滑坡地質災害勘察中多道瞬態面波的應用

■容方雨

（廣東省有色金屬地質局九三三隊廣東肇慶526060）

滑坡地質災害勘察中多道瞬態面波的應用

■容方雨

（廣東省有色金屬地質局九三三隊廣東肇慶526060）

一直以來，滑坡地質災害都是一種危害比較大的自然災害，對建筑工程的正常使用造成了比較大的影響。為了提升對滑坡坡面的認識，在進行滑坡地質災害勘察時，多使用多道瞬態面波法進行勘察。使用這種地質勘察方法，不僅可以將滑坡體巖土分層情況劃分出來，而且可以對比分析多道瞬態面波實測軟弱面和滑動面之間的關系，為治理滑坡地質災害提供相應的參考資料。基于此，本文對滑坡地質災害勘察中多道瞬態面波的應用進行探討。

滑坡地質災害 勘察 多道瞬態面波 應用

在工程施工建設過程中，滑坡地質災害是破壞邊坡穩定性的一個常見的地質災害。為了控制滑坡對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構構造。了解巖層的特點、滑坡的形態以及位置面等。在對滑坡地質災害進行勘測時，多道瞬態面波是一種有效的勘測方法，使用多道瞬態面波可以準確探測到不同深度下介質的變化情況，進而確定出滑坡的坡面形態。具有較高的推廣應用價值。

1 多道瞬態面波法勘探原理

面波又叫做瑞雷波，是一種沿著介質自由表面進行傳播的彈性波。其傳播的規律體現了傳播過程中所有涉及到的介質彈性參數。瑞雷波法不僅對波的運動學特征進行了利用，并且對波的動力學特征也進行了利用。而常規反射波法和地震折射波法主要是根據波運動學特征進行分析，并且對波速要求、地層厚度要求、阻抗要求比較大。從瞬態面波物理機制可以看出，相較于反射波和折射波，瞬態面波剖面法不但可以探測滑坡面埋深及起伏形態，而且可以對滑坡不良地質進行詳細分層，且不受倒轉層位的影響，所獲取的地層信息主要下述幾個方面的特點：（1）不同瑞利波波長，可以穿越的深度也有所差異。（2）瑞利波在層狀介質中傳播時，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，相同介質中瑞利波的傳播速度最慢，只能在表層中某個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性。（5）在使用瑞利波時，只需要使用不同的傳播速度就可以實現覆蓋層的分層。（6）在勘探過程中，對野外山溝條件和地層的基本要求不高，具有高效、省力等方面的優點。

2 多道瞬態面波的工作方法

在布置多道瞬態面波時，要挨著主滑面進行布置，側線的兩端要布置在穩定性良好的區域。沿著某個固定的方向進行測點的排列。當野外條件受到限制時，可順著等高線進行布置，并在地形圖標上將方向標出來。為了保證采集資料的整體質量，最好使用24道采集。當探測深度比較淺時，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源。當面波在自由表面周圍傳播時，波傳播方向的質點會在垂直平面內產生振動，隨著深度的不斷增加，振幅會隨之減少，面波的垂直振幅和水平振幅會從彈性介質表面逐漸向內部變小，能量的一大部分會在波長1/2深度范圍中損失。由于面波在多層介質中具有顯著的頻率散性，面波順著地層傳播時，對表層深度造成的影響大約為一個波長，所以波長的傳播特性可以將水平方向上地質條件的變化顯示出來，波長面波不同，所表現不同情況下地質特性也不同。

3 多道瞬態面波的作用

3.1 對地層進行劃分

在滑坡勘察中，使用多道瞬態面波劃分地層非常重要，準確的分層會對滑坡穩定性的計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、頻散曲線拐點等物探參數來對地質情況進行表述的過程。當前，在分析地層情況時，主要從下述三個方面開展工作：（1）采集原始波形。利用波形可以將覆蓋層的厚度確定出來，通常覆蓋層比較厚時，波的頻率會較低，波形會比較緩，反之，覆蓋層比較薄時，波的頻率較高，波形會比較陡。地質模型不同，地震波形也存在一定的差異性，在處理和解釋面波資料時，要綜合考慮。（2）視速度Vr和頻散曲線拐點。對于殘積土界面和坡積土，通常可以利用拐點和視速度進行分析，當視速度低于300m/s時,就是滑坡滑動面需要重點考慮的位置。（3）在進行解釋的過程中，擬層速度Vx是非常重要的一個因素，通常情況下，根據波速的快慢可以將土質的強弱程度確定出來，因此可以使用波速Vx劃分地層，場地不同，對應的地質模型也不同。所以，要盡可能根據鉆孔資料來對地層進行分層，對場地地層分布特征進行分析后將某個速度層所對應的地層確定出來，當一個場地中有的地質單元類型比較多時，可以使用不同的速度分析同一個地層。

