瞬態(tài)面波法在滑坡勘察中的應(yīng)用

李志剛

（河北省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，天津 300250）

1 工程地質(zhì)概況

陜西省北部地區(qū)擬建一條高速公路，該區(qū)域?yàn)槊珵跛厣衬咙S土高原過(guò)渡地帶，勘察地段黃土梁峁溝壑發(fā)育，屬于鄂爾多斯盆地東北部，跨越陜北坡和金溪彎帶兩個(gè)次生構(gòu)造單元。北部和東部地勢(shì)高，海拔900～1350m。地層主要為黃土、砂、粉砂、砂巖、泥巖、頁(yè)巖等。

根據(jù)地質(zhì)單元，碎屑巖裂隙水和松散巖石孔隙水劃分，水文地質(zhì)條件有顯著差異。調(diào)查區(qū)位于滑坡體的分布區(qū)。

2 瞬態(tài)瑞利波勘探原理

瑞利波勘探是用彈性波進(jìn)行勘探，人工激發(fā)彈性波沿界面附近傳播，勒夫波為水平方向傳播的面波，瑞利波為豎直方向傳播的面波。瑞利波特征在于界面振動(dòng)中的高能量，低頻率和大振幅，在面波勘察中容易識(shí)別。

根據(jù)不同震源，瑞利波法可分為穩(wěn)態(tài)瑞利波法和瞬態(tài)瑞利波法。瞬態(tài)瑞利波法是指一發(fā)多收的采集形式，對(duì)多個(gè)檢波器信號(hào)進(jìn)行處理，通過(guò)相關(guān)計(jì)算，從而消除干擾、壓制縱波橫波，增加有效波信號(hào)。

瞬態(tài)瑞利波法一般在距離激發(fā)震源一定位置布設(shè)接收點(diǎn)，其兩者沿線方向布置測(cè)線排列，逐點(diǎn)進(jìn)行面波數(shù)據(jù)采集工作，如圖1。

圖1 瞬態(tài)瑞利波工作原理

在地面激發(fā)地震波后，沿測(cè)線布置檢波器接收并記錄體波和瑞利波所引起的地面振動(dòng)情況，以及波從震源出發(fā)至地面各接收點(diǎn)時(shí)間。從多道地震記錄各波形同相軸分布情況，瑞利波振幅能量最強(qiáng)，波形頻率低，提取瑞利波的頻散數(shù)據(jù)。

根據(jù)面波的傳播分析，波傳播越深，振幅越小，能量基本上控制在波長(zhǎng)范圍內(nèi)。不同波長(zhǎng)反映了地下各層地質(zhì)情況，通過(guò)數(shù)據(jù)的反演可得到各測(cè)點(diǎn)瑞利波波速情況，在頻譜分析之后，獲得分散曲線，最后可實(shí)現(xiàn)劃分地層勘探的目的。

3 野外工作方法技術(shù)

3.1 技術(shù)設(shè)計(jì)

依據(jù)面波勘探基本原理，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)情況，采用DZQ24地震儀測(cè)量系統(tǒng)1套，Geogiga Surface分析軟件，24磅重錘激發(fā)信號(hào)，使用2.5Hz檢波器接受，進(jìn)行面波參數(shù)對(duì)比試驗(yàn)，通過(guò)對(duì)不同參數(shù)設(shè)置獲取的試驗(yàn)結(jié)果，獲取該區(qū)野外數(shù)據(jù)采集的最佳參數(shù)。

3.1.1 偏移距選取

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)和測(cè)試，選擇表面波和反射波分離的區(qū)域，或在基底和高階可分離的情況下，選擇具有表觀表面波的接收部分。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)選擇合適的偏移距。

3.1.2 排列長(zhǎng)度選取

面波探測(cè)的排列長(zhǎng)度主要是滿足探測(cè)深度要求，一般規(guī)定排列長(zhǎng)度達(dá)到波長(zhǎng)的一半，隨著勘察深度加大，排列長(zhǎng)度與探測(cè)深度越接近。

3.1.3 道間距選取

道間距的大小要適中，一要滿足薄層探測(cè)的需要，二要保證探測(cè)最大深度的需要，同時(shí)還要兼顧工作效率。一般探測(cè)深度不大于40m，道間距不大于3m。

3.1.4 得出相關(guān)參數(shù)

