邊坡工程地質(zhì)災(zāi)害隱患探測(cè)方法研究

龔 放

（成都師范學(xué)院， 成都 611130）

0 引言

在開展邊坡工程的過(guò)程當(dāng)中常常會(huì)面臨著各種各樣的地質(zhì)現(xiàn)象和地質(zhì)災(zāi)害，譬如滑坡、泥石流等，雖然部分現(xiàn)象初期表現(xiàn)并不強(qiáng)烈，但如果無(wú)法對(duì)其進(jìn)行及時(shí)分析，探測(cè)出具體的地質(zhì)災(zāi)害隱患，則極有可能釀成更為嚴(yán)重的后果，引發(fā)大規(guī)模的地質(zhì)災(zāi)害。因此本文將著重圍繞邊坡工程地質(zhì)災(zāi)害隱患探測(cè)方法展開初步探究，希望能夠?yàn)樘岣哌吰鹿こ淌┕べ|(zhì)量，有效規(guī)避地質(zhì)災(zāi)害提供相應(yīng)參考幫助。

1 邊坡工程的巖土性質(zhì)概況

筆者在查閱大量相關(guān)研究資料后發(fā)現(xiàn)大多數(shù)研究人員認(rèn)為邊坡失去穩(wěn)定性，主要是以地層巖土性質(zhì)作為其物質(zhì)基礎(chǔ)，有大量的研究資料證明巖土體類型和性質(zhì)成分等均會(huì)在不同程度上影響著邊坡的穩(wěn)定性。如果地層本身結(jié)構(gòu)較為松軟，缺乏足夠的抵御風(fēng)化的能力和抗剪強(qiáng)度，則在水的作用以及其他營(yíng)力作用之下，地層性質(zhì)將隨之出現(xiàn)相應(yīng)的變化，成為泥土狀的軟弱夾層，譬如說(shuō)泥巖地層、片巖等等[1]。而此類夾層本身穩(wěn)定性相對(duì)差，巖土比較容易出現(xiàn)裂縫，特別是隨著時(shí)間的推移，其裂縫還將逐漸擴(kuò)大，導(dǎo)致大量地面積水下滲，進(jìn)而對(duì)地下水質(zhì)量造成污染。通常情況下，具有較高穩(wěn)定性的邊坡，其巖土體地質(zhì)性質(zhì)也更加優(yōu)良。

2 邊坡工程地質(zhì)災(zāi)害隱患探測(cè)方法

2.1 淺層地震勘探

2.1.1 反射波法

在對(duì)邊坡工程的淺層地震進(jìn)行勘探的過(guò)程中，經(jīng)常使用的一種探測(cè)方法便是反射波法，該項(xiàng)探測(cè)方法現(xiàn)階段已經(jīng)被運(yùn)用在了眾多工程地質(zhì)災(zāi)害隱患探測(cè)和地質(zhì)勘探工作當(dāng)中。通過(guò)采用反射波法對(duì)邊坡工程地質(zhì)災(zāi)害隱患進(jìn)行探測(cè)，從理論上來(lái)說(shuō)就是通過(guò)采用水平疊加技術(shù)，依次疊加各激發(fā)點(diǎn)以及接收點(diǎn)當(dāng)中接收的，由相同反射點(diǎn)發(fā)出的地震記錄，使得多次波、隨機(jī)干擾波等所產(chǎn)生的干擾影響能夠被降至最低，進(jìn)而在順利完成速度等各項(xiàng)參數(shù)提取工作的同時(shí)，保障信噪比以及地震剖面具有較高的質(zhì)量水平。

2.1.2 折射波法

現(xiàn)如今國(guó)內(nèi)外在對(duì)淺層地震構(gòu)造進(jìn)行勘探的過(guò)程當(dāng)中使用最為頻繁的一種探測(cè)方法就是折射波法，該探測(cè)方法自從被廣泛運(yùn)用以來(lái)，在對(duì)基巖深度和起伏狀態(tài)，巖性接觸帶具體位置、延伸方向等各項(xiàng)重要參數(shù)和性質(zhì)的探測(cè)方面具表現(xiàn)出了良好的探測(cè)效果，探測(cè)結(jié)果具有較高的精確度和真實(shí)性。勘探人員通過(guò)利用折射波法能夠?qū)鶐r縱波速度進(jìn)行準(zhǔn)確測(cè)定，并掌握其具體的分布情況，在此基礎(chǔ)上對(duì)邊坡工程的巖性變化情況、具體致密性等進(jìn)行全面、精準(zhǔn)地把握，以此有效保障工程設(shè)計(jì)和建設(shè)質(zhì)量[2]。在許多大型工程建設(shè)如公路橋梁、房屋建筑等當(dāng)中，工程人員通常會(huì)選擇使用該方法進(jìn)行地基勘探，其通過(guò)使用雙重相遇追逐觀測(cè)系統(tǒng)，將檢波點(diǎn)距設(shè)定在5m，可以對(duì)滑動(dòng)界面的位置等進(jìn)行精準(zhǔn)確定，工程人員在參考其他重要參數(shù)資料之后，即可更加科學(xué)合理地完成工程設(shè)計(jì)與施工工作。

