瞬態(tài)面波法在滑坡勘察中的應用分析

佘 浩

湖南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局四〇二隊，湖南長沙 410000

作為常見的地質(zhì)災害之一，產(chǎn)生滑坡的主要原因是邊坡的結構在重力和水的影響下，產(chǎn)生了失穩(wěn)破壞。為了有效避免滑坡等地質(zhì)災害的產(chǎn)生，需要對滑坡體的構造和成分進行詳細的勘查，了解各巖石層的狀態(tài)和特征。隨著科學技術的發(fā)展，瞬態(tài)面波法得到了不斷的完善，在滑坡勘察中的應用日漸廣泛。因此，分析研究瞬態(tài)面波法在滑坡勘察中的應用具有重要的現(xiàn)實意義。

1 瞬態(tài)面波勘探的原理

1.1 瞬態(tài)面波方法理論基礎

面波的頻散特性、介質(zhì)中傳播速度，會受到不同巖土介質(zhì)不同物理力學性質(zhì)的影響。如圖1即為多道瞬態(tài)面波法現(xiàn)場工作方法示意圖。在同一個彈性介質(zhì)當中，從表面到內(nèi)部，面波的水平振幅、垂直振幅都會發(fā)生指數(shù)式的衰減，而其主要能量都集中一個波長范圍內(nèi)。因此，可以通過相同波長的瞬態(tài)面波特性，對地層水平方向的變化進行勘察；通過不同波長的瞬態(tài)面波特性，對地層垂直方向的變化進行勘察。尤其是在層狀介質(zhì)狀態(tài)下，面波的速度，隨著頻率的變化而呈現(xiàn)函數(shù)性的變化規(guī)律。

圖1 多道瞬態(tài)面波法現(xiàn)場工作方法示意圖

1.2 瞬態(tài)面波剖面法特點

在應用瞬態(tài)面波時，通過對坡面上的面波點頻散曲線信息進行收集、匯總和整理，最終合成而為二維空間物性，使其能夠反應勘察區(qū)域的底層彈性結構特征，該類圖形就是面波剖面地層彩色影像圖。它集中體現(xiàn)了各個孤立的面波點的相關性，形象的反映了當前勘察區(qū)域的滑坡地質(zhì)結構特點，為后期進行滑坡地層結構的劃分，提供了理論依據(jù)。此外，借助剖面影像圖，可以對收集到的相關資料，進行定量地質(zhì)解釋，并科學合理的評價當前各巖土層工程的地質(zhì)情況，最后根據(jù)CAD制圖軟件，繪制出該地區(qū)地質(zhì)的剖面圖，為滑坡工程的治理提供形象的理論支持。

2 瞬態(tài)面波在滑坡勘察中的具體應用

某城市電纜廠房的東北部，存在中型深層滑坡。該處滑坡區(qū)域長度約為230m，寬度約為210m，高度約為80m，其還發(fā)育順層淺層滑坡。根據(jù)之前的地質(zhì)勘察資料表明，工程滑坡區(qū)域的底層主要為泥巖和粉砂巖結構。上面覆蓋了第四系坡殘積土。一般情況下，滑坡的滑動面在巖面或者基巖的軟弱夾層中發(fā)育，且可能存在多層滑動面。為了更好地掌握該地區(qū)的滑坡面發(fā)育區(qū)域，本工程采用瞬態(tài)面波法進行滑坡的勘察。

2.1 現(xiàn)場瞬態(tài)面波法進行滑坡勘察

（1）測線布設：為了更好地探測該區(qū)域的滑坡面分布情況，共設置了6條沿著滑動方向的探測線。除了與鉆探相重疊的4條物探測線之外，還在滑坡體的兩側分別布置了一條物探測線。管波測井的位置設置在了L00測線鉆孔（共計4個，分別為YJZK1、YJZK2、YJZK3、YJZK4）和LO1測線鉆孔上（ZK10）。在測量過程中，地形圖的比率采用1：1000的比率，并對控制點和鉆探點進行精準的放線。物探測點則是利用測繩、皮尺進行布置。

