深层地滑边坡运动历程特性研究

蔡佳昱 邹韬

(江西省地质矿产开发局水文地质工程地质大队,江西南昌 330095)

深层地滑边坡运动历程特性研究

蔡佳昱 邹韬

(江西省地质矿产开发局水文地质工程地质大队,江西南昌 330095)

深层地滑特征为边坡滑移范围大、移动速率缓慢、短时间内不易察觉,一旦触发条件发生致使边坡滑移运动加速,极可能引发突变式山崩,造成重大灾难。本文对深层地滑边坡运动历程特性进行研究。

深层地滑 边坡运动 历程特性 研究

1 深层地滑

深层的岩体潜移在归纳上属流动型边坡破坏模式,潜移作用不仅影响浅层土壤,亦可能发生在深层岩体。地滑多发生于山坡地或岩屑层,呈块状滑落,其滑落后亦不致破碎,地下水为必要条件。如建立分五种边坡坡坏的模式,主要因岩石受重力作用长期影响下而造成蠕变(图1)。

2 调查方法与案例

现况调查就先从地质与地形条件推测之可能发生地滑的地滑区,因为很难定义其滑动面,所以进行各种地滑的地表现象或征兆等调查,推测地滑机制。一般现况调查包括其判释滑动范围的大小、滑动方向等。于野外踏勘(现地勘查)阶段之地表地质调查,系根据地形图、地质图、多时期的遥测影像以及航空照片等的判释结果,赴野外现地调查山崩地形特性,及岩性、地层、构造等地质特性,以了解山崩之范围、形态及滑动方向等,并予以分区；机制调查是针对地滑区内各滑动体的地质、滑动面深度．滑动型态、规模、及水文等进行三度空间的调查。虽然地滑的机制相当复杂,但是为了要了解引发地滑的地下水动态、地下地质、风化及变质的情形、滑动面深度、以及斜坡稳定分析所需之土壤力学参数等。因此对于决定防治工程的种类与方法而言,机制调查是一个极重要的工作,且其调查的精确度可影响地滑防治工程的成功与否。机制调查项目大致有地球物理探测、钻探、滑动面调查、地下水调查、土质特性调查等。山崩的特性多因其类型而异,故调查方法亦应随地滑类型而组合较有效方式进行之。

3 边坡变形之分析方法

3.1 遥测影像判释

由卫星影像及航空摄影照片中,可有效率的得知大范围土地利用分布,其方法主要分为人工以及自动影像判释,其中人工影像判释经常需要数次的数据套迭、数化与检视等工作,往往耗时并且效率低,但以准确率高为最大优点；自 动影像判释主要是以训 練计算机并且使用其高速批次计算能力,在短时间内得到判释后的影像,但其缺点为易受影像质量直接影响,当影像本身分辨率不足或是色调分布不均,往往会有失其准确性；而此些方法在受到植生复育的旧崩塌地中,会有大量崩塌地被漏授情况发生,由图中可以看出红色虚线A、B处所标示的区域之植生高度与周围的地区不同,A、B 两区受到崩塌而流失原先植被,过了一段时间植被再次复生；由 B处复生后的情况来看,大部份崩塌地皆已被植被覆盖,无法清楚由遥测影像中观察到,而A处顶端可能是因为复育后再经崩塌造成,因此可以较明显观察到裸露的地表；整体来说,因为植生的复育,会造成自动判释旧崩塌地的成效并不理想。卫星影像的判释方法可以分成直接判释、比对判释及推理判释等三种基本方式推理判释是遥测影像的主要方法,崩塌地、地滑及土石流在遥测影像上也会显示出特殊形状,如崩塌地常出现的马蹄形、舌形。

图1 边坡坡坏类型

遥测影像中的崩塌地特点:

