综合物探技术在崩塌地质灾害治理中的应用研究

辛文林

（广东省核工业地质局二九二大队，广东 河源 517000）

1 概述

崩塌一般指坡度较大（＞45°）边坡上的岩体或者土体在重力作用下快速崩落、滚动、堆积在坡脚或沟谷的地质现象。崩塌具有突然性，经常给人民生命及财产造成巨大损失。位于城镇的崩塌常常伤亡人畜、砸毁房屋及建筑等，并毁坏各种设施，造成停水、停电、停工。如何运用经济快速高效的勘察技术手段评价崩塌体的稳定性及发展趋势显得尤为重要。传统的单一物探方法往往具有多解性，无法得到全局最优解，故本文通过田心中学崩塌综合物探测量应用，对高密度电法、浅层地震反射法及瑞雷波法等综合物探方法技术的有效性进行了研讨。

2 调查区地形地貌、地质及地球物理特征

2.1 地形地貌

勘查区位于广东省龙川县田心镇中心小学后山，地貌类型为剥蚀丘陵地貌，崩塌所在边坡整体北高东低，原始自然坡度30°~50°,现因削坡建校，边坡前缘被削成裸露陡坡和急坡，山包顶部标高约197.5m，山脚标高约172m，高差25.5m左右。山体呈近南西向，坡面向南。坡面上松散层发育，植被较茂盛，主要为杂木、灌木、杂草[1]。

2.2 地质条件

通过地表调查，调查区自上而下分为填土层（Qdl）、坡积粉质粘土（Qdl）层、残积砂质粘土（Qel）层、下伏燕山期基岩层[γ52（3）]，岩性为花岗岩。测区及附近植被茂盛，表层土质松散，浅部基岩层风化强烈，风化地层因受外力作用下，地层容易失稳而产生崩塌崩塌现象。

2.3 地球物理条件

根据野外地表调查，岩土层存在较明显的分层现象，岩土层存在明显波阻抗差异及电性差异，这为应用高密度电法、浅层地震反射波法和瑞雷面波法对崩塌体进行勘探具备了很好的地球物理条件。

3 工作技术方法

3.1 高密度电法

本次高密度电法测量选用的是温纳装置。一个电极间距AM=MN=NB=AB/3。同时将A、B、M、N点向同一方向移动，测量出第一层剖面线；随后将AM、MN、NB加大一个电极间距，按同样方法向一个方向移动，得到第二层剖面线；经过多次测量，得到倒梯形地质断面。

将测得的视电阻率值与钻孔岩石及地表出露地层岩石的电阻率值进行比对，建立本区的电阻率“标定值”，依据“标定值”对视电阻率剖面进行地质解释[2]。

通过观察视电阻率灰阶图像的形态可判断岩体完整性、覆盖层与基岩分界线、断层、破碎带数量及分布等信息。图像成层状分布，岩体完整；视电阻率整体从上至下为递增，并且存在一层变化明显界面，可判断为基岩和残坡积层（或覆盖层）的分界面。当图像中层状分布被条带状或椭圆形低阻带穿插，导致层状图像被错开、拉伸等形变，可判断岩体中存在断层、破碎带等渗水通道。

3.2 浅层地震反射法

通过锤击铁板产生地震波，并通过地下介质向下传播，当经过有波阻抗差异的分界面时，会发生反射，再利用专门的仪器收集记录波的传播时间和特征，经软件将数据进行处理后，获得各种波的反射信息；依据剖面图，采用钻孔资料或地质资料对比分析方法，确定地质层位和地震波组关系[3]，推断出不同岩层的分界面及断层位置，为地质灾害治理提供相应数据及信息。

3.3 瑞雷波法

瑞雷波法是浅层地震勘探方法的一种，其优点是对浅层介质具有很高的分辨率，缺点是遇到高/低速薄层介质产生的复杂的多解性问题时，很难得到最优解；瑞雷波其具有沿水平方向传播，探测深度约为一个波长的特征。数据采集工作中，通过在地表施加一瞬间撞击，地表产生瑞雷波，沿瑞雷波的传播方向在地表按同一宽度的道间距ΔX设置N+1个检波器，接收瑞雷波在N个道间距长度范围内的传播过程，将不同频率瑞雷波提取出来，求出相邻检波器内瑞雷波的平均速度，可得到一条的频散曲线（频率—平均波速曲线）。

