淺析高密度電阻率法在陽(yáng)坡村滑坡中的應(yīng)用

(成都理工大學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 四川 成都 610000)

引言

滑坡是指斜坡上的土體或者巖體，受河流沖刷、地下水活動(dòng)、雨水浸泡、地震及人工切坡等因素影響，在重力作用下，沿著一定的軟弱面或者軟弱帶，整體地或者分散地順坡向下滑動(dòng)的自然現(xiàn)象。運(yùn)動(dòng)的巖(土)體稱(chēng)為變位體或滑移體，未移動(dòng)的下伏巖(土)體稱(chēng)為滑床。[1]

對(duì)于滑坡機(jī)理，諸多前人已經(jīng)做了大量的研究，取得了豐碩的成果，在此不做多表。對(duì)滑坡機(jī)理的研究其中必不可少的就是對(duì)滑坡體、滑床、滑帶等的巖性判斷，即地下的巖土體的基本概況。然而滑坡的地下情況受多種因素的影響，一般不容易判明。大多需要我們進(jìn)行打鉆，用鉆探的方法來(lái)判別地下的巖石的種類(lèi)，取上來(lái)較為完整的巖石還可以做一些實(shí)驗(yàn)來(lái)判斷巖石的基本力學(xué)參數(shù)。但是對(duì)于大型滑坡深層地下的巖石一是不容易取出，而且費(fèi)時(shí)費(fèi)力。而高密度電阻率法可以較為簡(jiǎn)便地測(cè)出巖石的種類(lèi)，對(duì)于地下的巖性有個(gè)判斷。適用于應(yīng)急搶險(xiǎn)等工程。本文以甘肅岷縣岷縣陽(yáng)坡村滑坡為例，闡述高密度電阻率法判斷滑坡地下巖性的應(yīng)用，供大家參考。

一、滑坡的位置與基本特征

(一)滑坡的位置

陽(yáng)坡村滑坡位于岷縣茶埠鎮(zhèn)陽(yáng)坡村，與洮河毗鄰。地理坐標(biāo)：東經(jīng)104°05'05.2"，北緯34° 29'44.0"。臨近G212線，交通方便。

(二)滑坡的基本特征

1.基本特征

滑坡位于岷縣茶埠鎮(zhèn)陽(yáng)坡村，斜坡所處地貌類(lèi)型為構(gòu)造剝蝕中低山地貌，位于洮河右岸。其平面形態(tài)呈舌形，滑坡所在的斜坡總體地勢(shì)呈“緩-陡-緩”的趨勢(shì)?；缕麻L(zhǎng)790m，坡寬840m，體積212×104m3，為一大型土質(zhì)滑坡，主滑方向?yàn)?40°，坡頂高程2610m,坡腳高程2295m,相對(duì)高差315m，所處斜坡坡度30-40°，坡面形態(tài)呈凸?fàn)?；滑體為甘肅群(NG)黃土，下部呈半成巖狀，豎向節(jié)理發(fā)育，易受地表水沖刷，力學(xué)性質(zhì)較差，強(qiáng)度低，雨水易軟化；下伏基巖中上部為甘肅群(NG)泥灰?guī)r、礫巖和含礫石粘土巖，巖層產(chǎn)狀近水平，下部為泥盆系黃家溝組(Dh)板巖，巖層產(chǎn)狀50°∠70°；上陽(yáng)坡—背后河斷層由南東向北西沿滑體中部穿過(guò)(圖1.1-1)。

圖1.1-1 岷縣茶埠鎮(zhèn)陽(yáng)坡村滑坡無(wú)人機(jī)影像圖

目前，陽(yáng)坡村滑坡體變形較強(qiáng)烈，坡面完整性差。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，將滑體劃分為5個(gè)強(qiáng)變形區(qū)：

H1：該部分為2013年漳縣-岷縣地震后表部黃土內(nèi)部發(fā)生滑動(dòng)，目前可見(jiàn)滑體后緣部分堆積體，堆積體前緣已被改造為農(nóng)田，該部分滑體方量約3.8×104m3。該滑體前緣及右側(cè)坡體上發(fā)育寬約1m，深0.8m的拉張裂縫。

