滑坡地質(zhì)災(zāi)害勘察中多道瞬態(tài)面波的應(yīng)用

■容方雨

（廣東省有色金屬地質(zhì)局九三三隊(duì)廣東肇慶526060）

滑坡地質(zhì)災(zāi)害勘察中多道瞬態(tài)面波的應(yīng)用

■容方雨

（廣東省有色金屬地質(zhì)局九三三隊(duì)廣東肇慶526060）

一直以來(lái)，滑坡地質(zhì)災(zāi)害都是一種危害比較大的自然災(zāi)害，對(duì)建筑工程的正常使用造成了比較大的影響。為了提升對(duì)滑坡坡面的認(rèn)識(shí)，在進(jìn)行滑坡地質(zhì)災(zāi)害勘察時(shí)，多使用多道瞬態(tài)面波法進(jìn)行勘察。使用這種地質(zhì)勘察方法，不僅可以將滑坡體巖土分層情況劃分出來(lái)，而且可以對(duì)比分析多道瞬態(tài)面波實(shí)測(cè)軟弱面和滑動(dòng)面之間的關(guān)系，為治理滑坡地質(zhì)災(zāi)害提供相應(yīng)的參考資料。基于此，本文對(duì)滑坡地質(zhì)災(zāi)害勘察中多道瞬態(tài)面波的應(yīng)用進(jìn)行探討。

滑坡地質(zhì)災(zāi)害 勘察 多道瞬態(tài)面波 應(yīng)用

在工程施工建設(shè)過(guò)程中，滑坡地質(zhì)災(zāi)害是破壞邊坡穩(wěn)定性的一個(gè)常見(jiàn)的地質(zhì)災(zāi)害。為了控制滑坡對(duì)工程建筑造成的危害，首先要先搞清楚滑坡的組成成分以及滑坡的結(jié)構(gòu)構(gòu)造。了解巖層的特點(diǎn)、滑坡的形態(tài)以及位置面等。在對(duì)滑坡地質(zhì)災(zāi)害進(jìn)行勘測(cè)時(shí)，多道瞬態(tài)面波是一種有效的勘測(cè)方法，使用多道瞬態(tài)面波可以準(zhǔn)確探測(cè)到不同深度下介質(zhì)的變化情況，進(jìn)而確定出滑坡的坡面形態(tài)。具有較高的推廣應(yīng)用價(jià)值。

1 多道瞬態(tài)面波法勘探原理

面波又叫做瑞雷波，是一種沿著介質(zhì)自由表面進(jìn)行傳播的彈性波。其傳播的規(guī)律體現(xiàn)了傳播過(guò)程中所有涉及到的介質(zhì)彈性參數(shù)。瑞雷波法不僅對(duì)波的運(yùn)動(dòng)學(xué)特征進(jìn)行了利用，并且對(duì)波的動(dòng)力學(xué)特征也進(jìn)行了利用。而常規(guī)反射波法和地震折射波法主要是根據(jù)波運(yùn)動(dòng)學(xué)特征進(jìn)行分析，并且對(duì)波速要求、地層厚度要求、阻抗要求比較大。從瞬態(tài)面波物理機(jī)制可以看出，相較于反射波和折射波，瞬態(tài)面波剖面法不但可以探測(cè)滑坡面埋深及起伏形態(tài)，而且可以對(duì)滑坡不良地質(zhì)進(jìn)行詳細(xì)分層，且不受倒轉(zhuǎn)層位的影響，所獲取的地層信息主要下述幾個(gè)方面的特點(diǎn)：（1）不同瑞利波波長(zhǎng)，可以穿越的深度也有所差異。（2）瑞利波在層狀介質(zhì)中傳播時(shí)，具有頻散性的特征。（3）由于淺層具有比較高的分辨率，和其他種類的彈性波相比，相同介質(zhì)中瑞利波的傳播速度最慢，只能在表層中某個(gè)特定的深度范圍中傳播。（4）橫波的傳播速度和瑞利波傳播速度有一定的相關(guān)性。（5）在使用瑞利波時(shí)，只需要使用不同的傳播速度就可以實(shí)現(xiàn)覆蓋層的分層。（6）在勘探過(guò)程中，對(duì)野外山溝條件和地層的基本要求不高，具有高效、省力等方面的優(yōu)點(diǎn)。

