朱 權(quán)

（上海市巖土工程檢測(cè)中心，上海 200436）

0.引言

河道滑坡是指河道斜坡上的巖體或土體在受降雨和地震等因素影響時(shí)，整體或分散地順著斜坡向下滑動(dòng)的自然現(xiàn)象[1]。河道是水利工程的重要組成部分，一旦出現(xiàn)滑坡現(xiàn)象或隱患會(huì)直接影響農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。多年來(lái)，我國(guó)許多地區(qū)出現(xiàn)過(guò)比較嚴(yán)重的河道滑坡事故，產(chǎn)生了很大的危害，也為人民群眾生產(chǎn)生活造成了很大的損失。

在河道滑坡防治中，如何做到準(zhǔn)確、快速地查明滑坡構(gòu)造和滑動(dòng)面情況并做出科學(xué)判斷，對(duì)于滑坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)和質(zhì)量方案設(shè)計(jì)起著重要作用。運(yùn)用工程地球物理勘探的技術(shù)方法來(lái)檢測(cè)滑坡具有高效、輕便等優(yōu)越性，本文以某河道滑坡為例，詳細(xì)論述了運(yùn)用地質(zhì)雷達(dá)和高密度電法相結(jié)合檢測(cè)河道滑坡的可行性和良好效果，得出了一些結(jié)論并進(jìn)行了展望。

1.技術(shù)可行性與檢測(cè)方法簡(jiǎn)介

1.1 技術(shù)方法可行性

當(dāng)滑坡災(zāi)害出現(xiàn)時(shí)，受影響土體或巖體會(huì)表現(xiàn)出與正常狀態(tài)下不同的特征?；麦w所產(chǎn)生的堆積物整體結(jié)構(gòu)比原來(lái)變得松散，與不受滑坡影響的下部巖土特性存在較大的差異，這一特征適合地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)方法的特點(diǎn)，可以利用該方法進(jìn)行淺部探測(cè)。同時(shí)，因?yàn)楫a(chǎn)生的堆積物一般呈低電阻特點(diǎn)，與下部完整巖土呈現(xiàn)的高電阻特征存在著明顯的電性差異，這就為高密度電法工作提供了良好的條件和理論可能。

1.2 地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)法

地質(zhì)雷達(dá)（GPR）是基于地下介質(zhì)之間的電性差異，利用超高頻窄脈沖電磁波進(jìn)行探測(cè)、處理和分析物體內(nèi)部不可見(jiàn)目標(biāo)體或介質(zhì)分界面的一種工程物探技術(shù)。地質(zhì)雷達(dá)工作時(shí)，利用高頻電磁波以脈沖形式將信號(hào)形成雷達(dá)波并由發(fā)射天線耦合到地下。如果信號(hào)在傳播路徑上遇到介質(zhì)的非均勻體、面（存在電性差異）時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生反射現(xiàn)象。反射信號(hào)返回地面后，由接收天線接收并傳送到接收機(jī)進(jìn)行整形和放大等處理。在微機(jī)中信號(hào)按照幅度大小進(jìn)行編碼，然后以灰色電平圖或波形堆積圖的方式顯示[2]，最后依據(jù)波形、強(qiáng)度、幾何形態(tài)等因素來(lái)確定地下目標(biāo)體的性質(zhì)和狀態(tài)，探測(cè)基本原理（如圖1、圖2[2]所示）：

圖1 地質(zhì)雷達(dá)電磁波遇目標(biāo)體反射示意圖

圖2 地質(zhì)雷達(dá)記錄回波曲線示意圖

1.3 高密度電法

高密度電法（高密度電阻率法）改變了電法的傳統(tǒng)工作模式，采用陣列式勘探模式，測(cè)量時(shí)按照固定點(diǎn)距將電極分布于布設(shè)的測(cè)點(diǎn)上，利用程控電極轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)與電法儀器進(jìn)行自動(dòng)化數(shù)據(jù)采集[3]。通過(guò)外業(yè)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，得到地電斷面，再根據(jù)地電斷面上電阻率的變化并結(jié)合已有地質(zhì)資料解釋異常。高密度電法系統(tǒng)工作原理（如圖3[4]所示），依據(jù)地下介質(zhì)間的導(dǎo)電性差異，通過(guò)電極向地下供電，然后測(cè)量電位差，從而求得該記錄點(diǎn)的視電阻率值。根據(jù)實(shí)測(cè)的視電阻率剖面進(jìn)行計(jì)算、處理、分析，可獲得地層中的電阻率分布情況，從而解決相應(yīng)的工程地質(zhì)問(wèn)題。該方法提供的數(shù)據(jù)量大、信息多，并且觀測(cè)精度高、速度快，已經(jīng)得到了廣泛應(yīng)用。

