在多山或丘陵地區(qū)，高邊坡是一種嚴(yán)重的不良地質(zhì)因素，它直接或間接地威脅著鐵路、公路、大壩、水庫(kù)等的安全。因此，研究有效的方法對(duì)高邊坡體進(jìn)行檢測(cè)與評(píng)價(jià)顯得十分必要。早期的高邊坡研究主要依賴(lài)于地質(zhì)剖面與鉆探相結(jié)合的方法，與地質(zhì)鉆孔不同，地球物理方法在研究高邊坡的工程地質(zhì)條件和對(duì)高邊坡進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)等方面具有其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，能提供傳統(tǒng)的工程地質(zhì)學(xué)方法不能得到的許多有用信息。目前，地震瞬態(tài)面波法、地質(zhì)雷達(dá)法、電阻率法、電磁法、磁法等都被用來(lái)對(duì)高邊坡體進(jìn)行檢測(cè)或監(jiān)測(cè)，其中地震瞬態(tài)面波法的應(yīng)用取得了較好的效果。
1工作原理及適用條件
1.1工作原理
面波，顧名思義即沿地面表層傳播的彈性應(yīng)力波，因而也叫地滾波（R），眾所周知，面波具有頻散的特性，即其傳播的相速度隨頻率的改變而改變，這個(gè)頻散特性可以反映地下構(gòu)造的一些特性。
多道瞬態(tài)面波法是利用瑞利面波在地下地層傳播過(guò)程中，其振幅隨深度衰減，能量基本限制在一個(gè)波長(zhǎng)范圍內(nèi)，某一面波波長(zhǎng)的一半即為地層深度（半波長(zhǎng)解釋法）。即同一波長(zhǎng)的面波的傳播特性反映地質(zhì)條件在水平方向的變化情況，不同波長(zhǎng)的面波的傳播特性反映不同深度的地質(zhì)情況。在地面通過(guò)錘擊、落重或炸藥震源，產(chǎn)生一定頻率范圍的瑞利面波，再通過(guò)振幅譜分析和相位譜分析，把記錄中不同頻率的瑞利波分離開(kāi)來(lái)，從而得到VR-f曲線(xiàn)或VR-λ曲線(xiàn)，通過(guò)解釋處理，可獲得地層深度與面波速度的分布。
瞬態(tài)瑞雷波法是用錘擊或炸藥震源使地面產(chǎn)生一個(gè)包含所需頻率范圍的瞬態(tài)激勵(lì)。只要知道A、B兩測(cè)點(diǎn)間的距離△和每一頻率的相位差φ，就可以求出每一頻率的相速度VR（ω），從而可以得到勘探地點(diǎn)的頻散曲線(xiàn)。
為此，我們需要對(duì)A、B兩觀測(cè)點(diǎn)的記錄作相干函數(shù)和互功率譜的分析。作相干函數(shù)的目的是對(duì)記錄信號(hào)的各個(gè)頻率成份的質(zhì)量做出估計(jì)，并判斷噪聲干擾對(duì)有效信號(hào)的影響程度。根據(jù)野外現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況，我們可以確定一個(gè)系數(shù)（在0—1.0之間）。當(dāng)相干函數(shù)大于這個(gè)系數(shù)，我們就認(rèn)為這個(gè)頻率成份有效。反之，我們就認(rèn)為這個(gè)頻率成份無(wú)效。作互譜的目的是利用互譜的相位特性來(lái)求出這兩個(gè)觀測(cè)點(diǎn)在各個(gè)不同頻率時(shí)的相位差，再求出瑞雷波的速度VR。
當(dāng)我們已知頻率為f的瑞雷波速度VR后，它相應(yīng)的波長(zhǎng)λR為：λR=VR/f；根據(jù)彈性波理論，瑞雷波的能量主要集中在介質(zhì)的自由表面附近，其深度差不多在一個(gè)波長(zhǎng)深度范圍內(nèi)。由半波長(zhǎng)理論可知，所測(cè)量的瑞雷波平均速度VR可以認(rèn)為是1/2波長(zhǎng)深度處介質(zhì)的平均彈性性質(zhì)，即勘探深度H是
