滑坡地质灾害勘察中多道瞬态面波的应用

■容方雨

（广东省有色金属地质局九三三队广东肇庆526060）

滑坡地质灾害勘察中多道瞬态面波的应用

■容方雨

（广东省有色金属地质局九三三队广东肇庆526060）

一直以来，滑坡地质灾害都是一种危害比较大的自然灾害，对建筑工程的正常使用造成了比较大的影响。为了提升对滑坡坡面的认识，在进行滑坡地质灾害勘察时，多使用多道瞬态面波法进行勘察。使用这种地质勘察方法，不仅可以将滑坡体岩土分层情况划分出来，而且可以对比分析多道瞬态面波实测软弱面和滑动面之间的关系，为治理滑坡地质灾害提供相应的参考资料。基于此，本文对滑坡地质灾害勘察中多道瞬态面波的应用进行探讨。

滑坡地质灾害 勘察 多道瞬态面波 应用

在工程施工建设过程中，滑坡地质灾害是破坏边坡稳定性的一个常见的地质灾害。为了控制滑坡对工程建筑造成的危害，首先要先搞清楚滑坡的组成成分以及滑坡的结构构造。了解岩层的特点、滑坡的形态以及位置面等。在对滑坡地质灾害进行勘测时，多道瞬态面波是一种有效的勘测方法，使用多道瞬态面波可以准确探测到不同深度下介质的变化情况，进而确定出滑坡的坡面形态。具有较高的推广应用价值。

1 多道瞬态面波法勘探原理

面波又叫做瑞雷波，是一种沿着介质自由表面进行传播的弹性波。其传播的规律体现了传播过程中所有涉及到的介质弹性参数。瑞雷波法不仅对波的运动学特征进行了利用，并且对波的动力学特征也进行了利用。而常规反射波法和地震折射波法主要是根据波运动学特征进行分析，并且对波速要求、地层厚度要求、阻抗要求比较大。从瞬态面波物理机制可以看出，相较于反射波和折射波，瞬态面波剖面法不但可以探测滑坡面埋深及起伏形态，而且可以对滑坡不良地质进行详细分层，且不受倒转层位的影响，所获取的地层信息主要下述几个方面的特点：（1）不同瑞利波波长，可以穿越的深度也有所差异。（2）瑞利波在层状介质中传播时，具有频散性的特征。（3）由于浅层具有比较高的分辨率，和其他种类的弹性波相比，相同介质中瑞利波的传播速度最慢，只能在表层中某个特定的深度范围中传播。（4）横波的传播速度和瑞利波传播速度有一定的相关性。（5）在使用瑞利波时，只需要使用不同的传播速度就可以实现覆盖层的分层。（6）在勘探过程中，对野外山沟条件和地层的基本要求不高，具有高效、省力等方面的优点。

2 多道瞬态面波的工作方法

在布置多道瞬态面波时，要挨着主滑面进行布置，侧线的两端要布置在稳定性良好的区域。沿着某个固定的方向进行测点的排列。当野外条件受到限制时，可顺着等高线进行布置，并在地形图标上将方向标出来。为了保证采集资料的整体质量，最好使用24道采集。当探测深度比较浅时，可以使用1/0.5m的道间距，使用十八磅大锤敲击排列尾端和前端，也可以使用炸药作为震动源。当面波在自由表面周围传播时，波传播方向的质点会在垂直平面内产生振动，随着深度的不断增加，振幅会随之减少，面波的垂直振幅和水平振幅会从弹性介质表面逐渐向内部变小，能量的一大部分会在波长1/2深度范围中损失。由于面波在多层介质中具有显著的频率散性，面波顺着地层传播时，对表层深度造成的影响大约为一个波长，所以波长的传播特性可以将水平方向上地质条件的变化显示出来，波长面波不同，所表现不同情况下地质特性也不同。

3 多道瞬态面波的作用

3.1 对地层进行划分

在滑坡勘察中，使用多道瞬态面波划分地层非常重要，准确的分层会对滑坡稳定性的计算造成比较大的影响。划分地层主要是利用振幅、波形、拟层速度、频散曲线拐点等物探参数来对地质情况进行表述的过程。当前，在分析地层情况时，主要从下述三个方面开展工作：（1）采集原始波形。利用波形可以将覆盖层的厚度确定出来，通常覆盖层比较厚时，波的频率会较低，波形会比较缓，反之，覆盖层比较薄时，波的频率较高，波形会比较陡。地质模型不同，地震波形也存在一定的差异性，在处理和解释面波资料时，要综合考虑。（2）视速度Vr和频散曲线拐点。对于残积土界面和坡积土，通常可以利用拐点和视速度进行分析，当视速度低于300m/s时,就是滑坡滑动面需要重点考虑的位置。（3）在进行解释的过程中，拟层速度Vx是非常重要的一个因素，通常情况下，根据波速的快慢可以将土质的强弱程度确定出来，因此可以使用波速Vx划分地层，场地不同，对应的地质模型也不同。所以，要尽可能根据钻孔资料来对地层进行分层，对场地地层分布特征进行分析后将某个速度层所对应的地层确定出来，当一个场地中有的地质单元类型比较多时，可以使用不同的速度分析同一个地层。

