綜合物探技術(shù)在崩塌地質(zhì)災(zāi)害治理中的應(yīng)用研究

辛文林

（廣東省核工業(yè)地質(zhì)局二九二大隊(duì)，廣東 河源 517000）

1 概述

崩塌一般指坡度較大（＞45°）邊坡上的巖體或者土體在重力作用下快速崩落、滾動(dòng)、堆積在坡腳或溝谷的地質(zhì)現(xiàn)象。崩塌具有突然性，經(jīng)常給人民生命及財(cái)產(chǎn)造成巨大損失。位于城鎮(zhèn)的崩塌常常傷亡人畜、砸毀房屋及建筑等，并毀壞各種設(shè)施，造成停水、停電、停工。如何運(yùn)用經(jīng)濟(jì)快速高效的勘察技術(shù)手段評(píng)價(jià)崩塌體的穩(wěn)定性及發(fā)展趨勢(shì)顯得尤為重要。傳統(tǒng)的單一物探方法往往具有多解性，無(wú)法得到全局最優(yōu)解，故本文通過(guò)田心中學(xué)崩塌綜合物探測(cè)量應(yīng)用，對(duì)高密度電法、淺層地震反射法及瑞雷波法等綜合物探方法技術(shù)的有效性進(jìn)行了研討。

2 調(diào)查區(qū)地形地貌、地質(zhì)及地球物理特征

2.1 地形地貌

勘查區(qū)位于廣東省龍川縣田心鎮(zhèn)中心小學(xué)后山，地貌類型為剝蝕丘陵地貌，崩塌所在邊坡整體北高東低，原始自然坡度30°~50°,現(xiàn)因削坡建校，邊坡前緣被削成裸露陡坡和急坡，山包頂部標(biāo)高約197.5m，山腳標(biāo)高約172m，高差25.5m左右。山體呈近南西向，坡面向南。坡面上松散層發(fā)育，植被較茂盛，主要為雜木、灌木、雜草[1]。

2.2 地質(zhì)條件

通過(guò)地表調(diào)查，調(diào)查區(qū)自上而下分為填土層（Qdl）、坡積粉質(zhì)粘土（Qdl）層、殘積砂質(zhì)粘土（Qel）層、下伏燕山期基巖層[γ52（3）]，巖性為花崗巖。測(cè)區(qū)及附近植被茂盛，表層土質(zhì)松散，淺部基巖層風(fēng)化強(qiáng)烈，風(fēng)化地層因受外力作用下，地層容易失穩(wěn)而產(chǎn)生崩塌崩塌現(xiàn)象。

2.3 地球物理?xiàng)l件

根據(jù)野外地表調(diào)查，巖土層存在較明顯的分層現(xiàn)象，巖土層存在明顯波阻抗差異及電性差異，這為應(yīng)用高密度電法、淺層地震反射波法和瑞雷面波法對(duì)崩塌體進(jìn)行勘探具備了很好的地球物理?xiàng)l件。

3 工作技術(shù)方法

3.1 高密度電法

本次高密度電法測(cè)量選用的是溫納裝置。一個(gè)電極間距AM=MN=NB=AB/3。同時(shí)將A、B、M、N點(diǎn)向同一方向移動(dòng)，測(cè)量出第一層剖面線；隨后將AM、MN、NB加大一個(gè)電極間距，按同樣方法向一個(gè)方向移動(dòng)，得到第二層剖面線；經(jīng)過(guò)多次測(cè)量，得到倒梯形地質(zhì)斷面。

將測(cè)得的視電阻率值與鉆孔巖石及地表出露地層巖石的電阻率值進(jìn)行比對(duì)，建立本區(qū)的電阻率“標(biāo)定值”，依據(jù)“標(biāo)定值”對(duì)視電阻率剖面進(jìn)行地質(zhì)解釋[2]。

通過(guò)觀察視電阻率灰階圖像的形態(tài)可判斷巖體完整性、覆蓋層與基巖分界線、斷層、破碎帶數(shù)量及分布等信息。圖像成層狀分布，巖體完整；視電阻率整體從上至下為遞增，并且存在一層變化明顯界面，可判斷為基巖和殘坡積層（或覆蓋層）的分界面。當(dāng)圖像中層狀分布被條帶狀或橢圓形低阻帶穿插，導(dǎo)致層狀圖像被錯(cuò)開、拉伸等形變，可判斷巖體中存在斷層、破碎帶等滲水通道。