2.1.3 瑞雷波法

通常情況下，在彈性界面周圍分布著瑞雷波，在邊坡工程當(dāng)中，通過(guò)借助瑞雷波對(duì)淺層地質(zhì)進(jìn)行勘探，同樣可以準(zhǔn)確探測(cè)具體的工程地質(zhì)災(zāi)害隱患，為邊坡工程建設(shè)排除質(zhì)量干擾因素。相比于上述兩種探測(cè)方法，瑞雷波法的應(yīng)用范圍更加廣闊，對(duì)于淺層地層以及潛水面以下地層分層等，瑞雷波法均可以表現(xiàn)出良好的分辨性能。在使用該探測(cè)方法對(duì)工程地質(zhì)災(zāi)害隱患進(jìn)行探測(cè)時(shí)，一般使用24道接收，檢波之間則相隔大約2m。

2.2 電法勘探方法

2.2.1 電阻率測(cè)深

地下巖石和礦石的導(dǎo)電性并不完全相同，受此影響電場(chǎng)分布狀態(tài)也會(huì)隨之發(fā)生相應(yīng)的變化。基于這一點(diǎn)，可以采用電阻率測(cè)深法，在專業(yè)儀器的幫助之下，可以準(zhǔn)確顯示具體的電場(chǎng)分布情況，從而有效幫助工程人員解決地質(zhì)問(wèn)題。根據(jù)具體電極的排列方式，電測(cè)深法也可以被分為不同的種類。而目前在邊坡工程以及其他工程建設(shè)當(dāng)中最常使用的電阻率測(cè)深法主要有兩種，分別為三極和四極電測(cè)深法。前者主要是通過(guò)保持測(cè)線和一個(gè)對(duì)稱四極當(dāng)中的供電電極以一定距離，進(jìn)而構(gòu)成一個(gè)三極排列。在測(cè)線方向排列的三極主要是由兩個(gè)測(cè)量電極和一個(gè)供電電極共同構(gòu)成，放置在遠(yuǎn)離測(cè)線位置處的供電電極則通常被人們表示成C極。三極排列中的供電電極所產(chǎn)生的電場(chǎng)直接影響著最終的測(cè)量結(jié)果，當(dāng)兩個(gè)供電電極不斷增大的情況下，電阻率測(cè)深法所探測(cè)的深度也將逐漸增加。通過(guò)利用公式即可計(jì)算出電阻率。在這一公式當(dāng)中，K代表的就是電極裝置系數(shù)，A、B分別代表兩個(gè)供電電極，其中距離測(cè)線相對(duì)較遠(yuǎn)的供電電極為B，M與N則代表兩個(gè)測(cè)量電極。

四極電測(cè)深法當(dāng)中，主要是由兩個(gè)供電電極和兩個(gè)測(cè)量電極共同組合而成，供電電極和測(cè)量電極的分布均以測(cè)點(diǎn)為對(duì)稱軸，呈對(duì)稱分布的狀態(tài)。與三極排列測(cè)量方式相同的是，隨著兩個(gè)供電電極的不斷加大，探測(cè)深度也將逐漸增加。而利用公式，在供電電極發(fā)生變化的情況下可以轉(zhuǎn)卻計(jì)算出當(dāng)前極距下的視電阻率。無(wú)論是三極還是四極電測(cè)深法，均可以準(zhǔn)確展現(xiàn)出垂直方向上相同測(cè)點(diǎn)不同電極距下的視電阻率，通常在水平巖層或是傾斜角在20°以內(nèi)的巖層當(dāng)中比較適合使用電測(cè)深法對(duì)工程的地質(zhì)構(gòu)造、覆蓋厚度等進(jìn)行準(zhǔn)確勘測(cè)。

2.2.2 激電測(cè)深法

雖然激電測(cè)深法和電阻率測(cè)深法同樣屬于電測(cè)深法的范疇當(dāng)中，有助于邊坡工程對(duì)地質(zhì)災(zāi)害隱患進(jìn)行精準(zhǔn)探測(cè)，但不同于電阻率測(cè)深法具有應(yīng)用范圍相對(duì)較廣的特點(diǎn)，激電測(cè)深法的探測(cè)對(duì)象具有明顯的局限性。一般只用于對(duì)局部不均勻體或是具有較高含水量的邊坡滑動(dòng)層頂部埋深進(jìn)行探測(cè)，此外，激電測(cè)深法也可以用于準(zhǔn)確探測(cè)平面當(dāng)中滑動(dòng)層的具體分布狀態(tài)與分布規(guī)律。由于其應(yīng)用范圍比較狹窄，因此在實(shí)際邊坡工程當(dāng)中很少運(yùn)用該項(xiàng)探測(cè)方法進(jìn)行地質(zhì)災(zāi)害隱患的勘測(cè)。