H=λR/2=VR/2f（1）
由（1）式可知，頻率越高，波長(zhǎng)λR越短，勘探深度越小，反之，頻率越低，波長(zhǎng)λR越長(zhǎng)，勘探深度越大。因此兩個(gè)觀測(cè)點(diǎn)之間的距離△也要隨著波長(zhǎng)的改變而改變。對(duì)于勘探深度較深的低頻而言，△要變大，才能測(cè)到較為正確的相位。對(duì)于勘探較淺的高頻來(lái)說(shuō)，△要變小。根據(jù)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，△取λR/3～2λR間較為合適。即在一個(gè)波長(zhǎng)內(nèi)采樣點(diǎn)數(shù)要小于在間距△間的采樣點(diǎn)數(shù)的三倍，和大于在△間的采樣點(diǎn)數(shù)的0.5倍。這個(gè)濾波準(zhǔn)則對(duì)于不同的儀器分辨率和場(chǎng)地的實(shí)際情況要作適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。
1.2適用條件
可以覆蓋大多數(shù)淺層地質(zhì)領(lǐng)域，就工程勘察而言地質(zhì)介質(zhì)的地球物理性質(zhì)差異是探測(cè)的前提條件，而且這種差異越大探測(cè)效果愈好。在高邊坡地質(zhì)體中，覆蓋層與其下覆基巖存在明顯波速差異，構(gòu)造帶及巖土體擾動(dòng)層面其與周?chē)貙右灿忻黠@的波速或波阻抗差異，從而滿(mǎn)足了地震勘探要求，使探測(cè)工作可以得到較好成果。
通過(guò)物探-鉆探綜合解譯，能夠較全面的了解：邊坡巖土體整體分布以及巖土體內(nèi)是否存在軟弱滑動(dòng)面、擾動(dòng)帶或坡體滑塌底界面等關(guān)鍵因素。
2工程實(shí)例
2.1項(xiàng)目概況
廣梧高速公路河口至平臺(tái)段為廣梧二期高速公路，是國(guó)家重點(diǎn)公路網(wǎng)的組成部分，它串連了多條國(guó)家級(jí)及省級(jí)交通主干線(xiàn)，加強(qiáng)了廣東省與廣西、云南、貴州的運(yùn)輸往來(lái)，對(duì)促進(jìn)“泛珠江三角洲”經(jīng)濟(jì)、社會(huì)發(fā)展具有重要意義。
本項(xiàng)目路線(xiàn)位于廣東省西部山地丘陵區(qū)，地形起伏大，地質(zhì)情況復(fù)雜，沿線(xiàn)高邊坡分布較多，且開(kāi)挖范圍大，因此，對(duì)高邊坡的勘察帶來(lái)一定難度，高邊坡的地質(zhì)穩(wěn)定性評(píng)價(jià)與整個(gè)線(xiàn)路的安全設(shè)計(jì)、施工關(guān)系密切，且能夠?yàn)楹侠磉x擇處理方案提供可靠依據(jù)，具有重要經(jīng)濟(jì)意義。
2.2外業(yè)工作布置
在高邊坡坡體范圍，結(jié)合實(shí)際場(chǎng)地條件，以能夠查清高邊坡在設(shè)計(jì)線(xiàn)上分布范圍內(nèi)的地質(zhì)情況為原則，一般在軸線(xiàn)及平行軸線(xiàn)方向布置3-5條測(cè)線(xiàn)，測(cè)點(diǎn)間距一般為10-20m。
為了滿(mǎn)足勘察技術(shù)要求，在正式開(kāi)展物探工作時(shí)，根據(jù)場(chǎng)地的實(shí)際情況和勘探區(qū)的試驗(yàn)結(jié)果，選擇觀測(cè)系統(tǒng)如下：24道接收，采樣間隔為0.25或0.5ms，采樣點(diǎn)數(shù)為1024，道間距為1m或2m，偏移距為5m或10m，檢波器的固有頻率為4Hz。