圖3 高密度電法工作原理示意圖

2.工程項(xiàng)目實(shí)例

2020年3 月，某大型河道某區(qū)段出現(xiàn)滑坡坍塌災(zāi)害，現(xiàn)場(chǎng)可見(jiàn)滑裂面6處，多處出現(xiàn)長(zhǎng)深裂縫現(xiàn)象?；饕l(fā)生在一級(jí)坡標(biāo)高12.0m、13.6m左右位置，標(biāo)高12.0m處滑裂面寬0.5m左右，裂縫可見(jiàn)最大深度約3.80m左右，長(zhǎng)30m左右；標(biāo)高13.6m處滑裂面寬0.7m左右，裂縫可見(jiàn)最大深度約3.7m；二級(jí)坡及三級(jí)坡因一級(jí)坡滑動(dòng)而失去支撐，出現(xiàn)了不同程度的破壞。針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)岸坡滑裂情況，對(duì)滑裂區(qū)進(jìn)行物探勘查，以查明滑坡面、滑坡體等信息和潛在滑動(dòng)范圍，尤其是對(duì)施工存在影響的巖體軟弱結(jié)構(gòu)面的產(chǎn)狀信息等，為進(jìn)一步地加固維護(hù)設(shè)計(jì)等防治工作提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)等依據(jù)。

2.1 測(cè)線布設(shè)

經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)踏勘并結(jié)合已有資料，根據(jù)滑坡區(qū)段地質(zhì)情況等布置高密度電法橫向測(cè)線3條，分別位于護(hù)坡頂面平臺(tái)及沿護(hù)坡間排水溝；布置地質(zhì)雷達(dá)橫向測(cè)線3條，與高密度電法測(cè)線基本一致；另沿護(hù)坡間可施工處布置縱向測(cè)線18條，受現(xiàn)場(chǎng)地形影響縱測(cè)線均斷開(kāi)且距離較短。

2.2 地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)

2.2.1 探測(cè)與數(shù)據(jù)處理

本次項(xiàng)目外業(yè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采用美國(guó)產(chǎn)SIR-30E型地質(zhì)雷達(dá)及其100MHz、400MHz屏蔽天線，觀測(cè)方式采用點(diǎn)測(cè)模式（0.2m點(diǎn)距），疊加次數(shù)、采樣頻率、記錄長(zhǎng)度等技術(shù)參數(shù)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)以及各不同頻率天線特征確定。采樣點(diǎn)取值1024，記錄時(shí)間采用550ns，選用5點(diǎn)增益，疊加次數(shù)為80次，濾波取值范圍25～300MHz。在野外實(shí)地測(cè)量時(shí)，地質(zhì)雷達(dá)發(fā)射天線和接收天線緊靠地面。

地質(zhì)雷達(dá)數(shù)據(jù)用二維數(shù)據(jù)處理軟件進(jìn)行處理成圖，在數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的基礎(chǔ)上去直流漂移、去除開(kāi)始時(shí)間操作，再進(jìn)行能量增益、水平濾波、帶通濾波操作，最后進(jìn)行反褶積處理和滑動(dòng)平均處理并進(jìn)行圖形編制。由于地質(zhì)雷達(dá)信號(hào)在遇到高電阻目標(biāo)體時(shí)反射波邊長(zhǎng)、強(qiáng)度變大而頻率變低，當(dāng)遇到低電阻不均勻介質(zhì)時(shí)波形會(huì)呈現(xiàn)無(wú)規(guī)律特征，結(jié)合高密度電法探測(cè)成果，對(duì)地質(zhì)雷達(dá)縱測(cè)線進(jìn)行解譯。

測(cè)線4未見(jiàn)明顯滑坡面反射異常；測(cè)線5受電力因素干擾，有效信號(hào)較難提?。粶y(cè)線6～9見(jiàn)有滑坡面反射異常，滑坡面深度由2.5～5m變化；測(cè)線10～11未見(jiàn)明顯滑動(dòng)面反射異常；測(cè)線14～18見(jiàn)有滑坡面反射異常，滑坡面深度由2.5～5.5m變化；測(cè)線19～20未見(jiàn)明顯滑動(dòng)面反射異常；測(cè)線24見(jiàn)有滑坡面異常而測(cè)線25、26未見(jiàn)。結(jié)合物探測(cè)線分布在滑坡體中選取6條剖面，根據(jù)剖面起始點(diǎn)位置、終點(diǎn)位置和各測(cè)線滑坡面異常深度繪制滑坡面剖面圖。