采樣點(diǎn)1024，時(shí)間1.0ms，偏移距10m，道間距2.0m，探測(cè)點(diǎn)距10m。同時(shí)注意瞬態(tài)面波法可以利用儀器的信號(hào)增強(qiáng)功能，進(jìn)行多次疊加，以達(dá)到提高有效信號(hào)抑制干擾的目的。

3.2 工作布置

CH14滑坡體位于高速路里程K27+720～K28+20段，該滑坡體主滑動(dòng)方向?yàn)闁|南方向，地表覆蓋黃土，呈扇形椅狀。依照線路已有的樁位和1∶1000的地形圖進(jìn)行布設(shè)3條測(cè)線，如圖2，橫Ⅰ測(cè)線沿主滑動(dòng)方向布設(shè)，方位137°，長(zhǎng)290m，橫Ⅱ測(cè)線與橫Ⅰ測(cè)線相互垂直，方位226°，長(zhǎng)210m，縱測(cè)線與該路段擬建高速公路走向基本一致，方位275°，長(zhǎng)180m。

圖2 測(cè)線布置

4 數(shù)據(jù)處理

資料數(shù)據(jù)處理主要是數(shù)據(jù)傳輸和處理軟件Geogiga Surface分析和處理采集數(shù)據(jù)，具體過(guò)程：第1步處理原始數(shù)據(jù)，第2步提取和分析頻散，第3步多個(gè)排列曲線斷面，第4步修改地形，形成等速度斷面圖。

原始資料處理，對(duì)原始資料進(jìn)行整理核對(duì)、編錄，并結(jié)合測(cè)區(qū)不同地質(zhì)單元對(duì)瑞利波探測(cè)資料進(jìn)行分類。

在面波數(shù)據(jù)中包含有瑞利波和其他干擾波，如橫波、縱波和其他轉(zhuǎn)化波，其他干擾波可加時(shí)窗予以濾掉。只有基階面波是有效信號(hào)，并且利用干擾波和瑞利波之間的差異提取基階面波。

在頻率—波數(shù)（F-K）域中，容易區(qū)分瑞利波的各個(gè)能量，并且可以提取基階的頻散數(shù)據(jù)。

獲得基階面波能量最強(qiáng)，獲得瑞利波的頻散曲線，逐層分層，形成瑞利波的速度分布，最后形成解釋結(jié)果圖。

對(duì)CH14滑坡體測(cè)線進(jìn)行處理，每條測(cè)線有多個(gè)排列，同時(shí)對(duì)多個(gè)面波進(jìn)行處理，生成頻散曲線剖面，最終生成等速度剖面，如圖3～圖5。

圖3 橫I測(cè)線頻散曲線及等速度

圖4 橫Ⅱ測(cè)線頻散曲線及等速度

圖5 縱測(cè)線頻散曲線及等速度

5 物探成果的地質(zhì)解釋

3條測(cè)線面波等速度剖面圖中黃土層位波速值Vm小于250m/s，黃土、風(fēng)化層面波速度Vm在220～400m/s，中、微風(fēng)化的巖石面波速度Vm在400～1200m/s，滑坡體面波速度Vm小于300m/s，如圖7～圖9。

圖7 滑坡體工程地質(zhì)橫I剖面

圖8 滑坡體工程地質(zhì)橫Ⅱ剖面

圖9 滑坡體工程地質(zhì)縱剖面

根據(jù)面波勘探剖面特點(diǎn)，結(jié)合滑坡體的特征和現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)，推斷滑坡體以黃土滑坡為主?；麦w的特征是顯而易見(jiàn)的?；麦w后緣的拉伸裂縫清晰可見(jiàn)，滑體后壁至前緣長(zhǎng)260m，寬190m，滑坡體的厚度一般8～17m，局部截面可達(dá)18m。在滑坡體前緣的底部，有大小各異的鈣化破碎巖石。滑坡體后墻的原始黃土厚度22m。表明該帶含水性較好，可能是地表水沿上部松散物質(zhì)滲透富集所致，受大氣降水、地表水補(bǔ)給明顯。

6 結(jié)語(yǔ)

（1）通過(guò)滑坡時(shí)地球物理資料和野外勘察，確定了滑坡體的空間分布特征。為公路建設(shè)中的滑坡治理提供了基礎(chǔ)，并消除了安全隱患。

（2）瞬態(tài)面波法對(duì)滑坡體勘察有效可靠，在今后滑坡體勘察過(guò)程中具有參考價(jià)值。