（2）儀器設備：本工程采用的淺層地震儀為重慶地質(zhì)儀器廠生產(chǎn)的DZQ48型號，具有瞬時浮點信號增強功能。完全滿足本工程滑坡區(qū)域的勘察需要。對于橫波檢波器則選用COJ—P28型，面波檢波器選用CDJ—Z2.5型。

（3）工作方法：在進行勘察過程中，設置相鄰道間的距離為2m，偏移距離約為15～25m。對于數(shù)據(jù)采用間隔的時間時0.031ms。采用標貫錘進行滑坡勘察的激發(fā)工作，對每一個排列，采用一個面波點進行計算。為了確保采集到的面波和能量強度符合要求，避免受到外界因素的干擾，應在施工現(xiàn)場實施監(jiān)控，并對可能存在的問題，及時采取重測的方式進行數(shù)據(jù)的重新采集。經(jīng)過野外的工作采集，共計獲得原始記錄196張，全部符合勘察要求。

2.2 資料的處理、分析與解釋

2.2.1 資料的處理

將處于同一條測線上的數(shù)據(jù)文件導入到面波等速度剖面處理軟件中，并對各測點的數(shù)據(jù)進行初步的處理，并將各測點的地面剖面位置坐標輸入到軟件系統(tǒng)中。此時，軟件系統(tǒng)會根據(jù)相關數(shù)據(jù)，生成面波速度影像剖面，并根據(jù)對該區(qū)域的鉆探資料以及其他相關資料，進行地質(zhì)解釋剖面圖的繪制工作。

2.2.2 分析與解釋

根據(jù)不同測線所獲得面波速度影像剖面圖，經(jīng)過面波等速度剖面處理軟件的分析和解釋，如表1所示。

表1 瞬態(tài)面波法測點數(shù)據(jù)分析與解釋

（1）通過對以上測點所得到的數(shù)據(jù)進行分析，在面波波速范圍為300～600m/s的區(qū)域，存在向下彎曲的凹槽，通過對各個測點的剖面的基巖面的風化凹槽結合分析，發(fā)現(xiàn)其呈現(xiàn)帶狀分布，初步判斷可能為該工程區(qū)域的地質(zhì)軟弱區(qū)域。

（2）利用瞬態(tài)面波法所勘察的區(qū)域主要存在兩個弧形帶，分別是區(qū)域的主滑動面、次滑動面。

2.3 工作成果分析

（1）巖土分層：根據(jù)上述的物探結果，可以初步將該區(qū)域的巖土層分為4個層面。第一層為土層，主要位于滑坡的表面，且面波的波度最低，大約為40～300m/s；第二層為為強風化層，處于土層的下方，面波的波度約為300～600m/s，該層的主要管波表現(xiàn)為速度較低，呈現(xiàn)不均勻分布；第三層為中風化層，位于強風化層的下方，表現(xiàn)為節(jié)理裂隙發(fā)育；第四層位微風化層，面渡波速較高，基本上在1200m/s以上。

（2）軟弱帶：根據(jù)物探結果發(fā)現(xiàn)，該區(qū)域存在基巖風化凹槽，可以清楚的在圖3中看到3條軟弱帶，其中有2條貫穿6條剖面。

（3）滑動面：根據(jù)瞬態(tài)面波法所勘察的結果，對本場地區(qū)域進行了滑坡的勘察，初步推斷出可能存在兩個滑動面。其中主滑動面呈現(xiàn)弧狀分布，位于強風化層和中微風化層之間，部分區(qū)域穿過了軟弱帶。其在面波速度影像剖面上，表現(xiàn)為波速大約在700～800m/s的弧形洼槽基巖面；次滑動面則分布在強風化層的軟弱帶中，距離地表較近，呈現(xiàn)弧狀分布。

3 結語

綜上所述，隨著瞬態(tài)面波法的日漸成熟，在滑坡勘察中的應用也越來越廣泛，相比較傳統(tǒng)勘察方法更加快捷，結果更加準確有效。因此，相關工作者應當積極提升自身的專業(yè)素質(zhì)能力，充分掌握瞬態(tài)面波法的應用要點，準確在工程項目中對滑坡等地質(zhì)災害勘察，推動我國社會主義經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展。