工程的成功與否。機制調查項目大致有地球物理探測、鉆探、滑動面調查、地下水調查、土質特性調查等。山崩的特性多因其類型而異,故調查方法亦應隨地滑類型而組合較有效方式進行之。

3 邊坡變形之分析方法

3.1 遙測影像判釋

由衛(wèi)星影像及航空攝影照片中,可有效率的得知大范圍土地利用分布,其方法主要分為人工以及自動影像判釋,其中人工影像判釋經常需要數(shù)次的數(shù)據(jù)套迭、數(shù)化與檢視等工作,往往耗時并且效率低,但以準確率高為最大優(yōu)點；自 動影像判釋主要是以訓 練計算機并且使用其高速批次計算能力,在短時間內得到判釋后的影像,但其缺點為易受影像質量直接影響,當影像本身分辨率不足或是色調分布不均,往往會有失其準確性；而此些方法在受到植生復育的舊崩塌地中,會有大量崩塌地被漏授情況發(fā)生,由圖中可以看出紅色虛線A、B處所標示的區(qū)域之植生高度與周圍的地區(qū)不同,A、B 兩區(qū)受到崩塌而流失原先植被,過了一段時間植被再次復生；由 B處復生后的情況來看,大部份崩塌地皆已被植被覆蓋,無法清楚由遙測影像中觀察到,而A處頂端可能是因為復育后再經崩塌造成,因此可以較明顯觀察到裸露的地表；整體來說,因為植生的復育,會造成自動判釋舊崩塌地的成效并不理想。衛(wèi)星影像的判釋方法可以分成直接判釋、比對判釋及推理判釋等三種基本方式推理判釋是遙測影像的主要方法,崩塌地、地滑及土石流在遙測影像上也會顯示出特殊形狀,如崩塌地常出現(xiàn)的馬蹄形、舌形。

圖1 邊坡坡壞類型

遙測影像中的崩塌地特點:

(1)色調很亮:由于剛發(fā)生的崩塌,植生尚未恢復。

(2)河岸或邊坡之趾部受河流切割。

(3)河道突然變窄或彎曲:滑動中或不久前滑動之崩塌地,其趾部會凸向河流,致使河流變窄。

(4)大量松散的土壤或巖塊堆積于陡坡下。

(5)崖坡下具有圓丘狀滑動體及緩起伏地形。

(6)在崖坡具有斷裂及張力裂隙。

(7)不自然之地形,如湯匙形或長帶形之低洼地。

(8)地下水滲漏帶。

(9)長條形排水不良的長低洼地。

(10)密集的排水道。

(11)排水路線或河谷中堆積大量土石。

(12)在照片上色調變化很大的區(qū)域。色調較暗表示有較多的水分。

(13)因潛移造成樹木傾斜及籬笆移位。

3.2 數(shù)值地形

圖2 植被復育崩塌地

數(shù)值地形模型是利用數(shù)學的方式描述地表連續(xù)的變化的一種模型。主要是使用航空立體像配合地面控制點的方法產制而成；其原理主要是應用由不同角度所拍攝的航空影像,飛行器由不同的航道中可以取得同一地點不同角度的航空攝影圖,之后再由地面控制點求得地面各點之三維坐標,即可產制DTM。而在地理資訊系統(tǒng)中,數(shù)值地形模型通常包括高程、坡度和坡向等。其中,高程多為主要資料,而坡度、坡向等多為衍生數(shù)據(jù)。

4 微地動量測技術應用

微地動主要表示近地表之環(huán)境振動,由不同震源所引起的能量夾雜在一起,在地表附近地層中不斷地振蕩迭加形成的訊號。如生物活動、車輛行駛、大氣壓力的變化、風的影響、潮汐或海浪的作用等,皆會造成微地動。

4.1 微地動背景

微地動訊號在地表沒有地震的時候,以極小的振幅不停的來回震動,其震動的來源為自然界以及人類活動所產生的能量,如:風吹的影響、車輛行駛造成的振動、生物活動、人為因素、海浪等,對地表產生震動的作用造成影響,在地表鄰近的地層來回震動迭加,造成微地動,又稱地球噪聲。這些能量由于地層間速度差異在近地表地層內進行復反射、折射,形成類似表面波的形式傳遞,并以表面波基模方式存在。因此利用微地動數(shù)據(jù)來進行場址效應的研究,應該最能顯現(xiàn)出近地表之地層特性。短周期之微地動,主要是由場址附近交通引起之地區(qū)性雷利波所組成。

利用微動量測傅氏頻譜比值的方法,優(yōu)點為可以有效消除雷利波對量測數(shù)據(jù)的干擾,用于推估土層厚度以及地盤基本周期。然而這些信號過去被歸納為背景雜信。微地動的優(yōu)點主要在于費用低、操作快速、方便,且微地動之數(shù)據(jù)隨時皆可取得。目前微地動已經廣泛的使用在評估場址效應及地震微分區(qū)當中。推算地盤振動基本周期之方法可以分成分析法、經驗法及量測法三種。利用微動量測儀器紀錄地盤的微動反應,推估地盤基本周期或地盤顯著周期。

4.2 單站頻譜比法

利用傅氏振幅譜原理,對所量測的訊號進行傅氏轉換至頻率域,再利用單站頻譜比法,將水平向與垂直向的頻譜相除,其比值代表不同頻率的放大因子,即反應部分場址特性。在頻譜比之峰值所在的頻率即為顯著頻率,其倒數(shù)為基本周期,可反應場址的地體特性。

微地動的震源主要受到來自地表附近雷利波的影響,利用微地動數(shù)據(jù)估算場址效應所得單站頻譜比法之經驗式。利用井下的地震儀當作地下巖盤參考站,發(fā)現(xiàn)在地表沖積層站所記錄到之垂直向傅式頻譜Sv(f)會大于地下巖盤站之垂直向傅式頻譜Bv(f),所以震源所造成的垂直向放大效應As(f)可視為:

而我們可以將雙站頻譜比法估算之水平向場址效應SE(f)表示為:

為了去除震源所造成的放大效應,我們將(1)式除以(2)式,即:

也就是單一測站之水平向傅式頻譜除以垂直向傅式頻譜,簡稱為H/V Ratio,本次研究會透過此值作為場址效應之評估依據(jù)。

5 結語

利用微震動量測求得場址特性,顯示出地區(qū)主頻值介于0．1～0．5Hz頻段范圍內的位置,包括大部分平原、平原沿海區(qū)域等,顯示了這些地方之沖積層極厚或S波波速很低的反應；主頻值介于0．5～1．5Hz范圍的區(qū)域,包括大部分盆地、大部分平原區(qū)域,顯示著這些區(qū)域內之沖積層較厚或是S波波速較低的現(xiàn)象；主頻介于3．5～6Hz頻段之區(qū)域,大部分出現(xiàn)在盆地、平原外圍,靠近丘陵、山區(qū)的位置,主要丘陵區(qū)內、靠山區(qū)域,顯示沖積層較薄之反應或S波波速較高、地層較堅硬；主頻位置介于6Hz～10Hz以上區(qū)域,主要出現(xiàn)在部份丘陵區(qū)域、盆地北段、近山區(qū)位置,主頻較高區(qū)域顯示這些測站下方之沖積層很薄或是S波波速較快,類似良好巖盤站之反應。在某些特定地形及地質構造之邊坡上可觀察到地振動放大與極化現(xiàn)象,而且常沿著可能滑移方向產生最大放大。

[1]姜德義,朱合華,杜云貴,編著.邊坡穩(wěn)定性分析與滑坡防治[M].重慶大學出版社,2005.