H2：該部分位于滑坡右側(cè)前緣，因修建212國(guó)道切坡形成高約20m的陡坎，陡坎上局部黃土已滑塌。

H3、H4：該部分強(qiáng)變形區(qū)位于滑坡中部及左側(cè)斜坡上，地表水沿黃土豎向節(jié)理沖刷坡面，形成多條交錯(cuò)的沖溝，臨溝道處黃土陡坎發(fā)育多出小型崩、滑體。

N1：該泥石流位于滑體左側(cè)邊界，坡體上黃土受地表水沖刷，已形成一條小型泥石流溝，溝道兩岸高2-10m的黃土陡坎多出滑塌，為該泥石流提供物源。

二、物探高密度電法

高密度電阻率法(multi-electrode resistivity method)是一種陣列勘探方法，它以巖、土導(dǎo)電性的差異為基礎(chǔ)，研究人工施加穩(wěn)定電流場(chǎng)的作用下地中傳導(dǎo)電流分布規(guī)律。野外測(cè)量時(shí)只需將全部電極( 幾十至上百根) 置于觀測(cè)剖面的各測(cè)點(diǎn)上,然后利用程控電極轉(zhuǎn)換裝置和微機(jī)工程電測(cè)儀便可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的快速和自動(dòng)采集,當(dāng)將測(cè)量結(jié)果送入微機(jī)后,還可對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理并給出關(guān)于地電斷面分布的各種圖示結(jié)果。[2]

按照項(xiàng)目總體部署，在成蘭交通廊道工程規(guī)劃區(qū)選擇典型區(qū)域，采用1:1000高密度電阻率法等手段進(jìn)行地球物理勘探，獲取活動(dòng)斷裂的空間產(chǎn)狀、典型滑坡的結(jié)構(gòu)等。

高密度電法2.5維反演結(jié)果顯示本剖面的基巖電性在1327點(diǎn)突變，小里程側(cè)相對(duì)高阻，ρ值為150～340Ω· m；大里程側(cè)相對(duì)低阻，ρ值為65～196Ω· m，依此推斷1327點(diǎn)處為斷層F通過(guò)位置，傾向北東，斷層兩側(cè)地層巖性均為千枚巖、砂泥質(zhì)板巖，但大里程側(cè)以千枚巖為主，且含炭質(zhì)千枚巖。

反演結(jié)果還顯示沿本剖面，上部滑坡堆積體成分呈現(xiàn)不均勻性。自后緣1015至滑體中部1480點(diǎn)段，上部黃土為主，夾滑坡堆積碎石土，電阻率低；1480至前緣地表以滑坡堆積碎石土為主，電阻率相對(duì)較高?；鶐r面分層較為清晰，古滑動(dòng)面緊貼基巖面，基巖埋深23.6～63.1 m。

依據(jù)反演結(jié)果形態(tài)特征，推斷滑坡后緣和前緣位置分別為1015和1690點(diǎn)，同時(shí)剖面內(nèi)存在兩個(gè)子滑坡，其一為1020～1380，其二為1402～1683?？拷熬壍?520～1580段，反演電阻率明顯偏低，ρ值小于50 Ω· m，說(shuō)明該段千枚巖風(fēng)化破碎且相對(duì)富水。

另外，結(jié)合鉆探工作，從鉆孔揭露的巖芯可知，該滑坡中下部淺表層滑動(dòng)區(qū)發(fā)育一層含角礫粉質(zhì)粘土層，角礫含量10-15%，埋置深度4-7m，該層土層從下至上逐漸變薄，直至尖滅。

經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)地調(diào)查結(jié)合高密度物探和鉆探勘查結(jié)果分析，陽(yáng)坡滑坡的主要物質(zhì)組成如下：

①滑體

陽(yáng)坡滑坡的滑體物質(zhì)主要為黃土，厚度4-20m，淡黃色、灰黃色，稍濕-干，松散-稍密，粉土角礫充填，鉆孔巖心松散。

②滑床

滑坡滑床物質(zhì)為中風(fēng)化的泥質(zhì)、鈣質(zhì)板巖，偶夾灰?guī)r，灰褐色，濕，受層理、節(jié)理、片理切割，巖體較破碎，但任然保持原巖結(jié)構(gòu)，輕敲可致破碎，多呈塊狀。