2 多道瞬態(tài)面波的工作方法

在布置多道瞬態(tài)面波時(shí)，要挨著主滑面進(jìn)行布置，側(cè)線的兩端要布置在穩(wěn)定性良好的區(qū)域。沿著某個(gè)固定的方向進(jìn)行測(cè)點(diǎn)的排列。當(dāng)野外條件受到限制時(shí)，可順著等高線進(jìn)行布置，并在地形圖標(biāo)上將方向標(biāo)出來(lái)。為了保證采集資料的整體質(zhì)量，最好使用24道采集。當(dāng)探測(cè)深度比較淺時(shí)，可以使用1/0.5m的道間距，使用十八磅大錘敲擊排列尾端和前端，也可以使用炸藥作為震動(dòng)源。當(dāng)面波在自由表面周圍傳播時(shí)，波傳播方向的質(zhì)點(diǎn)會(huì)在垂直平面內(nèi)產(chǎn)生振動(dòng)，隨著深度的不斷增加，振幅會(huì)隨之減少，面波的垂直振幅和水平振幅會(huì)從彈性介質(zhì)表面逐漸向內(nèi)部變小，能量的一大部分會(huì)在波長(zhǎng)1/2深度范圍中損失。由于面波在多層介質(zhì)中具有顯著的頻率散性，面波順著地層傳播時(shí)，對(duì)表層深度造成的影響大約為一個(gè)波長(zhǎng)，所以波長(zhǎng)的傳播特性可以將水平方向上地質(zhì)條件的變化顯示出來(lái)，波長(zhǎng)面波不同，所表現(xiàn)不同情況下地質(zhì)特性也不同。

3 多道瞬態(tài)面波的作用

3.1 對(duì)地層進(jìn)行劃分

在滑坡勘察中，使用多道瞬態(tài)面波劃分地層非常重要，準(zhǔn)確的分層會(huì)對(duì)滑坡穩(wěn)定性的計(jì)算造成比較大的影響。劃分地層主要是利用振幅、波形、擬層速度、頻散曲線拐點(diǎn)等物探參數(shù)來(lái)對(duì)地質(zhì)情況進(jìn)行表述的過(guò)程。當(dāng)前，在分析地層情況時(shí)，主要從下述三個(gè)方面開展工作：（1）采集原始波形。利用波形可以將覆蓋層的厚度確定出來(lái)，通常覆蓋層比較厚時(shí)，波的頻率會(huì)較低，波形會(huì)比較緩，反之，覆蓋層比較薄時(shí)，波的頻率較高，波形會(huì)比較陡。地質(zhì)模型不同，地震波形也存在一定的差異性，在處理和解釋面波資料時(shí)，要綜合考慮。（2）視速度Vr和頻散曲線拐點(diǎn)。對(duì)于殘積土界面和坡積土，通?？梢岳霉拯c(diǎn)和視速度進(jìn)行分析，當(dāng)視速度低于300m/s時(shí),就是滑坡滑動(dòng)面需要重點(diǎn)考慮的位置。（3）在進(jìn)行解釋的過(guò)程中，擬層速度Vx是非常重要的一個(gè)因素，通常情況下，根據(jù)波速的快慢可以將土質(zhì)的強(qiáng)弱程度確定出來(lái)，因此可以使用波速Vx劃分地層，場(chǎng)地不同，對(duì)應(yīng)的地質(zhì)模型也不同。所以，要盡可能根據(jù)鉆孔資料來(lái)對(duì)地層進(jìn)行分層，對(duì)場(chǎng)地地層分布特征進(jìn)行分析后將某個(gè)速度層所對(duì)應(yīng)的地層確定出來(lái)，當(dāng)一個(gè)場(chǎng)地中有的地質(zhì)單元類型比較多時(shí)，可以使用不同的速度分析同一個(gè)地層。