3.2 淺層地震反射法

通過(guò)錘擊鐵板產(chǎn)生地震波，并通過(guò)地下介質(zhì)向下傳播，當(dāng)經(jīng)過(guò)有波阻抗差異的分界面時(shí)，會(huì)發(fā)生反射，再利用專門的儀器收集記錄波的傳播時(shí)間和特征，經(jīng)軟件將數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后，獲得各種波的反射信息；依據(jù)剖面圖，采用鉆孔資料或地質(zhì)資料對(duì)比分析方法，確定地質(zhì)層位和地震波組關(guān)系[3]，推斷出不同巖層的分界面及斷層位置，為地質(zhì)災(zāi)害治理提供相應(yīng)數(shù)據(jù)及信息。

3.3 瑞雷波法

瑞雷波法是淺層地震勘探方法的一種，其優(yōu)點(diǎn)是對(duì)淺層介質(zhì)具有很高的分辨率，缺點(diǎn)是遇到高/低速薄層介質(zhì)產(chǎn)生的復(fù)雜的多解性問(wèn)題時(shí)，很難得到最優(yōu)解；瑞雷波其具有沿水平方向傳播，探測(cè)深度約為一個(gè)波長(zhǎng)的特征。數(shù)據(jù)采集工作中，通過(guò)在地表施加一瞬間撞擊，地表產(chǎn)生瑞雷波，沿瑞雷波的傳播方向在地表按同一寬度的道間距ΔX設(shè)置N+1個(gè)檢波器，接收瑞雷波在N個(gè)道間距長(zhǎng)度范圍內(nèi)的傳播過(guò)程，將不同頻率瑞雷波提取出來(lái)，求出相鄰檢波器內(nèi)瑞雷波的平均速度，可得到一條的頻散曲線（頻率—平均波速曲線）。

瑞雷波在不同物理性質(zhì)的介質(zhì)中傳播的速度會(huì)相應(yīng)變化，因此通過(guò)頻散曲線可反演出地下介質(zhì)在水平方向上的地質(zhì)條件變化情況（如表層地質(zhì)結(jié)構(gòu)、彈性力學(xué)參數(shù)等）。

3.4 鉆孔波速測(cè)試

縱波和剪切波（橫波）速度測(cè)試采用單孔檢層法，數(shù)據(jù)采集方法是離井口約2m位置放置起振板，保證起振板與地面接觸良好，起振板上放置整體性好的重物，井底放置檢波器，并用充氣氣囊固定（自下而上按地層測(cè)試），然后，通過(guò)錘擊起振板，產(chǎn)生縱波和剪切波(縱波和剪切波通過(guò)調(diào)節(jié)儀器分開采集),井內(nèi)的檢波器收集縱波和剪切波數(shù)據(jù)，并傳輸至電腦進(jìn)行分析，得到不同測(cè)試點(diǎn)縱波和剪切波的到時(shí)，并計(jì)算相應(yīng)剪切波速。

根據(jù)2010年頒布的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50011-2010)，可根據(jù)巖土層剪切波速度對(duì)巖土層的類型進(jìn)行劃分,巖土類型和各類建筑場(chǎng)地的覆蓋層厚度劃分具體見表1和表2。

表1 土的類型劃分和剪切波速度范圍

4 綜合物探成果解釋

物探測(cè)線平面圖見圖1。根據(jù)各剖面的高密度電法視電阻率值的不同劃分出各層位的解釋深度、淺層地震時(shí)間剖面相對(duì)應(yīng)的解釋深度及各個(gè)瑞雷面波勘探點(diǎn)的頻散曲線相對(duì)應(yīng)的解釋深度繪制成各剖面解釋成果圖，詳見圖2。

圖1 物探測(cè)線布置平面圖

從WT1~WT11 號(hào)測(cè)線分析：從物探綜合解釋剖面圖可見，上部為第四系松散覆蓋層、全風(fēng)化層，厚度大，層厚為2.7~15.2m不等，松散狀，膠結(jié)性差，縱波速度Vp為650~970m/s；視電阻率值(干燥狀態(tài)下)ρs為1500~2500Ω·m。下部基巖為強(qiáng)、中風(fēng)化花崗巖，強(qiáng)風(fēng)化層厚度大，層厚為10.5~29.0m 不等，節(jié)理和裂隙發(fā)育，巖體破碎，縱波速度Vp為1320~1810m/s；視電阻率值ρs為500~1500Ω·m。中風(fēng)化花崗巖較完整，縱波速度和視電阻率值都較高，較為穩(wěn)定。開挖邊坡坡度較陡，一般為45°~60°，最大達(dá)70°，邊坡段（開挖出露）上部以第四系坡殘積層粉質(zhì)粘土、全風(fēng)化層為主，松散、透水性弱，在浸泡水情況性工程物理力學(xué)性質(zhì)銳減，土體穩(wěn)定性變差，容易發(fā)生崩塌現(xiàn)象。

