浅析高密度电阻率法在阳坡村滑坡中的应用

2019-10-14

福建质量管理 2019年18期

(成都理工大学国家重点实验室四川成都 610000)

引言

滑坡是指斜坡上的土体或者岩体，受河流冲刷、地下水活动、雨水浸泡、地震及人工切坡等因素影响，在重力作用下，沿着一定的软弱面或者软弱带，整体地或者分散地顺坡向下滑动的自然现象。运动的岩(土)体称为变位体或滑移体，未移动的下伏岩(土)体称为滑床。[1]

对于滑坡机理，诸多前人已经做了大量的研究，取得了丰硕的成果，在此不做多表。对滑坡机理的研究其中必不可少的就是对滑坡体、滑床、滑带等的岩性判断，即地下的岩土体的基本概况。然而滑坡的地下情况受多种因素的影响，一般不容易判明。大多需要我们进行打钻，用钻探的方法来判别地下的岩石的种类，取上来较为完整的岩石还可以做一些实验来判断岩石的基本力学参数。但是对于大型滑坡深层地下的岩石一是不容易取出，而且费时费力。而高密度电阻率法可以较为简便地测出岩石的种类，对于地下的岩性有个判断。适用于应急抢险等工程。本文以甘肃岷县岷县阳坡村滑坡为例，阐述高密度电阻率法判断滑坡地下岩性的应用，供大家参考。

一、滑坡的位置与基本特征

(一)滑坡的位置

阳坡村滑坡位于岷县茶埠镇阳坡村，与洮河毗邻。地理坐标：东经104°05'05.2"，北纬34° 29'44.0"。临近G212线，交通方便。

(二)滑坡的基本特征

1.基本特征

滑坡位于岷县茶埠镇阳坡村，斜坡所处地貌类型为构造剥蚀中低山地貌，位于洮河右岸。其平面形态呈舌形，滑坡所在的斜坡总体地势呈“缓-陡-缓”的趋势。滑坡坡长790m，坡宽840m，体积212×104m3，为一大型土质滑坡，主滑方向为240°，坡顶高程2610m,坡脚高程2295m,相对高差315m，所处斜坡坡度30-40°，坡面形态呈凸状；滑体为甘肃群(NG)黄土，下部呈半成岩状，竖向节理发育，易受地表水冲刷，力学性质较差，强度低，雨水易软化；下伏基岩中上部为甘肃群(NG)泥灰岩、砾岩和含砾石粘土岩，岩层产状近水平，下部为泥盆系黄家沟组(Dh)板岩，岩层产状50°∠70°；上阳坡—背后河断层由南东向北西沿滑体中部穿过(图1.1-1)。

图1.1-1 岷县茶埠镇阳坡村滑坡无人机影像图

目前，阳坡村滑坡体变形较强烈，坡面完整性差。根据现场调查，将滑体划分为5个强变形区：

H1：该部分为2013年漳县-岷县地震后表部黄土内部发生滑动，目前可见滑体后缘部分堆积体，堆积体前缘已被改造为农田，该部分滑体方量约3.8×104m3。该滑体前缘及右侧坡体上发育宽约1m，深0.8m的拉张裂缝。

H2：该部分位于滑坡右侧前缘，因修建212国道切坡形成高约20m的陡坎，陡坎上局部黄土已滑塌。

H3、H4：该部分强变形区位于滑坡中部及左侧斜坡上，地表水沿黄土竖向节理冲刷坡面，形成多条交错的冲沟，临沟道处黄土陡坎发育多出小型崩、滑体。

N1：该泥石流位于滑体左侧边界，坡体上黄土受地表水冲刷，已形成一条小型泥石流沟，沟道两岸高2-10m的黄土陡坎多出滑塌，为该泥石流提供物源。

二、物探高密度电法

高密度电阻率法(multi-electrode resistivity method)是一种阵列勘探方法，它以岩、土导电性的差异为基础，研究人工施加稳定电流场的作用下地中传导电流分布规律。野外测量时只需将全部电极( 几十至上百根) 置于观测剖面的各测点上,然后利用程控电极转换装置和微机工程电测仪便可实现数据的快速和自动采集,当将测量结果送入微机后,还可对数据进行处理并给出关于地电断面分布的各种图示结果。[2]