3.2 軟弱面的確定

在對軟弱面進行確定時，可以根據波擬層速度彩色剖面圖進行分類，一種是滑坡在滑動面潛伏，另一種是滑動過后滑坡所在的滑動面。對于第一種可以在滑坡面中段確定出來，根據地質條件和波速將深度確定好以后，以圓弧狀進行劃分。后者是根據拐點結合地質分層的基本特征來劃分。

4 實際應用案例

4.1 案例介紹

某地質災害所在地區為丘陵地區，受侵蝕腐蝕嚴重，受構造影響比較大。山體走向為東—東北走向，地質災害處于該山中部北側坡，長度高程為125～192m,高差最大值為72m。滑坡范圍內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，地區中部以下的坡度為30°～42°，地區中部以上坡度為40～65°。該地域已經出現過多次滑坡，并存在兩段小滑坡體。

4.2 多道瞬態面波勘察技術

在對滑坡地質進行勘察時沿著主滑方向一共布置了十五個勘探點，布設了三條勘探線，每個勘探線上布置了4～6個點，各條勘探線之間的間隔距離為11～25m,勘探點之間的間隔距離保持在15～30m。坡腳布置三個鉆探孔。由于坡面很陡，所以使用多道瞬態面波法勘探，根據揭示的巖土層和邊坡高度確定勘探點的深度，要求勘探點的深度要進入到滑動面下部穩定層五米以上，勘探點的深度要保持在20～30m,坡腳位置的勘探點要進入到中風化巖三米以上。

此次進行面波勘察時，按照每道間隔距離1m進行布置，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磅大錘敲擊產生的振動作為震源，使用頻率波數譜分析法處理信號，將地震記錄輸入后，將瑞雷波時域窗口確定出來，利用二維傅立葉將記錄到的數據從時間、空間域轉換到頻率、波數域，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，然后根據極大值將面波頻散曲線求出。再計算各個面波測試點頻散曲線的層速度和分層，將每一層的厚度確定出來，對各層橫波傳遞的速度進行計算，采用反演擬合的方式對得到的結果進行處理，從而達到定量解釋的效果。

利用多道瞬態面波雖然可以劃分滑坡地層、準確確定潛在軟弱面，但是在確定滑動坡面時，需要進行一系列的分析，同時要確定滑坡的破壞形式以及滑坡的形態，以便準確的驗算滑坡穩定性，并制定治理滑坡的具體方案。通過觀察滑坡壁發現，此滑動面為圓弧狀，所以，場地中滑坡滑動面也為圓弧形。

在計算土質滑坡的穩定性時，使用瑞典圓弧法以及理正邊坡穩定性進行分析計算，不對地震影響以及坡頂臨時荷載進行考慮，因為滑動面處于殘積土中，在對坡積土、殘積土抗剪強度參考殘余抗剪強度的指標進行取值。按照飽和抗剪強度指標進行殘積土以下土層的取值。

以剖面圖上滑動圓弧最大值對滑動面進行計算。計算各個剖面的局部穩定性，利用計算搜索的方法找出安全系數最低的潛在滑動面。通過對局部穩定性計算得到的安全系數最低的潛在滑動面和面波推斷的潛在軟弱面進行對比分析后證明，兩者的整體形態差別不大。使用瑞典圓弧法對邊坡穩定性進行計算后證明：潛在滑動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為：低速坡度比較大的區域。兩者的差距不大，并且可以互相進行校準和驗證，為下一部支護施工和滑坡治理提供準了相對較為準確的地質信息。

5 結束語

綜上所述，在對滑坡地質災害進行勘察過程中，多道瞬態面法是一種非常有效的方法，可以更清楚的展現出滑坡體具體的地質情況，并實現滑坡地質的分層。其勘察精度可以完全達到滑坡工程的基本要求。為了可以更加深入的對面波成果資料進行利用，需要將滑動面分為潛在滑動面和實際滑動面，并根據穩定性計算結果，對面波勘探結果進行細化，取得了良好的效果，提升了滑坡地質災害勘察效果和作業效率。

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P642.22[文獻碼]B

1000-405X（2016）-5-178-2

容方雨（1989～），男，學士，助理工程師，研究方向為水工環地質。