照片2-1 鉆孔揭露滑體物質(zhì)組成

圖2-2 陽(yáng)坡村滑坡工程地質(zhì)剖面圖

(一)滑帶土基本特征

滑坡體強(qiáng)變形區(qū)滑帶位于滑坡堆積體層相對(duì)軟弱層，巖性主要角礫土，厚度10～30cm。剖面中上部滑坡區(qū)勘探點(diǎn)滑帶特征詳見(jiàn)表2-1。

表2-1 陽(yáng)坡村滑坡剖面勘探點(diǎn)滑帶特征一覽表

(二)滑坡危害對(duì)象

①滑坡成災(zāi)的可能性與成災(zāi)條件：該滑坡體有緩慢的蠕變變形，變形尚未造成財(cái)產(chǎn)損失。根據(jù)分析，該滑坡將以局部變形為主，特別是以中下部的淺表層滑動(dòng)及不穩(wěn)定斜坡區(qū)中上部的表層滑動(dòng)為主。

②滑坡危害對(duì)象：陽(yáng)坡村滑坡強(qiáng)變形體在最不利工況組合下易發(fā)生失穩(wěn)，直接威脅的對(duì)象有：下方居民、村道、車(chē)輛、行人及耕地等，威脅資產(chǎn)約480余萬(wàn)元。危害等級(jí)為二級(jí)。

三、滑坡穩(wěn)定性分析

(一)滑坡形成機(jī)制分析

滑坡體的形成與發(fā)展受多種因素的影響，主要包括其物質(zhì)組成(地層巖性)、地質(zhì)構(gòu)造與地震、地形條件、降水及人類(lèi)工程活動(dòng)等。

①地形地貌：滑坡區(qū)位于洮河右岸，屬構(gòu)造剝蝕中低山地貌，滑坡前面為陽(yáng)坡村，滑坡前后緣高差315m，整體地勢(shì)上陡下緩，后緣出現(xiàn)拉張裂縫，中部滑坡體呈凸形，該地形為發(fā)生滑坡的有利地形。

②地層巖性：滑體巖性以風(fēng)成黃土為主，黃土顆粒成份以粉粒為主，礦物成份主要為石英、長(zhǎng)石，黏土礦物含量少。黃土的原生結(jié)構(gòu)為均質(zhì)結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)疏松，大孔隙發(fā)育。在黃土濕度變遷收縮作用影響下，產(chǎn)生垂直節(jié)理，形成了柱狀體塊裂結(jié)構(gòu)。在斜坡地帶，受風(fēng)化、卸荷或滑移變形作用，產(chǎn)生“X”形剪節(jié)理，局部形成楔形體塊裂結(jié)構(gòu)。天然狀態(tài)下土體力學(xué)強(qiáng)度較高，但遇水后強(qiáng)度急劇降低，具崩解性和濕陷性。黃土濕陷性是黃土特殊的工程性質(zhì)，其成因主要與黃土的結(jié)構(gòu)、可溶鹽含量及水的侵蝕作用直接相關(guān)。黃土結(jié)構(gòu)疏松，垂向節(jié)理及孔隙發(fā)育，并且土中溶鹽、易溶鹽含量較高，降雨補(bǔ)給使一些地段黃土含有孔隙潛水及上層滯水，特殊的黃土巖性結(jié)構(gòu)有利于地表水的入滲、潛蝕、溶解并帶走土體中的可溶鹽成份，破壞黃土的固有結(jié)構(gòu)及土體粘結(jié)力，降低土體強(qiáng)度，使土體中的裂隙、孔隙不斷擴(kuò)大最終形成陷穴等濕陷性微地貌形態(tài)?；矠榛步缑妫虏炕鶐r為黃家溝組(Dh)板巖夾灰?guī)r、石英砂巖，當(dāng)其含水量較大時(shí)，抗剪強(qiáng)度將進(jìn)一步降低，易沿著與黃土土體之間產(chǎn)生滑移。

③降雨：水是產(chǎn)生滑坡的重要因素，暴雨或持續(xù)降雨將造成滑體巖土體飽水，增大巖土體重度，軟化滑體，降低巖土體的抗剪強(qiáng)度，導(dǎo)致坡體穩(wěn)定性降低；同時(shí)靜、動(dòng)水壓力對(duì)坡體的穩(wěn)定性影響很大，可能導(dǎo)致坡體的失穩(wěn)破壞。黃土濕陷引起變形破壞，形成的陷穴為降水的匯集和快速入滲提供了通道地表水直接從中部入滲至滑坡體，進(jìn)一步惡化了整個(gè)滑坡體的地質(zhì)環(huán)境條件，使滑坡土長(zhǎng)期處于飽和狀態(tài)。再遇暴雨期或持續(xù)降雨等不利條件，降雨下滲至松散土類(lèi)與基巖觸面時(shí)，由于透水性的差異，可能會(huì)在基巖面產(chǎn)生浮托力，形成滑帶。促使滑體變形，乃至滑動(dòng)。降雨是該滑坡發(fā)生滑動(dòng)的最主要因素。加上該斜坡上植被覆蓋率低，降雨直接沖刷巖土體，加劇了斜坡的變形破壞。