3.2 軟弱面的確定

在對(duì)軟弱面進(jìn)行確定時(shí)，可以根據(jù)波擬層速度彩色剖面圖進(jìn)行分類，一種是滑坡在滑動(dòng)面潛伏，另一種是滑動(dòng)過(guò)后滑坡所在的滑動(dòng)面。對(duì)于第一種可以在滑坡面中段確定出來(lái)，根據(jù)地質(zhì)條件和波速將深度確定好以后，以圓弧狀進(jìn)行劃分。后者是根據(jù)拐點(diǎn)結(jié)合地質(zhì)分層的基本特征來(lái)劃分。

4 實(shí)際應(yīng)用案例

4.1 案例介紹

某地質(zhì)災(zāi)害所在地區(qū)為丘陵地區(qū)，受侵蝕腐蝕嚴(yán)重，受構(gòu)造影響比較大。山體走向?yàn)闁|—東北走向，地質(zhì)災(zāi)害處于該山中部北側(cè)坡，長(zhǎng)度高程為125～192m,高差最大值為72m?；路秶鷥?nèi)中主要植物為雜草和小樹。此地段坡度比較陡，，坡度在30°～45°之間，地形上部比較陡，中部稍微平緩下部又比較陡，地區(qū)中部以下的坡度為30°～42°，地區(qū)中部以上坡度為40～65°。該地域已經(jīng)出現(xiàn)過(guò)多次滑坡，并存在兩段小滑坡體。

4.2 多道瞬態(tài)面波勘察技術(shù)

在對(duì)滑坡地質(zhì)進(jìn)行勘察時(shí)沿著主滑方向一共布置了十五個(gè)勘探點(diǎn)，布設(shè)了三條勘探線，每個(gè)勘探線上布置了4～6個(gè)點(diǎn)，各條勘探線之間的間隔距離為11～25m,勘探點(diǎn)之間的間隔距離保持在15～30m。坡腳布置三個(gè)鉆探孔。由于坡面很陡，所以使用多道瞬態(tài)面波法勘探，根據(jù)揭示的巖土層和邊坡高度確定勘探點(diǎn)的深度，要求勘探點(diǎn)的深度要進(jìn)入到滑動(dòng)面下部穩(wěn)定層五米以上，勘探點(diǎn)的深度要保持在20～30m,坡腳位置的勘探點(diǎn)要進(jìn)入到中風(fēng)化巖三米以上。

此次進(jìn)行面波勘察時(shí)，按照每道間隔距離1m進(jìn)行布置，一共布置了十二道，使用4Hz垂直地震檢波器作為接收傳感器，偏移距離保持為6～9m，使用18磅大錘敲擊產(chǎn)生的振動(dòng)作為震源，使用頻率波數(shù)譜分析法處理信號(hào)，將地震記錄輸入后，將瑞雷波時(shí)域窗口確定出來(lái)，利用二維傅立葉將記錄到的數(shù)據(jù)從時(shí)間、空間域轉(zhuǎn)換到頻率、波數(shù)域，然后得出二維振幅譜圖象。從振幅譜圖中將面波振幅等值線圖的極大值找出，然后根據(jù)極大值將面波頻散曲線求出。再計(jì)算各個(gè)面波測(cè)試點(diǎn)頻散曲線的層速度和分層，將每一層的厚度確定出來(lái)，對(duì)各層橫波傳遞的速度進(jìn)行計(jì)算，采用反演擬合的方式對(duì)得到的結(jié)果進(jìn)行處理，從而達(dá)到定量解釋的效果。

