淺析高密度電阻率法在陽坡村滑坡中的應用

(成都理工大學國家重點實驗室 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、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的自然現象。運動的巖(土)體稱為變位體或滑移體，未移動的下伏巖(土)體稱為滑床。[1]

對于滑坡機理，諸多前人已經做了大量的研究，取得了豐碩的成果，在此不做多表。對滑坡機理的研究其中必不可少的就是對滑坡體、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。大多需要我們進行打鉆，用鉆探的方法來判別地下的巖石的種類，取上來較為完整的巖石還可以做一些實驗來判斷巖石的基本力學參數。但是對于大型滑坡深層地下的巖石一是不容易取出，而且費時費力。而高密度電阻率法可以較為簡便地測出巖石的種類，對于地下的巖性有個判斷。適用于應急搶險等工程。本文以甘肅岷縣岷縣陽坡村滑坡為例，闡述高密度電阻率法判斷滑坡地下巖性的應用，供大家參考。

一、滑坡的位置與基本特征

(一)滑坡的位置

陽坡村滑坡位于岷縣茶埠鎮陽坡村，與洮河毗鄰。地理坐標：東經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陽坡村，斜坡所處地貌類型為構造剝蝕中低山地貌，位于洮河右岸。其平面形態呈舌形，滑坡所在的斜坡總體地勢呈“緩-陡-緩”的趨勢。滑坡坡長790m，坡寬840m，體積212×104m3，為一大型土質滑坡，主滑方向為240°，坡頂高程2610m,坡腳高程2295m,相對高差315m，所處斜坡坡度30-40°，坡面形態呈凸狀；滑體為甘肅群(NG)黃土，下部呈半成巖狀，豎向節理發育，易受地表水沖刷，力學性質較差，強度低，雨水易軟化；下伏基巖中上部為甘肅群(NG)泥灰巖、礫巖和含礫石粘土巖，巖層產狀近水平，下部為泥盆系黃家溝組(Dh)板巖，巖層產狀50°∠70°；上陽坡—背后河斷層由南東向北西沿滑體中部穿過(圖1.1-1)。

圖1.1-1 岷縣茶埠鎮陽坡村滑坡無人機影像圖

目前，陽坡村滑坡體變形較強烈，坡面完整性差。根據現場調查，將滑體劃分為5個強變形區：

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

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

H3、H4：該部分強變形區位于滑坡中部及左側斜坡上，地表水沿黃土豎向節理沖刷坡面，形成多條交錯的沖溝，臨溝道處黃土陡坎發育多出小型崩、滑體。

N1：該泥石流位于滑體左側邊界，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、土導電性的差異為基礎，研究人工施加穩定電流場的作用下地中傳導電流分布規律。野外測量時只需將全部電極( 幾十至上百根) 置于觀測剖面的各測點上,然后利用程控電極轉換裝置和微機工程電測儀便可實現數據的快速和自動采集,當將測量結果送入微機后,還可對數據進行處理并給出關于地電斷面分布的各種圖示結果。[2]

按照項目總體部署，在成蘭交通廊道工程規劃區選擇典型區域，采用1:1000高密度電阻率法等手段進行地球物理勘探，獲取活動斷裂的空間產狀、典型滑坡的結構等。

高密度電法2.5維反演結果顯示本剖面的基巖電性在1327點突變，小里程側相對高阻，ρ值為150～340Ω· m；大里程側相對低阻，ρ值為65～196Ω· m，依此推斷1327點處為斷層F通過位置，傾向北東，斷層兩側地層巖性均為千枚巖、砂泥質板巖，但大里程側以千枚巖為主，且含炭質千枚巖。

反演結果還顯示沿本剖面，上部滑坡堆積體成分呈現不均勻性。自后緣1015至滑體中部1480點段，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，電阻率相對較高。基巖面分層較為清晰，古滑動面緊貼基巖面，基巖埋深23.6～63.1 m。

依據反演結果形態特征，推斷滑坡后緣和前緣位置分別為1015和1690點，同時剖面內存在兩個子滑坡，其一為1020～1380，其二為1402～1683。靠近前緣的1520～1580段，反演電阻率明顯偏低，ρ值小于50 Ω· m，說明該段千枚巖風化破碎且相對富水。

另外，結合鉆探工作，從鉆孔揭露的巖芯可知，該滑坡中下部淺表層滑動區發育一層含角礫粉質粘土層，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。

經過現場實地調查結合高密度物探和鉆探勘查結果分析，陽坡滑坡的主要物質組成如下：

①滑體

陽坡滑坡的滑體物質主要為黃土，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

滑坡滑床物質為中風化的泥質、鈣質板巖，偶夾灰巖，灰褐色，濕，受層理、節理、片理切割，巖體較破碎，但任然保持原巖結構，輕敲可致破碎，多呈塊狀。

照片2-1 鉆孔揭露滑體物質組成

圖2-2 陽坡村滑坡工程地質剖面圖

(一)滑帶土基本特征

滑坡體強變形區滑帶位于滑坡堆積體層相對軟弱層，巖性主要角礫土，厚度10～30cm。剖面中上部滑坡區勘探點滑帶特征詳見表2-1。

表2-1 陽坡村滑坡剖面勘探點滑帶特征一覽表

(二)滑坡危害對象

①滑坡成災的可能性與成災條件：該滑坡體有緩慢的蠕變變形，變形尚未造成財產損失。根據分析，該滑坡將以局部變形為主，特別是以中下部的淺表層滑動及不穩定斜坡區中上部的表層滑動為主。