④滑體前緣因修房修路，切割坡腳形成高約3-7米的黃土陡坎，大多部位未做防護(hù)，影響斜坡整體穩(wěn)定性，導(dǎo)致坡體中部及前緣失穩(wěn)。

根據(jù)勘查，陽(yáng)坡村滑坡滑體為塊碎石土、滑帶為粉質(zhì)粘土夾碎石，滑床為強(qiáng)風(fēng)化-中風(fēng)化砂巖，板巖等，滑體與滑帶土體透水性差異較大，滑帶土結(jié)構(gòu)較松散，透水性強(qiáng)，有利于地下水的入滲，增加坡體自重，軟化土體，暴雨期或持續(xù)降雨期，降雨下滲至松散土類(lèi)與基巖觸面時(shí)，由于透水性的差異，可能會(huì)在基巖面產(chǎn)生浮托力?；聟^(qū)屬于中山中深切割地貌，斜坡坡度約20°～40°，基巖面坡度約為15～25°。暴雨為陽(yáng)坡村滑坡主要誘發(fā)因素，在暴雨的作用下，坡體飽水，在自重作用下，坡體向下滑坡，致使前緣垮塌，在暴雨等不利工況作用下，處于不穩(wěn)定～欠穩(wěn)定狀態(tài)。因此，根據(jù)坡體形態(tài)、結(jié)構(gòu)、變形特征判定，該滑坡的破壞模式為推移式滑動(dòng)，屬于推移式滑坡。

(二)滑坡破壞模式分析

根據(jù)前述分析論證，陽(yáng)坡村滑坡體整體處于欠穩(wěn)定狀態(tài)?；麦w中下部淺表層滑坡區(qū)變形破壞模式主要為滑坡堆積體松散土體在強(qiáng)降雨條件下沿層間軟弱面發(fā)生滑動(dòng)，在前緣地形較陡處剪出，而不穩(wěn)定斜坡區(qū)的變形破壞模式以局部滑塌為主，即在地形突變處(陡緩交接處)發(fā)生小規(guī)模的變形破壞，這種變形具有深度淺、范圍小的特點(diǎn)，其破壞對(duì)下方居民威脅較小。

通過(guò)前述滑坡變形的形成機(jī)制及破壞模式分析，宏觀判定滑坡體整體處于欠穩(wěn)定狀態(tài)，在暴雨或地震作用下可能沿軟弱層面發(fā)生滑動(dòng)。

四、結(jié)論

與常規(guī)電阻率法相比.高密度電法具有以下優(yōu)勢(shì)：

(1)電極布設(shè)是一次完成的,這不僅減少了因電極設(shè)置而引起的故障和干擾,而且為野外數(shù)據(jù)的快速和自動(dòng)測(cè)量奠定了基礎(chǔ)。

(2)能有效地進(jìn)行多種電極排列方式的掃描測(cè)量,因而可以獲得較豐富的關(guān)于地電斷面結(jié)構(gòu)特征的地質(zhì)信息。

(3)野外數(shù)據(jù)采集實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化或半自動(dòng)化,不僅采集速度快( 大約每一測(cè)點(diǎn)需2 ～5 s),而且避免了由于手工操作所出現(xiàn)的錯(cuò)誤。

(4)可以對(duì)資料進(jìn)行預(yù)處理并顯示剖面曲線形態(tài),脫機(jī)處理后還可自動(dòng)繪制和打印各種成果圖件。

(5)與傳統(tǒng)的電阻率法相比,成本低,效率高,信息豐富,解釋方便。

此外，隨著地球物理反演方法的發(fā)展，高密度電法資料的電阻率成像技術(shù)也從一維和二維發(fā)展到三維，極大地提高了地電資料的解釋精度。

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