蔡佳昱 鄒韜

(江西省地質(zhì)礦產(chǎn)開發(fā)局水文地質(zhì)工程地質(zhì)大隊(duì),江西南昌 330095)

深層地滑邊坡運(yùn)動(dòng)歷程特性研究

蔡佳昱 鄒韜

(江西省地質(zhì)礦產(chǎn)開發(fā)局水文地質(zhì)工程地質(zhì)大隊(duì),江西南昌 330095)

深層地滑特征為邊坡滑移范圍大、移動(dòng)速率緩慢、短時(shí)間內(nèi)不易察覺,一旦觸發(fā)條件發(fā)生致使邊坡滑移運(yùn)動(dòng)加速,極可能引發(fā)突變式山崩,造成重大災(zāi)難。本文對(duì)深層地滑邊坡運(yùn)動(dòng)歷程特性進(jìn)行研究。

深層地滑 邊坡運(yùn)動(dòng) 歷程特性 研究

1 深層地滑

深層的巖體潛移在歸納上屬流動(dòng)型邊坡破壞模式,潛移作用不僅影響淺層土壤,亦可能發(fā)生在深層巖體。地滑多發(fā)生于山坡地或巖屑層,呈塊狀滑落,其滑落后亦不致破碎,地下水為必要條件。如建立分五種邊坡坡壞的模式,主要因巖石受重力作用長(zhǎng)期影響下而造成蠕變(圖1)。

2 調(diào)查方法與案例

現(xiàn)況調(diào)查就先從地質(zhì)與地形條件推測(cè)之可能發(fā)生地滑的地滑區(qū),因?yàn)楹茈y定義其滑動(dòng)面,所以進(jìn)行各種地滑的地表現(xiàn)象或征兆等調(diào)查,推測(cè)地滑機(jī)制。一般現(xiàn)況調(diào)查包括其判釋滑動(dòng)范圍的大小、滑動(dòng)方向等。于野外踏勘(現(xiàn)地勘查)階段之地表地質(zhì)調(diào)查,系根據(jù)地形圖、地質(zhì)圖、多時(shí)期的遙測(cè)影像以及航空照片等的判釋結(jié)果,赴野外現(xiàn)地調(diào)查山崩地形特性,及巖性、地層、構(gòu)造等地質(zhì)特性,以了解山崩之范圍、形態(tài)及滑動(dòng)方向等,并予以分區(qū)；機(jī)制調(diào)查是針對(duì)地滑區(qū)內(nèi)各滑動(dòng)體的地質(zhì)、滑動(dòng)面深度．滑動(dòng)型態(tài)、規(guī)模、及水文等進(jìn)行三度空間的調(diào)查。雖然地滑的機(jī)制相當(dāng)復(fù)雜,但是為了要了解引發(fā)地滑的地下水動(dòng)態(tài)、地下地質(zhì)、風(fēng)化及變質(zhì)的情形、滑動(dòng)面深度、以及斜坡穩(wěn)定分析所需之土壤力學(xué)參數(shù)等。因此對(duì)于決定防治工程的種類與方法而言,機(jī)制調(diào)查是一個(gè)極重要的工作,且其調(diào)查的精確度可影響地滑防治工程的成功與否。機(jī)制調(diào)查項(xiàng)目大致有地球物理探測(cè)、鉆探、滑動(dòng)面調(diào)查、地下水調(diào)查、土質(zhì)特性調(diào)查等。山崩的特性多因其類型而異,故調(diào)查方法亦應(yīng)隨地滑類型而組合較有效方式進(jìn)行之。