按照项目总体部署，在成兰交通廊道工程规划区选择典型区域，采用1:1000高密度电阻率法等手段进行地球物理勘探，获取活动断裂的空间产状、典型滑坡的结构等。

高密度电法2.5维反演结果显示本剖面的基岩电性在1327点突变，小里程侧相对高阻，ρ值为150～340Ω· m；大里程侧相对低阻，ρ值为65～196Ω· m，依此推断1327点处为断层F通过位置，倾向北东，断层两侧地层岩性均为千枚岩、砂泥质板岩，但大里程侧以千枚岩为主，且含炭质千枚岩。

反演结果还显示沿本剖面，上部滑坡堆积体成分呈现不均匀性。自后缘1015至滑体中部1480点段，上部黄土为主，夹滑坡堆积碎石土，电阻率低；1480至前缘地表以滑坡堆积碎石土为主，电阻率相对较高。基岩面分层较为清晰，古滑动面紧贴基岩面，基岩埋深23.6～63.1 m。

依据反演结果形态特征，推断滑坡后缘和前缘位置分别为1015和1690点，同时剖面内存在两个子滑坡，其一为1020～1380，其二为1402～1683。靠近前缘的1520～1580段，反演电阻率明显偏低，ρ值小于50 Ω· m，说明该段千枚岩风化破碎且相对富水。

另外，结合钻探工作，从钻孔揭露的岩芯可知，该滑坡中下部浅表层滑动区发育一层含角砾粉质粘土层，角砾含量10-15%，埋置深度4-7m，该层土层从下至上逐渐变薄，直至尖灭。

经过现场实地调查结合高密度物探和钻探勘查结果分析，阳坡滑坡的主要物质组成如下：

①滑体

阳坡滑坡的滑体物质主要为黄土，厚度4-20m，淡黄色、灰黄色，稍湿-干，松散-稍密，粉土角砾充填，钻孔岩心松散。

②滑床

滑坡滑床物质为中风化的泥质、钙质板岩，偶夹灰岩，灰褐色，湿，受层理、节理、片理切割，岩体较破碎，但任然保持原岩结构，轻敲可致破碎，多呈块状。

照片2-1 钻孔揭露滑体物质组成

图2-2 阳坡村滑坡工程地质剖面图

(一)滑带土基本特征

滑坡体强变形区滑带位于滑坡堆积体层相对软弱层，岩性主要角砾土，厚度10～30cm。剖面中上部滑坡区勘探点滑带特征详见表2-1。

表2-1 阳坡村滑坡剖面勘探点滑带特征一览表

(二)滑坡危害对象

①滑坡成灾的可能性与成灾条件：该滑坡体有缓慢的蠕变变形，变形尚未造成财产损失。根据分析，该滑坡将以局部变形为主，特别是以中下部的浅表层滑动及不稳定斜坡区中上部的表层滑动为主。

②滑坡危害对象：阳坡村滑坡强变形体在最不利工况组合下易发生失稳，直接威胁的对象有：下方居民、村道、车辆、行人及耕地等，威胁资产约480余万元。危害等级为二级。

三、滑坡稳定性分析

(一)滑坡形成机制分析

滑坡体的形成与发展受多种因素的影响，主要包括其物质组成(地层岩性)、地质构造与地震、地形条件、降水及人类工程活动等。

①地形地貌：滑坡区位于洮河右岸，属构造剥蚀中低山地貌，滑坡前面为阳坡村，滑坡前后缘高差315m，整体地势上陡下缓，后缘出现拉张裂缝，中部滑坡体呈凸形，该地形为发生滑坡的有利地形。