2.2.2 滑動(dòng)面分析

選取3條斜坡滑動(dòng)面分析如下：

位于第3斜坡的測(cè)線有8條，其中4條位于深度約5m處且均見(jiàn)有同相反射軸，推測(cè)為滑動(dòng)面M3-1，層厚約1m（如圖4所示）。1條測(cè)線附近有電纜，由于電力因素干擾嚴(yán)重不予分析討論，3條測(cè)線未見(jiàn)明顯同相反射軸，推測(cè)受滑坡位移影響，巖體破碎嚴(yán)重。結(jié)合地質(zhì)雷達(dá)橫向測(cè)線分析，位于7m深見(jiàn)有明顯同相軸，且略有起伏。經(jīng)由鉆孔資料比對(duì)，推測(cè)為強(qiáng)風(fēng)化角礫巖與安山巖接觸面。

圖4 推斷滑動(dòng)面M3-1圖

位于第2斜坡的測(cè)線有7條，其中6條見(jiàn)有同相軸，由深逐漸變淺，推測(cè)為滑動(dòng)面M3-2（如圖5所示），層厚約1m。有3條測(cè)線滑坡層深度變化在3-5m,3條測(cè)線滑坡層深度變化在2-4m，推測(cè)第二斜坡滑坡區(qū)域北端至南端滑坡面逐漸加深約1m。1條測(cè)線見(jiàn)有類似于褶皺型起伏同相軸，推測(cè)巖體破碎，受力嚴(yán)重扭曲，推測(cè)可能存在巖層嚴(yán)重內(nèi)部積壓變形現(xiàn)象。結(jié)合地質(zhì)雷達(dá)橫向測(cè)線分析，位于5m深處見(jiàn)有明顯同相軸且略有起伏，推測(cè)為滑動(dòng)面異常。

圖5 推斷滑動(dòng)面M3-2圖

位于第1斜坡的測(cè)線有3條，測(cè)線深度2m處均見(jiàn)有反射同相軸，推測(cè)為滑動(dòng)面M3-3，（如圖6所示）。其中1條測(cè)線深度約5m處見(jiàn)有同相軸反射，結(jié)合地質(zhì)雷達(dá)橫向測(cè)線分析，深度位于2m、7m處見(jiàn)有明顯同相軸，且略有起伏，推測(cè)為滑動(dòng)面異常。結(jié)合地質(zhì)雷達(dá)橫向測(cè)線推測(cè)深部可能存在滑坡面M3-4。結(jié)合高密度電法成果分析，滑坡滑動(dòng)應(yīng)該由西南向東北滑動(dòng)。

圖6 推斷滑動(dòng)面M3-3和M3-4圖

2.3 高密度電法探測(cè)

2.3.1 探測(cè)與數(shù)據(jù)處理

本項(xiàng)目高密度電法探測(cè)采用重慶地質(zhì)儀器廠產(chǎn)DUK-2A多功能數(shù)字直流激電高密度電法儀，外業(yè)利用溫納裝置進(jìn)行測(cè)量并采用升壓源，最大供電電壓可達(dá)360v，電極距2m。由于溫納裝置又稱為對(duì)稱四級(jí)裝置，A、B兩極是供電電極，M、N兩極是測(cè)量電極，A、M、N、B四極按照相等間距布置，間距隨著隔離系數(shù)等間隔增加。這種剖面測(cè)量方式所測(cè)得的區(qū)域?yàn)榈固菪螀^(qū)域[5]。

內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理利用瑞典產(chǎn)RES2DINV高密度電法反演軟件進(jìn)行壞點(diǎn)刪除及反演計(jì)算等步驟，繪制視電阻率等值線圖，并根據(jù)視電阻率值的變化特征結(jié)合已有地質(zhì)調(diào)查數(shù)據(jù)資料做出解釋，最后繪制出物探成果解釋圖并結(jié)合地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)成果進(jìn)行綜合分析解釋。

2.3.2 綜合分析解釋

（如圖7、圖8和圖9所示）分別為3條高密度電法測(cè)線成果。通過(guò)測(cè)線1可整體判斷地層較為穩(wěn)定，橫向視電阻率連續(xù)性較好，未見(jiàn)明顯滑坡體與滑動(dòng)面?，F(xiàn)場(chǎng)也未見(jiàn)明顯裂縫，在測(cè)線旁護(hù)坡見(jiàn)有塌陷沉降等。結(jié)合主要異常特征，低阻下凹異常體與現(xiàn)有沉降處相關(guān)。測(cè)線2中位于水平位置0～40m見(jiàn)有低電阻體，推測(cè)為泥巖地層，40m后為高電阻體，推測(cè)為安山巖，低電阻和高電阻接觸處露于地表見(jiàn)有明顯裂縫現(xiàn)象，位于水平位置45～115m和高程13～19m處見(jiàn)有低電阻滑坡體。現(xiàn)場(chǎng)可見(jiàn)裂縫與高密度成果測(cè)線對(duì)應(yīng)較好，裂縫出現(xiàn)位置表現(xiàn)在視電阻率值低電阻和高電阻接觸處，內(nèi)部巖體的視電阻率值及形態(tài)稍顯雜亂畸變，推測(cè)為巖體破碎，受力薄弱處形成滑坡體過(guò)程中形成兩側(cè)高電阻體滑動(dòng)面。同時(shí)，地質(zhì)雷達(dá)測(cè)線見(jiàn)有裂縫若干，由于現(xiàn)場(chǎng)操作面較窄，對(duì)于探測(cè)有一定影響。