4.1 崩塌體規(guī)模

地質(zhì)災(zāi)害隱患點(diǎn)（崩塌體）的前緣坡度50°~80°，后緣坡度為30°~50°，局部段前緣剪出口坡度近直立。潛在崩塌體范圍寬350m，長(zhǎng)3~5m，厚度2~3m 不等，崩塌方向東側(cè)范圍為150°，中段和西段方向?yàn)?10°，潛在崩塌體積5200m3，坡體成分主要為坡積粉質(zhì)粘土和殘積砂質(zhì)粘土，中部段上部為填土。

4.2 崩塌體穩(wěn)定性評(píng)價(jià)

該邊坡處于較不穩(wěn)定狀態(tài)，易受外部因素誘發(fā)，再次發(fā)生崩塌的可能性極大，威脅在校師生850人，合計(jì)潛在經(jīng)濟(jì)損失1500萬(wàn)元，該潛在崩塌規(guī)模為大型，穩(wěn)定性較差，地質(zhì)災(zāi)害潛在危害程度大，險(xiǎn)情等級(jí)屬大型，危害等級(jí)為大型。

4.3 鉆孔測(cè)試結(jié)果

本次PS 波速測(cè)試共測(cè)3 個(gè)鉆孔，根據(jù)2010 年頒布的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50011-2010)，場(chǎng)地土的類型可根據(jù)土層剪切波速度劃分,建筑場(chǎng)地類別應(yīng)根據(jù)場(chǎng)地土類型和場(chǎng)地覆蓋層厚度劃分（具體見表1和表2）。將本次測(cè)試孔位的土層等效剪切波速結(jié)果及覆蓋層厚度示于表3。

表3 覆蓋層厚度及土層等效剪切波速

由此，根據(jù)建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范(GB50011-2010),所測(cè)3個(gè)鉆孔的場(chǎng)地土的類型都為中軟土場(chǎng)地土；建筑場(chǎng)地類別都為Ⅱ類。

根據(jù)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50011-2010）中的附錄A，本地區(qū)設(shè)計(jì)地震分組應(yīng)為第一組，本工程的場(chǎng)地設(shè)計(jì)特征周期為0.35s，場(chǎng)地卓越周期見表4。

表4 卓越周期

按照現(xiàn)行建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范（GB50011-2010），本場(chǎng)地土的類型為中軟場(chǎng)地土，建筑場(chǎng)地類別為Ⅱ類,場(chǎng)地設(shè)計(jì)特征周期值應(yīng)取0.35s，場(chǎng)地的卓越周期為0.406s。

5 結(jié)論

經(jīng)高密度電法、淺層地震反射法及瑞雷面波法資料解釋，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)的地質(zhì)資料，對(duì)各剖面和各測(cè)點(diǎn)進(jìn)行了以下物探解釋推斷。

（1）劃分出勘測(cè)區(qū)內(nèi)覆蓋層、強(qiáng)風(fēng)化及中風(fēng)化界線。

（2）查明本勘查區(qū)崩塌地質(zhì)災(zāi)害的分布范圍、巖土層構(gòu)造、潛在滑動(dòng)面的產(chǎn)狀，估算出地質(zhì)災(zāi)害體的體積。

（3）為崩塌地質(zhì)災(zāi)害隱患點(diǎn)的發(fā)展趨勢(shì)做出評(píng)價(jià)，并根據(jù)地質(zhì)災(zāi)害體的地質(zhì)環(huán)境條件、邊坡高度、寬度及坡下建筑物、周邊環(huán)境狀況，提出邊坡體治理方案。

在后期地質(zhì)災(zāi)害治理工作中，很好地印證了本次物探解釋推斷結(jié)果，證明綜合物探在崩塌地質(zhì)災(zāi)害勘察中具有快速、經(jīng)濟(jì)、有效等優(yōu)點(diǎn)。