2.3數(shù)據(jù)處理及成果解釋
2.3.1數(shù)據(jù)處理
?。?）切除干擾波→拾取面波→譜分析→頻散曲線(xiàn)計(jì)算→正反演計(jì)算→計(jì)算機(jī)成圖；
?。?）利用面波等速度剖面處理軟件，把多點(diǎn)面波頻散曲線(xiàn)連成剖面壓密成圖，形成彩色剖面，彩色剖面圖上反映擬層速度影像；
?。?）對(duì)面波等速度剖面圖并結(jié)合鉆孔資料進(jìn)行層位的劃分解釋?zhuān)纬擅娌?地質(zhì)剖面圖。
2.3.2成果解釋
2.3.2.1RK90+130高邊坡工程物探成果解釋
圖1高邊坡體頂?shù)赘卟罴s30m，根據(jù)該測(cè)區(qū)鉆孔地質(zhì)資料和物探資料分析，該高邊坡基巖主要為花崗巖，其風(fēng)化層密度變化較均勻，坡體表面僅局部存在小范圍坍塌，物探成果顯示，該高邊坡巖土體波速基本與巖層深度及風(fēng)化程度呈正比，由上而下波速變化較均勻，未發(fā)現(xiàn)水平向有一定連續(xù)性的低視波速異常帶（<350m/s），反映該高邊坡巖土體穩(wěn)定性較好，無(wú)不良地質(zhì)構(gòu)造層面。
2.3.2.2RK42+200高邊坡工程物探成果解釋
圖2高邊坡體頂?shù)赘卟罴s58m，底部?jī)蓚?cè)相距約230m，坡體表面局部可見(jiàn)土體滑塌造成的裂縫。根據(jù)該測(cè)區(qū)完成的4個(gè)鉆孔地質(zhì)資料和物探資料分析，該高邊坡巖土體已發(fā)生滑動(dòng)，在埋深5-10m及18-25m處，地層存在水平向低視波速異常帶（<350m/s），且異常帶連續(xù)性較好，垂直向分布較窄，該夾層一般為巖土體滑動(dòng)或局部崩塌造成的低速擾動(dòng)區(qū)，推測(cè)為地下擾動(dòng)（滑動(dòng)）層面，其中18-25m的低速帶在橫縱向連續(xù)性均較好，推測(cè)為主擾動(dòng)面，之上的低速帶為次級(jí)擾動(dòng)面。高邊坡開(kāi)挖后巖土體穩(wěn)定性被破壞，隨時(shí)間的增長(zhǎng)，該低視波速異常帶（<350m/s）極有可能引起進(jìn)一步的滑坡或坡體局部坍塌。結(jié)合鉆探資料，從物探成果圖中我們也可看出，擾動(dòng)層面主要出現(xiàn)在松散覆蓋層與全風(fēng)化層分界面及基巖全風(fēng)化與強(qiáng)風(fēng)化層分界面處。
圖3高邊坡位于灰?guī)r與砂巖、板巖接觸帶上，其地質(zhì)情況較復(fù)雜，物探成果圖中存在較多處低視波速夾層或低視波速區(qū)域，且局部厚度較大，結(jié)合該測(cè)區(qū)完成的1個(gè)鉆探地質(zhì)資料推測(cè)為低密度灰?guī)r、板巖風(fēng)化物或溶蝕塌陷等造成，巖土體中亦存在水平向連續(xù)性較好的低視波速異常帶（<350m/s），推測(cè)為地下擾動(dòng)（滑動(dòng)）層面，建議設(shè)計(jì)施工時(shí)予以注意。
3結(jié)論
由于鉆探為點(diǎn)探測(cè)方法，且其所取得的土芯已被擾動(dòng)破壞，一般較難分辨出小范圍構(gòu)造層面及還未引起明顯滑動(dòng)的擾動(dòng)層面，存在勘探范圍不足的缺點(diǎn)。工程實(shí)踐中，采用多道瞬態(tài)面波結(jié)合鉆孔地質(zhì)資料所進(jìn)行的綜合勘探方法，在對(duì)邊坡的穩(wěn)定性評(píng)價(jià)方面能夠取得良好的效果，能夠使邊坡評(píng)價(jià)結(jié)果更加真實(shí)可靠，其優(yōu)越性是顯而易見(jiàn)的。
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