(1)色调很亮:由于刚发生的崩塌,植生尚未恢复。

(2)河岸或边坡之趾部受河流切割。

(3)河道突然变窄或弯曲:滑动中或不久前滑动之崩塌地,其趾部会凸向河流,致使河流变窄。

(4)大量松散的土壤或岩块堆积于陡坡下。

(5)崖坡下具有圆丘状滑动体及缓起伏地形。

(6)在崖坡具有断裂及张力裂隙。

(7)不自然之地形,如汤匙形或长带形之低洼地。

(8)地下水渗漏带。

(9)长条形排水不良的长低洼地。

(10)密集的排水道。

(11)排水路线或河谷中堆积大量土石。

(12)在照片上色调变化很大的区域。色调较暗表示有较多的水分。

(13)因潜移造成树木倾斜及篱笆移位。

3.2 数值地形

图2 植被复育崩塌地

数值地形模型是利用数学的方式描述地表连续的变化的一种模型。主要是使用航空立体像配合地面控制点的方法产制而成；其原理主要是应用由不同角度所拍摄的航空影像,飞行器由不同的航道中可以取得同一地点不同角度的航空摄影图,之后再由地面控制点求得地面各点之三维坐标,即可产制DTM。而在地理资讯系统中,数值地形模型通常包括高程、坡度和坡向等。其中,高程多为主要资料,而坡度、坡向等多为衍生数据。

4 微地动量测技术应用

微地动主要表示近地表之环境振动,由不同震源所引起的能量夹杂在一起,在地表附近地层中不断地振荡迭加形成的讯号。如生物活动、车辆行驶、大气压力的变化、风的影响、潮汐或海浪的作用等,皆会造成微地动。

4.1 微地动背景

微地动讯号在地表没有地震的时候,以极小的振幅不停的来回震动,其震动的来源为自然界以及人类活动所产生的能量,如:风吹的影响、车辆行驶造成的振动、生物活动、人为因素、海浪等,对地表产生震动的作用造成影响,在地表邻近的地层来回震动迭加,造成微地动,又称地球噪声。这些能量由于地层间速度差异在近地表地层内进行复反射、折射,形成类似表面波的形式传递,并以表面波基模方式存在。因此利用微地动数据来进行场址效应的研究,应该最能显现出近地表之地层特性。短周期之微地动,主要是由场址附近交通引起之地区性雷利波所组成。

利用微动量测傅氏频谱比值的方法,优点为可以有效消除雷利波对量测数据的干扰,用于推估土层厚度以及地盘基本周期。然而这些信号过去被归纳为背景杂信。微地动的优点主要在于费用低、操作快速、方便,且微地动之数据随时皆可取得。目前微地动已经广泛的使用在评估场址效应及地震微分区当中。推算地盘振动基本周期之方法可以分成分析法、经验法及量测法三种。利用微动量测仪器纪录地盘的微动反应,推估地盘基本周期或地盘显着周期。

4.2 单站频谱比法

利用傅氏振幅谱原理,对所量测的讯号进行傅氏转换至频率域,再利用单站频谱比法,将水平向与垂直向的频谱相除,其比值代表不同频率的放大因子,即反应部分场址特性。在频谱比之峰值所在的频率即为显着频率,其倒数为基本周期,可反应场址的地体特性。

微地动的震源主要受到来自地表附近雷利波的影响,利用微地动数据估算场址效应所得单站频谱比法之经验式。利用井下的地震仪当作地下岩盘参考站,发现在地表冲积层站所记录到之垂直向傅式频谱Sv(f)会大于地下岩盘站之垂直向傅式频谱Bv(f),所以震源所造成的垂直向放大效应As(f)可视为:

而我们可以将双站频谱比法估算之水平向场址效应SE(f)表示为:

为了去除震源所造成的放大效应,我们将(1)式除以(2)式,即:

也就是单一测站之水平向傅式频谱除以垂直向傅式频谱,简称为H/V Ratio,本次研究会透过此值作为场址效应之评估依据。

5 结语

利用微震动量测求得场址特性,显示出地区主频值介于0．1～0．5Hz频段范围内的位置,包括大部分平原、平原沿海区域等,显示了这些地方之冲积层极厚或S波波速很低的反应；主频值介于0．5～1．5Hz范围的区域,包括大部分盆地、大部分平原区域,显示着这些区域内之冲积层较厚或是S波波速较低的现象；主频介于3．5～6Hz频段之区域,大部分出现在盆地、平原外围,靠近丘陵、山区的位置,主要丘陵区内、靠山区域,显示冲积层较薄之反应或S波波速较高、地层较坚硬；主频位置介于6Hz～10Hz以上区域,主要出现在部份丘陵区域、盆地北段、近山区位置,主频较高区域显示这些测站下方之冲积层很薄或是S波波速较快,类似良好岩盘站之反应。在某些特定地形及地质构造之边坡上可观察到地振动放大与极化现象,而且常沿着可能滑移方向产生最大放大。

[1]姜德义,朱合华,杜云贵,编著.边坡稳定性分析与滑坡防治[M].重庆大学出版社,2005.