3 邊坡工程中地質(zhì)災(zāi)害隱患探測(cè)方法的實(shí)際運(yùn)用

3.1 淺層地震勘探法的應(yīng)用

在某邊坡工程當(dāng)中，由于測(cè)區(qū)位置處于山區(qū)，地形復(fù)雜多樣且擁有眾多高山，邊坡相對(duì)較陡，加之當(dāng)?shù)貙?shù)量比較大，因此測(cè)區(qū)范圍內(nèi)植被覆蓋率比較高，茂盛生長(zhǎng)的植物也在一定程度上增加了邊坡工程地質(zhì)災(zāi)害隱患探測(cè)的工作難度。為了準(zhǔn)確掌握工程測(cè)區(qū)的地質(zhì)構(gòu)造情況，了解具體的巖層風(fēng)化程度等相關(guān)信息，工程人員最終決定使用折射波和瑞雷波相互結(jié)合的探測(cè)方法完成該工程地質(zhì)災(zāi)害隱患探測(cè)工作[3]。在瑞雷波探測(cè)法當(dāng)中，工作人員在對(duì)原始資料進(jìn)行編輯并進(jìn)行能量均衡之后，進(jìn)入到外科切除和零相位濾波的環(huán)節(jié)當(dāng)中，在完成面波主能量團(tuán)的拾取等流程之后，結(jié)合相關(guān)公式對(duì)互功率譜進(jìn)行計(jì)算，同時(shí)計(jì)算出連續(xù)相位譜，此時(shí)通過(guò)選擇相鄰道計(jì)算面波速度，并將其加入至數(shù)據(jù)庫(kù)當(dāng)中即可顯示出最終的結(jié)果。在對(duì)折射波資料進(jìn)行處理的過(guò)程中，工程人員選擇了準(zhǔn)旅行時(shí)法，并且搭配使用t0時(shí)間發(fā)對(duì)最底層折射波速度進(jìn)行計(jì)算。

在折射波法的運(yùn)用之下，使得50m內(nèi)地表地質(zhì)分層工作得以順利落實(shí)，在結(jié)合其他相關(guān)探測(cè)資料將測(cè)區(qū)巖性依次劃分成覆蓋層、全風(fēng)化和強(qiáng)弱風(fēng)化層之后，可以準(zhǔn)確了解到山脊位置處有滑坡帶，而嚴(yán)重的覆蓋層風(fēng)化問(wèn)題使得巖土出現(xiàn)了比較嚴(yán)重的土質(zhì)疏松問(wèn)題，進(jìn)而直接影響到該邊坡工程的穩(wěn)定性。在參照具體解釋圖并對(duì)滑坡各點(diǎn)主滑動(dòng)面坡角進(jìn)行逐一計(jì)算之后，發(fā)現(xiàn)其坡角范圍為8°到28°，因此該邊坡工程具有中等危害程度的滑坡問(wèn)題。雖然根據(jù)探測(cè)結(jié)果來(lái)看，滑動(dòng)主要出現(xiàn)在東西方向，但考慮到坡角的范圍差距過(guò)大，因此主滑動(dòng)面同樣有可能存在從中間向兩邊滑動(dòng)的問(wèn)題。

3.2 電法勘探方法實(shí)際應(yīng)用

在另一個(gè)位于丘陵地區(qū)的邊坡工程當(dāng)中，其山體走向?yàn)闁|北方向，平行于路線走向。而山體地面高程最大值超過(guò) 350m，地面高程最低值則為 235m，相對(duì)高差為115m，跛角范圍在20°到25°之間，上部第四系土層的覆蓋厚度范圍在3m到10m之間，工程測(cè)區(qū)地下水系發(fā)達(dá)，水位埋深在2m到5m之間，且當(dāng)?shù)囟嘟涤晏鞖猓邓畷r(shí)間分配不均。在雨水的反復(fù)沖刷的侵蝕作用下，測(cè)區(qū)坡腳出現(xiàn)了失穩(wěn)情況，并出現(xiàn)高深臨空面。但在滑坡的逐漸滑移下，反而達(dá)到了一種平衡效果，因此暫時(shí)該邊坡工程處于穩(wěn)定狀態(tài)。工作人員通過(guò)在測(cè)區(qū)范圍內(nèi)布設(shè)十條電測(cè)深剖面線，其中垂直和平行與路線方向的電測(cè)深剖面線各五條。所有電測(cè)深剖面線的長(zhǎng)度各不相同，但電測(cè)深測(cè)點(diǎn)之間的距離相同，均為2m，在工程當(dāng)中總共布設(shè)了超過(guò)620個(gè)測(cè)點(diǎn)。