3 邊坡變形之分析方法

3.1 遙測(cè)影像判釋

由衛(wèi)星影像及航空攝影照片中,可有效率的得知大范圍土地利用分布,其方法主要分為人工以及自動(dòng)影像判釋,其中人工影像判釋經(jīng)常需要數(shù)次的數(shù)據(jù)套迭、數(shù)化與檢視等工作,往往耗時(shí)并且效率低,但以準(zhǔn)確率高為最大優(yōu)點(diǎn)；自 動(dòng)影像判釋主要是以訓(xùn) 練計(jì)算機(jī)并且使用其高速批次計(jì)算能力,在短時(shí)間內(nèi)得到判釋后的影像,但其缺點(diǎn)為易受影像質(zhì)量直接影響,當(dāng)影像本身分辨率不足或是色調(diào)分布不均,往往會(huì)有失其準(zhǔn)確性；而此些方法在受到植生復(fù)育的舊崩塌地中,會(huì)有大量崩塌地被漏授情況發(fā)生,由圖中可以看出紅色虛線A、B處所標(biāo)示的區(qū)域之植生高度與周圍的地區(qū)不同,A、B 兩區(qū)受到崩塌而流失原先植被,過了一段時(shí)間植被再次復(fù)生；由 B處復(fù)生后的情況來(lái)看,大部份崩塌地皆已被植被覆蓋,無(wú)法清楚由遙測(cè)影像中觀察到,而A處頂端可能是因?yàn)閺?fù)育后再經(jīng)崩塌造成,因此可以較明顯觀察到裸露的地表；整體來(lái)說,因?yàn)橹采膹?fù)育,會(huì)造成自動(dòng)判釋舊崩塌地的成效并不理想。衛(wèi)星影像的判釋方法可以分成直接判釋、比對(duì)判釋及推理判釋等三種基本方式推理判釋是遙測(cè)影像的主要方法,崩塌地、地滑及土石流在遙測(cè)影像上也會(huì)顯示出特殊形狀,如崩塌地常出現(xiàn)的馬蹄形、舌形。

圖1 邊坡坡壞類型

遙測(cè)影像中的崩塌地特點(diǎn):

(1)色調(diào)很亮:由于剛發(fā)生的崩塌,植生尚未恢復(fù)。

(2)河岸或邊坡之趾部受河流切割。

(3)河道突然變窄或彎曲:滑動(dòng)中或不久前滑動(dòng)之崩塌地,其趾部會(huì)凸向河流,致使河流變窄。

(4)大量松散的土壤或巖塊堆積于陡坡下。

(5)崖坡下具有圓丘狀滑動(dòng)體及緩起伏地形。

(6)在崖坡具有斷裂及張力裂隙。

(7)不自然之地形,如湯匙形或長(zhǎng)帶形之低洼地。

(8)地下水滲漏帶。

(9)長(zhǎng)條形排水不良的長(zhǎng)低洼地。

(10)密集的排水道。

(11)排水路線或河谷中堆積大量土石。

(12)在照片上色調(diào)變化很大的區(qū)域。色調(diào)較暗表示有較多的水分。

(13)因潛移造成樹木傾斜及籬笆移位。

3.2 數(shù)值地形

圖2 植被復(fù)育崩塌地

數(shù)值地形模型是利用數(shù)學(xué)的方式描述地表連續(xù)的變化的一種模型。主要是使用航空立體像配合地面控制點(diǎn)的方法產(chǎn)制而成；其原理主要是應(yīng)用由不同角度所拍攝的航空影像,飛行器由不同的航道中可以取得同一地點(diǎn)不同角度的航空攝影圖,之后再由地面控制點(diǎn)求得地面各點(diǎn)之三維坐標(biāo),即可產(chǎn)制DTM。而在地理資訊系統(tǒng)中,數(shù)值地形模型通常包括高程、坡度和坡向等。其中,高程多為主要資料,而坡度、坡向等多為衍生數(shù)據(jù)。

4 微地動(dòng)量測(cè)技術(shù)應(yīng)用

微地動(dòng)主要表示近地表之環(huán)境振動(dòng),由不同震源所引起的能量夾雜在一起,在地表附近地層中不斷地振蕩迭加形成的訊號(hào)。如生物活動(dòng)、車輛行駛、大氣壓力的變化、風(fēng)的影響、潮汐或海浪的作用等,皆會(huì)造成微地動(dòng)。

4.1 微地動(dòng)背景

微地動(dòng)訊號(hào)在地表沒有地震的時(shí)候,以極小的振幅不停的來(lái)回震動(dòng),其震動(dòng)的來(lái)源為自然界以及人類活動(dòng)所產(chǎn)生的能量,如:風(fēng)吹的影響、車輛行駛造成的振動(dòng)、生物活動(dòng)、人為因素、海浪等,對(duì)地表產(chǎn)生震動(dòng)的作用造成影響,在地表鄰近的地層來(lái)回震動(dòng)迭加,造成微地動(dòng),又稱地球噪聲。這些能量由于地層間速度差異在近地表地層內(nèi)進(jìn)行復(fù)反射、折射,形成類似表面波的形式傳遞,并以表面波基模方式存在。因此利用微地動(dòng)數(shù)據(jù)來(lái)進(jìn)行場(chǎng)址效應(yīng)的研究,應(yīng)該最能顯現(xiàn)出近地表之地層特性。短周期之微地動(dòng),主要是由場(chǎng)址附近交通引起之地區(qū)性雷利波所組成。