②地层岩性：滑体岩性以风成黄土为主，黄土颗粒成份以粉粒为主，矿物成份主要为石英、长石，黏土矿物含量少。黄土的原生结构为均质结构，结构疏松，大孔隙发育。在黄土湿度变迁收缩作用影响下，产生垂直节理，形成了柱状体块裂结构。在斜坡地带，受风化、卸荷或滑移变形作用，产生“X”形剪节理，局部形成楔形体块裂结构。天然状态下土体力学强度较高，但遇水后强度急剧降低，具崩解性和湿陷性。黄土湿陷性是黄土特殊的工程性质，其成因主要与黄土的结构、可溶盐含量及水的侵蚀作用直接相关。黄土结构疏松，垂向节理及孔隙发育，并且土中溶盐、易溶盐含量较高，降雨补给使一些地段黄土含有孔隙潜水及上层滞水，特殊的黄土岩性结构有利于地表水的入渗、潜蚀、溶解并带走土体中的可溶盐成份，破坏黄土的固有结构及土体粘结力，降低土体强度，使土体中的裂隙、孔隙不断扩大最终形成陷穴等湿陷性微地貌形态。滑床为基覆界面，下部基岩为黄家沟组(Dh)板岩夹灰岩、石英砂岩，当其含水量较大时，抗剪强度将进一步降低，易沿着与黄土土体之间产生滑移。

③降雨：水是产生滑坡的重要因素，暴雨或持续降雨将造成滑体岩土体饱水，增大岩土体重度，软化滑体，降低岩土体的抗剪强度，导致坡体稳定性降低；同时静、动水压力对坡体的稳定性影响很大，可能导致坡体的失稳破坏。黄土湿陷引起变形破坏，形成的陷穴为降水的汇集和快速入渗提供了通道地表水直接从中部入渗至滑坡体，进一步恶化了整个滑坡体的地质环境条件，使滑坡土长期处于饱和状态。再遇暴雨期或持续降雨等不利条件，降雨下渗至松散土类与基岩触面时，由于透水性的差异，可能会在基岩面产生浮托力，形成滑带。促使滑体变形，乃至滑动。降雨是该滑坡发生滑动的最主要因素。加上该斜坡上植被覆盖率低，降雨直接冲刷岩土体，加剧了斜坡的变形破坏。

④滑体前缘因修房修路，切割坡脚形成高约3-7米的黄土陡坎，大多部位未做防护，影响斜坡整体稳定性，导致坡体中部及前缘失稳。

根据勘查，阳坡村滑坡滑体为块碎石土、滑带为粉质粘土夹碎石，滑床为强风化-中风化砂岩，板岩等，滑体与滑带土体透水性差异较大，滑带土结构较松散，透水性强，有利于地下水的入渗，增加坡体自重，软化土体，暴雨期或持续降雨期，降雨下渗至松散土类与基岩触面时，由于透水性的差异，可能会在基岩面产生浮托力。滑坡区属于中山中深切割地貌，斜坡坡度约20°～40°，基岩面坡度约为15～25°。暴雨为阳坡村滑坡主要诱发因素，在暴雨的作用下，坡体饱水，在自重作用下，坡体向下滑坡，致使前缘垮塌，在暴雨等不利工况作用下，处于不稳定～欠稳定状态。因此，根据坡体形态、结构、变形特征判定，该滑坡的破坏模式为推移式滑动，属于推移式滑坡。

(二)滑坡破坏模式分析

根据前述分析论证，阳坡村滑坡体整体处于欠稳定状态。滑坡体中下部浅表层滑坡区变形破坏模式主要为滑坡堆积体松散土体在强降雨条件下沿层间软弱面发生滑动，在前缘地形较陡处剪出，而不稳定斜坡区的变形破坏模式以局部滑塌为主，即在地形突变处(陡缓交接处)发生小规模的变形破坏，这种变形具有深度浅、范围小的特点，其破坏对下方居民威胁较小。

通过前述滑坡变形的形成机制及破坏模式分析，宏观判定滑坡体整体处于欠稳定状态，在暴雨或地震作用下可能沿软弱层面发生滑动。