通過(guò)根據(jù)其他工程勘探結(jié)果可知，在出現(xiàn)滑坡位置的后緣破裂壁當(dāng)中出現(xiàn)了正在發(fā)育的植被，巖石的風(fēng)化程度比較嚴(yán)重，滑坡前緣位置以及坡角相對(duì)平緩，加之已有部分周圍居民將其開墾成梯田，因而該邊坡工程中雖然存在滑坡問(wèn)題，但其保持穩(wěn)定狀態(tài)也已有一段時(shí)間[4]。在電阻率測(cè)深法的運(yùn)用之下，檢測(cè)到滑坡碎石土電阻在30到110Ω·m之間，亞粘土和灰?guī)r的電阻率分別在40到100Ω·m之間以及120到160Ω·m之間，而巖泥電阻率則在100到110Ω·m之間，礫石電阻率至少為110Ω·m。在將電阻率測(cè)深結(jié)果和工程地質(zhì)測(cè)繪圖進(jìn)行有機(jī)結(jié)合后，可以了解到滑坡滑體土電阻率在20到210Ω·m之間，具有相對(duì)較大的電性離散程度，考慮到土體含水量直接影響著電阻率，因此根據(jù)滑坡后緣位置電阻率較高的現(xiàn)象，可以推斷出其滑體土含水量相對(duì)較少，另外，在中部位置處有大量人工填土，因此也使得滑坡出現(xiàn)了高阻帶。其滑帶土不僅為粘土，同時(shí)還含有大量碎屑，而根據(jù)相關(guān)探測(cè)數(shù)據(jù)顯示，其滑帶土具有良好的含水性和可塑性，且抗剪強(qiáng)度和電阻率相對(duì)較低，加之覆蓋厚度相對(duì)較小，因此在繪制出的電阻率測(cè)深曲線上難以進(jìn)行準(zhǔn)確區(qū)分。

考慮到每次在降水天氣下，工程中都會(huì)出現(xiàn)新的滑坡，并且最大一次規(guī)模的滑坡，其寬度和縱深分別達(dá)到了80m和120m。因此工程人員決定對(duì)已經(jīng)出現(xiàn)裂縫的滑體使用粘土填充和夯實(shí)處理，并在新出現(xiàn)的滑體當(dāng)中設(shè)置排水溝，用以有效防止地面水下滲污染地下水[5]。另外，結(jié)合邊坡工程的實(shí)際情況，工程人員決定額外設(shè)置擋土墻和抗滑樁，從而進(jìn)一步增強(qiáng)邊坡的穩(wěn)定性。

4 結(jié)束語(yǔ)

雖然經(jīng)常在邊坡工程當(dāng)中出現(xiàn)的滑坡、塌陷等地質(zhì)災(zāi)害本身規(guī)模相對(duì)較小，埋深也通常較淺，但仍然需要工作人員結(jié)合邊坡工程的具體情況，采用與之相對(duì)應(yīng)的地質(zhì)災(zāi)害隱患探測(cè)方法，探明具體的地質(zhì)災(zāi)害隱患。根據(jù)獲取的速度等參數(shù)瑞滑動(dòng)層的厚度、分布規(guī)律等予以充分掌握，進(jìn)而為相關(guān)工程人員制定積極有效的地質(zhì)災(zāi)害應(yīng)對(duì)方案提供真實(shí)、必要的參考。在有效幫助邊坡工程規(guī)避地質(zhì)災(zāi)害，提高邊坡工程安全性的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步強(qiáng)化邊坡工程的地質(zhì)災(zāi)害隱患探測(cè)能力。

[1]陳昌彥，沈小克，蘇兆鋒，張輝，白朝旭，賈輝，顧漢民.電磁波層析成像技術(shù)在復(fù)雜地質(zhì)邊坡工程勘察中的應(yīng)用研究[J].地球物理學(xué)進(jìn)展，2012，27(02):796-803.

[2]黃偉. 公路邊坡工程地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)估方法研究[D].重慶交通大學(xué)，2012.

[3]劉英超，劉瑩.淺析邊坡工程地質(zhì)災(zāi)害的相關(guān)探測(cè)方法[J].科技風(fēng)，2014，15(02):151-152.

[4]彭鎮(zhèn)城.全站儀無(wú)棱鏡測(cè)量技術(shù)在地質(zhì)災(zāi)害及邊坡工程中的應(yīng)用[J].廣東科技，2011，33(02):193-194.

[5]朱自強(qiáng)，彭冬菊.邊坡隱患探測(cè)方法研究[J].工程地球物理學(xué)報(bào)，2017，11(05):405-410.