利用多道瞬態(tài)面波雖然可以劃分滑坡地層、準(zhǔn)確確定潛在軟弱面，但是在確定滑動(dòng)坡面時(shí)，需要進(jìn)行一系列的分析，同時(shí)要確定滑坡的破壞形式以及滑坡的形態(tài)，以便準(zhǔn)確的驗(yàn)算滑坡穩(wěn)定性，并制定治理滑坡的具體方案。通過(guò)觀察滑坡壁發(fā)現(xiàn)，此滑動(dòng)面為圓弧狀，所以，場(chǎng)地中滑坡滑動(dòng)面也為圓弧形。

在計(jì)算土質(zhì)滑坡的穩(wěn)定性時(shí)，使用瑞典圓弧法以及理正邊坡穩(wěn)定性進(jìn)行分析計(jì)算，不對(duì)地震影響以及坡頂臨時(shí)荷載進(jìn)行考慮，因?yàn)榛瑒?dòng)面處于殘積土中，在對(duì)坡積土、殘積土抗剪強(qiáng)度參考?xì)堄嗫辜魪?qiáng)度的指標(biāo)進(jìn)行取值。按照飽和抗剪強(qiáng)度指標(biāo)進(jìn)行殘積土以下土層的取值。

以剖面圖上滑動(dòng)圓弧最大值對(duì)滑動(dòng)面進(jìn)行計(jì)算。計(jì)算各個(gè)剖面的局部穩(wěn)定性，利用計(jì)算搜索的方法找出安全系數(shù)最低的潛在滑動(dòng)面。通過(guò)對(duì)局部穩(wěn)定性計(jì)算得到的安全系數(shù)最低的潛在滑動(dòng)面和面波推斷的潛在軟弱面進(jìn)行對(duì)比分析后證明，兩者的整體形態(tài)差別不大。使用瑞典圓弧法對(duì)邊坡穩(wěn)定性進(jìn)行計(jì)算后證明：潛在滑動(dòng)面處于邊坡面的中間位置。而在面波Vx等值線圖中主要表現(xiàn)為：低速坡度比較大的區(qū)域。兩者的差距不大，并且可以互相進(jìn)行校準(zhǔn)和驗(yàn)證，為下一部支護(hù)施工和滑坡治理提供準(zhǔn)了相對(duì)較為準(zhǔn)確的地質(zhì)信息。

5 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，在對(duì)滑坡地質(zhì)災(zāi)害進(jìn)行勘察過(guò)程中，多道瞬態(tài)面法是一種非常有效的方法，可以更清楚的展現(xiàn)出滑坡體具體的地質(zhì)情況，并實(shí)現(xiàn)滑坡地質(zhì)的分層。其勘察精度可以完全達(dá)到滑坡工程的基本要求。為了可以更加深入的對(duì)面波成果資料進(jìn)行利用，需要將滑動(dòng)面分為潛在滑動(dòng)面和實(shí)際滑動(dòng)面，并根據(jù)穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果，對(duì)面波勘探結(jié)果進(jìn)行細(xì)化，取得了良好的效果，提升了滑坡地質(zhì)災(zāi)害勘察效果和作業(yè)效率。

[1]李富,吾守艾力,艾斯卡爾,梁生賢.綜合物探方法在滑坡體勘察中的應(yīng)用 [J].人民長(zhǎng)江,2012,43(S1):329-332.

[2]張德元,嚴(yán)震乾,黃子政.瞬態(tài)面波在滑坡勘察中的應(yīng)用 [J].地質(zhì)裝備，2009,10 (4):28-30.

[3]殷勇.瞬態(tài)瑞雷波技術(shù)在巖土工程中的應(yīng)用 [J].工程勘察,2005,(02):68-71.

[4]蔣興超.滑坡地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)方法概述 [J].長(zhǎng)江大學(xué)學(xué)報(bào) (自然科學(xué)版)理工卷, 2010,(03):57-59.

P642.22[文獻(xiàn)碼]B

1000-405X（2016）-5-178-2

容方雨（1989～），男，學(xué)士，助理工程師，研究方向?yàn)樗きh(huán)地質(zhì)。