測(cè)線3中位于水平位置0～40m處見(jiàn)有低電阻體，推測(cè)為泥巖地層，40m后為高電阻體，推測(cè)為安山巖，低電阻和高電阻接觸處露于地表見(jiàn)有明顯裂縫現(xiàn)象，位于水平位置40～110m處和高程8～14m見(jiàn)有低電阻滑坡體。裂縫出現(xiàn)的位置均位于低電阻和高電阻接觸處，測(cè)線自南至北依次表現(xiàn)為視電阻率值由低到高變化，推測(cè)為3種巖體。巖體之間接觸處高電阻和低電阻差異較大，在形成滑坡體過(guò)程中形成滑動(dòng)面。地質(zhì)雷達(dá)成果見(jiàn)有裂縫若干，現(xiàn)場(chǎng)電力設(shè)施電纜無(wú)法移除停工，存在一定電力干擾。

圖7 高密度電法測(cè)線1探測(cè)成果

圖8 高密度電法測(cè)線2探測(cè)成果

圖9 高密度電法測(cè)線3探測(cè)成果

3.結(jié)論與展望

3.1 結(jié)論

本次滑坡體地質(zhì)災(zāi)害勘查選用地質(zhì)雷達(dá)和高密度電法相結(jié)合的方法進(jìn)行綜合探測(cè)，兩種方法互相比較補(bǔ)充并進(jìn)行綜合判斷解釋，有效地克服了物探解譯多解性的弊端。從目標(biāo)體介電差異、電阻率差異等參數(shù)對(duì)異常進(jìn)行綜合判定，方法可靠，判斷異常深度誤差小，達(dá)到了精準(zhǔn)可靠的探測(cè)目的。最終判定出6條滑坡剖面成果，推測(cè)滑坡面深度約為3～6m。

由于縱測(cè)線受場(chǎng)地探測(cè)條件限制，在進(jìn)行地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)時(shí)無(wú)法連續(xù)測(cè)量，只能分段探測(cè)。在縱測(cè)線上無(wú)法開(kāi)展高密度電法探測(cè)，在橫測(cè)線上高密度電法儀器系統(tǒng)在護(hù)坡間排水渠上進(jìn)行作業(yè)，可以進(jìn)行較長(zhǎng)測(cè)線連續(xù)探測(cè)，觀測(cè)成果與地質(zhì)雷達(dá)成果一致性較好，基本上呈吻合狀態(tài)。

通過(guò)本次勘查工作，總結(jié)并得出以下結(jié)論：

高密度電法和地質(zhì)雷達(dá)在地球物理探測(cè)方面有著各自特點(diǎn)，前者適合探測(cè)深部目標(biāo)物體，后者在探測(cè)地表淺層物體時(shí)占據(jù)著明顯的優(yōu)勢(shì)。兩者都具有檢測(cè)面廣、速度快、無(wú)損和經(jīng)濟(jì)的特點(diǎn)，互相配合能夠彌補(bǔ)單一探測(cè)方法的缺陷和不足。高密度電法既能提供探測(cè)目標(biāo)體在某一深度沿水平方向的電性變化趨勢(shì)，也能反映地質(zhì)體在沿垂直方向不同深度電性變化趨勢(shì)，能從二維斷面上反映出目標(biāo)物體的電性畸變特征，且圖示直觀容易分辨。

3.2 展望

由于本文所引用項(xiàng)目工期比較緊迫，沒(méi)有采用土壤測(cè)氡技術(shù)方法和地震面波技術(shù)方法進(jìn)行配合驗(yàn)證。在實(shí)際的研究應(yīng)用工作中，綜合運(yùn)用多種技術(shù)方法更有助于對(duì)結(jié)論進(jìn)行準(zhǔn)確判定。利用多種手段的綜合物探方法，以探測(cè)目標(biāo)體的物性差異為基礎(chǔ)進(jìn)行勘測(cè)來(lái)解決問(wèn)題，為河道滑坡檢測(cè)提供了一種新的工作方法，也為河道滑坡的綜合防治提供了準(zhǔn)確可靠的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)資料。建議結(jié)合物探成果進(jìn)行鉆孔工作，再結(jié)合工程勘察成果以更好完善調(diào)整物探成果。另外，河道管理部門(mén)應(yīng)密切關(guān)注雨季時(shí)雨水導(dǎo)致滑坡突發(fā)的情況。