3.2 软弱面的确定

在对软弱面进行确定时，可以根据波拟层速度彩色剖面图进行分类，一种是滑坡在滑动面潜伏，另一种是滑动过后滑坡所在的滑动面。对于第一种可以在滑坡面中段确定出来，根据地质条件和波速将深度确定好以后，以圆弧状进行划分。后者是根据拐点结合地质分层的基本特征来划分。

4 实际应用案例

4.1 案例介绍

某地质灾害所在地区为丘陵地区，受侵蚀腐蚀严重，受构造影响比较大。山体走向为东—东北走向，地质灾害处于该山中部北侧坡，长度高程为125～192m,高差最大值为72m。滑坡范围内中主要植物为杂草和小树。此地段坡度比较陡，，坡度在30°～45°之间，地形上部比较陡，中部稍微平缓下部又比较陡，地区中部以下的坡度为30°～42°，地区中部以上坡度为40～65°。该地域已经出现过多次滑坡，并存在两段小滑坡体。

4.2 多道瞬态面波勘察技术

在对滑坡地质进行勘察时沿着主滑方向一共布置了十五个勘探点，布设了三条勘探线，每个勘探线上布置了4～6个点，各条勘探线之间的间隔距离为11～25m,勘探点之间的间隔距离保持在15～30m。坡脚布置三个钻探孔。由于坡面很陡，所以使用多道瞬态面波法勘探，根据揭示的岩土层和边坡高度确定勘探点的深度，要求勘探点的深度要进入到滑动面下部稳定层五米以上，勘探点的深度要保持在20～30m,坡脚位置的勘探点要进入到中风化岩三米以上。

此次进行面波勘察时，按照每道间隔距离1m进行布置，一共布置了十二道，使用4Hz垂直地震检波器作为接收传感器，偏移距离保持为6～9m，使用18磅大锤敲击产生的振动作为震源，使用频率波数谱分析法处理信号，将地震记录输入后，将瑞雷波时域窗口确定出来，利用二维傅立叶将记录到的数据从时间、空间域转换到频率、波数域，然后得出二维振幅谱图象。从振幅谱图中将面波振幅等值线图的极大值找出，然后根据极大值将面波频散曲线求出。再计算各个面波测试点频散曲线的层速度和分层，将每一层的厚度确定出来，对各层横波传递的速度进行计算，采用反演拟合的方式对得到的结果进行处理，从而达到定量解释的效果。

利用多道瞬态面波虽然可以划分滑坡地层、准确确定潜在软弱面，但是在确定滑动坡面时，需要进行一系列的分析，同时要确定滑坡的破坏形式以及滑坡的形态，以便准确的验算滑坡稳定性，并制定治理滑坡的具体方案。通过观察滑坡壁发现，此滑动面为圆弧状，所以，场地中滑坡滑动面也为圆弧形。

在计算土质滑坡的稳定性时，使用瑞典圆弧法以及理正边坡稳定性进行分析计算，不对地震影响以及坡顶临时荷载进行考虑，因为滑动面处于残积土中，在对坡积土、残积土抗剪强度参考残余抗剪强度的指标进行取值。按照饱和抗剪强度指标进行残积土以下土层的取值。

以剖面图上滑动圆弧最大值对滑动面进行计算。计算各个剖面的局部稳定性，利用计算搜索的方法找出安全系数最低的潜在滑动面。通过对局部稳定性计算得到的安全系数最低的潜在滑动面和面波推断的潜在软弱面进行对比分析后证明，两者的整体形态差别不大。使用瑞典圆弧法对边坡稳定性进行计算后证明：潜在滑动面处于边坡面的中间位置。而在面波Vx等值线图中主要表现为：低速坡度比较大的区域。两者的差距不大，并且可以互相进行校准和验证，为下一部支护施工和滑坡治理提供准了相对较为准确的地质信息。

5 结束语

综上所述，在对滑坡地质灾害进行勘察过程中，多道瞬态面法是一种非常有效的方法，可以更清楚的展现出滑坡体具体的地质情况，并实现滑坡地质的分层。其勘察精度可以完全达到滑坡工程的基本要求。为了可以更加深入的对面波成果资料进行利用，需要将滑动面分为潜在滑动面和实际滑动面，并根据稳定性计算结果，对面波勘探结果进行细化，取得了良好的效果，提升了滑坡地质灾害勘察效果和作业效率。

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P642.22[文献码]B

1000-405X（2016）-5-178-2

容方雨（1989～），男，学士，助理工程师，研究方向为水工环地质。