瑞雷波在不同物理性质的介质中传播的速度会相应变化，因此通过频散曲线可反演出地下介质在水平方向上的地质条件变化情况（如表层地质结构、弹性力学参数等）。

3.4 钻孔波速测试

纵波和剪切波（横波）速度测试采用单孔检层法，数据采集方法是离井口约2m位置放置起振板，保证起振板与地面接触良好，起振板上放置整体性好的重物，井底放置检波器，并用充气气囊固定（自下而上按地层测试），然后，通过锤击起振板，产生纵波和剪切波(纵波和剪切波通过调节仪器分开采集),井内的检波器收集纵波和剪切波数据，并传输至电脑进行分析，得到不同测试点纵波和剪切波的到时，并计算相应剪切波速。

根据2010年颁布的国家标准《建筑抗震设计规范》(GB50011-2010)，可根据岩土层剪切波速度对岩土层的类型进行划分,岩土类型和各类建筑场地的覆盖层厚度划分具体见表1和表2。

表1 土的类型划分和剪切波速度范围

4 综合物探成果解释

物探测线平面图见图1。根据各剖面的高密度电法视电阻率值的不同划分出各层位的解释深度、浅层地震时间剖面相对应的解释深度及各个瑞雷面波勘探点的频散曲线相对应的解释深度绘制成各剖面解释成果图，详见图2。

图1 物探测线布置平面图

从WT1~WT11 号测线分析：从物探综合解释剖面图可见，上部为第四系松散覆盖层、全风化层，厚度大，层厚为2.7~15.2m不等，松散状，胶结性差，纵波速度Vp为650~970m/s；视电阻率值(干燥状态下)ρs为1500~2500Ω·m。下部基岩为强、中风化花岗岩，强风化层厚度大，层厚为10.5~29.0m 不等，节理和裂隙发育，岩体破碎，纵波速度Vp为1320~1810m/s；视电阻率值ρs为500~1500Ω·m。中风化花岗岩较完整，纵波速度和视电阻率值都较高，较为稳定。开挖边坡坡度较陡，一般为45°~60°，最大达70°，边坡段（开挖出露）上部以第四系坡残积层粉质粘土、全风化层为主，松散、透水性弱，在浸泡水情况性工程物理力学性质锐减，土体稳定性变差，容易发生崩塌现象。

4.1 崩塌体规模

地质灾害隐患点（崩塌体）的前缘坡度50°~80°，后缘坡度为30°~50°，局部段前缘剪出口坡度近直立。潜在崩塌体范围宽350m，长3~5m，厚度2~3m 不等，崩塌方向东侧范围为150°，中段和西段方向为210°，潜在崩塌体积5200m³，坡体成分主要为坡积粉质粘土和残积砂质粘土，中部段上部为填土。

4.2 崩塌体稳定性评价

该边坡处于较不稳定状态，易受外部因素诱发，再次发生崩塌的可能性极大，威胁在校师生850人，合计潜在经济损失1500万元，该潜在崩塌规模为大型，稳定性较差，地质灾害潜在危害程度大，险情等级属大型，危害等级为大型。

4.3 钻孔测试结果

本次PS 波速测试共测3 个钻孔，根据2010 年颁布的国家标准《建筑抗震设计规范》(GB50011-2010)，场地土的类型可根据土层剪切波速度划分,建筑场地类别应根据场地土类型和场地覆盖层厚度划分（具体见表1和表2）。将本次测试孔位的土层等效剪切波速结果及覆盖层厚度示于表3。

表3 覆盖层厚度及土层等效剪切波速

由此，根据建筑抗震设计规范(GB50011-2010),所测3个钻孔的场地土的类型都为中软土场地土；建筑场地类别都为Ⅱ类。

根据《建筑抗震设计规范》（GB 50011-2010）中的附录A，本地区设计地震分组应为第一组，本工程的场地设计特征周期为0.35s，场地卓越周期见表4。

表4 卓越周期

按照现行建筑抗震设计规范（GB50011-2010），本场地土的类型为中软场地土，建筑场地类别为Ⅱ类,场地设计特征周期值应取0.35s，场地的卓越周期为0.406s。

5 结论

经高密度电法、浅层地震反射法及瑞雷面波法资料解释，结合现场的地质资料，对各剖面和各测点进行了以下物探解释推断。

（1）划分出勘测区内覆盖层、强风化及中风化界线。

（2）查明本勘查区崩塌地质灾害的分布范围、岩土层构造、潜在滑动面的产状，估算出地质灾害体的体积。

（3）为崩塌地质灾害隐患点的发展趋势做出评价，并根据地质灾害体的地质环境条件、边坡高度、宽度及坡下建筑物、周边环境状况，提出边坡体治理方案。

在后期地质灾害治理工作中，很好地印证了本次物探解释推断结果，证明综合物探在崩塌地质灾害勘察中具有快速、经济、有效等优点。