利用微動(dòng)量測(cè)傅氏頻譜比值的方法,優(yōu)點(diǎn)為可以有效消除雷利波對(duì)量測(cè)數(shù)據(jù)的干擾,用于推估土層厚度以及地盤基本周期。然而這些信號(hào)過去被歸納為背景雜信。微地動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)主要在于費(fèi)用低、操作快速、方便,且微地動(dòng)之?dāng)?shù)據(jù)隨時(shí)皆可取得。目前微地動(dòng)已經(jīng)廣泛的使用在評(píng)估場(chǎng)址效應(yīng)及地震微分區(qū)當(dāng)中。推算地盤振動(dòng)基本周期之方法可以分成分析法、經(jīng)驗(yàn)法及量測(cè)法三種。利用微動(dòng)量測(cè)儀器紀(jì)錄地盤的微動(dòng)反應(yīng),推估地盤基本周期或地盤顯著周期。

4.2 單站頻譜比法

利用傅氏振幅譜原理,對(duì)所量測(cè)的訊號(hào)進(jìn)行傅氏轉(zhuǎn)換至頻率域,再利用單站頻譜比法,將水平向與垂直向的頻譜相除,其比值代表不同頻率的放大因子,即反應(yīng)部分場(chǎng)址特性。在頻譜比之峰值所在的頻率即為顯著頻率,其倒數(shù)為基本周期,可反應(yīng)場(chǎng)址的地體特性。

微地動(dòng)的震源主要受到來(lái)自地表附近雷利波的影響,利用微地動(dòng)數(shù)據(jù)估算場(chǎng)址效應(yīng)所得單站頻譜比法之經(jīng)驗(yàn)式。利用井下的地震儀當(dāng)作地下巖盤參考站,發(fā)現(xiàn)在地表沖積層站所記錄到之垂直向傅式頻譜Sv(f)會(huì)大于地下巖盤站之垂直向傅式頻譜Bv(f),所以震源所造成的垂直向放大效應(yīng)As(f)可視為:

而我們可以將雙站頻譜比法估算之水平向場(chǎng)址效應(yīng)SE(f)表示為:

為了去除震源所造成的放大效應(yīng),我們將(1)式除以(2)式,即:

也就是單一測(cè)站之水平向傅式頻譜除以垂直向傅式頻譜,簡(jiǎn)稱為H/V Ratio,本次研究會(huì)透過此值作為場(chǎng)址效應(yīng)之評(píng)估依據(jù)。

5 結(jié)語(yǔ)

利用微震動(dòng)量測(cè)求得場(chǎng)址特性,顯示出地區(qū)主頻值介于0．1～0．5Hz頻段范圍內(nèi)的位置,包括大部分平原、平原沿海區(qū)域等,顯示了這些地方之沖積層極厚或S波波速很低的反應(yīng)；主頻值介于0．5～1．5Hz范圍的區(qū)域,包括大部分盆地、大部分平原區(qū)域,顯示著這些區(qū)域內(nèi)之沖積層較厚或是S波波速較低的現(xiàn)象；主頻介于3．5～6Hz頻段之區(qū)域,大部分出現(xiàn)在盆地、平原外圍,靠近丘陵、山區(qū)的位置,主要丘陵區(qū)內(nèi)、靠山區(qū)域,顯示沖積層較薄之反應(yīng)或S波波速較高、地層較堅(jiān)硬；主頻位置介于6Hz～10Hz以上區(qū)域,主要出現(xiàn)在部份丘陵區(qū)域、盆地北段、近山區(qū)位置,主頻較高區(qū)域顯示這些測(cè)站下方之沖積層很薄或是S波波速較快,類似良好巖盤站之反應(yīng)。在某些特定地形及地質(zhì)構(gòu)造之邊坡上可觀察到地振動(dòng)放大與極化現(xiàn)象,而且常沿著可能滑移方向產(chǎn)生最大放大。

[1]姜德義,朱合華,杜云貴,編著.邊坡穩(wěn)定性分析與滑坡防治[M].重慶大學(xué)出版社,2005.