②滑坡危害對象：陽坡村滑坡強變形體在最不利工況組合下易發生失穩，直接威脅的對象有：下方居民、村道、車輛、行人及耕地等，威脅資產約480余萬元。危害等級為二級。

三、滑坡穩定性分析

(一)滑坡形成機制分析

滑坡體的形成與發展受多種因素的影響，主要包括其物質組成(地層巖性)、地質構造與地震、地形條件、降水及人類工程活動等。

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

②地層巖性：滑體巖性以風成黃土為主，黃土顆粒成份以粉粒為主，礦物成份主要為石英、長石，黏土礦物含量少。黃土的原生結構為均質結構，結構疏松，大孔隙發育。在黃土濕度變遷收縮作用影響下，產生垂直節理，形成了柱狀體塊裂結構。在斜坡地帶，受風化、卸荷或滑移變形作用，產生“X”形剪節理，局部形成楔形體塊裂結構。天然狀態下土體力學強度較高，但遇水后強度急劇降低，具崩解性和濕陷性。黃土濕陷性是黃土特殊的工程性質，其成因主要與黃土的結構、可溶鹽含量及水的侵蝕作用直接相關。黃土結構疏松，垂向節理及孔隙發育，并且土中溶鹽、易溶鹽含量較高，降雨補給使一些地段黃土含有孔隙潛水及上層滯水，特殊的黃土巖性結構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，破壞黃土的固有結構及土體粘結力，降低土體強度，使土體中的裂隙、孔隙不斷擴大最終形成陷穴等濕陷性微地貌形態。滑床為基覆界面，下部基巖為黃家溝組(Dh)板巖夾灰巖、石英砂巖，當其含水量較大時，抗剪強度將進一步降低，易沿著與黃土土體之間產生滑移。

③降雨：水是產生滑坡的重要因素，暴雨或持續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度，導致坡體穩定性降低；同時靜、動水壓力對坡體的穩定性影響很大，可能導致坡體的失穩破壞。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，進一步惡化了整個滑坡體的地質環境條件，使滑坡土長期處于飽和狀態。再遇暴雨期或持續降雨等不利條件，降雨下滲至松散土類與基巖觸面時，由于透水性的差異，可能會在基巖面產生浮托力，形成滑帶。促使滑體變形，乃至滑動。降雨是該滑坡發生滑動的最主要因素。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，影響斜坡整體穩定性，導致坡體中部及前緣失穩。

根據勘查，陽坡村滑坡滑體為塊碎石土、滑帶為粉質粘土夾碎石，滑床為強風化-中風化砂巖，板巖等，滑體與滑帶土體透水性差異較大，滑帶土結構較松散，透水性強，有利于地下水的入滲，增加坡體自重，軟化土體，暴雨期或持續降雨期，降雨下滲至松散土類與基巖觸面時，由于透水性的差異，可能會在基巖面產生浮托力。滑坡區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°。暴雨為陽坡村滑坡主要誘發因素，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，處于不穩定～欠穩定狀態。因此，根據坡體形態、結構、變形特征判定，該滑坡的破壞模式為推移式滑動，屬于推移式滑坡。

(二)滑坡破壞模式分析

根據前述分析論證，陽坡村滑坡體整體處于欠穩定狀態。滑坡體中下部淺表層滑坡區變形破壞模式主要為滑坡堆積體松散土體在強降雨條件下沿層間軟弱面發生滑動，在前緣地形較陡處剪出，而不穩定斜坡區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)發生小規模的變形破壞，這種變形具有深度淺、范圍小的特點，其破壞對下方居民威脅較小。

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

四、結論

與常規電阻率法相比.高密度電法具有以下優勢：

(1)電極布設是一次完成的,這不僅減少了因電極設置而引起的故障和干擾,而且為野外數據的快速和自動測量奠定了基礎。

(2)能有效地進行多種電極排列方式的掃描測量,因而可以獲得較豐富的關于地電斷面結構特征的地質信息。

(3)野外數據采集實現了自動化或半自動化,不僅采集速度快( 大約每一測點需2 ～5 s),而且避免了由于手工操作所出現的錯誤。

(4)可以對資料進行預處理并顯示剖面曲線形態,脫機處理后還可自動繪制和打印各種成果圖件。

(5)與傳統的電阻率法相比,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展，高密度電法資料的電阻率成像技術也從一維和二維發展到三維，極大地提高了地電資料的解釋精度。

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