高密度电阻率法是在电阻率法基础之上发展起来的一种探测技术^{[3, 4, 5, 6, 7]}。传统的多道高密度电阻率法采集系统每次采样时最多有四个电极点在工作, 两个电极供电, 两个电极测量, 实际采集数据过程为串行数据采集。而本次采用的为信号并行采集系统^{[8, 9, 10]}, 这样一次采集的数据可以提取出任意装置的数据。

从探测结果上看, 并行信号采集的高密度电阻率技术可以实现数据采集的多次覆盖重复采样, 一次供电, 其余所有电极同时采集电位, 使得数据具有同时性。根据电极观测装置的不同, 数据采集方式分为两种:AM法和ABM法。AM法观测系统所测量的电位场为单点电源场, 该方式布置与常规二极法相同。ABM 法采集数据所反映的是偶极子供电情况, 为一对电流电极AB供电, 1根无穷远线作为公共N极, 提供参照标准电位, 当其中一对电极供电时, 整条测线的其他电极均采集电位, 一次可获得常规高密度电法的全部四极装置数据。通过获得的测量参数进行视电阻率计算与反演, 即可获得地下介质的电阻率剖面, 依据剖面中电性差异分析异常位置及特征, 并与地质条件对应解释^[11]。

反射共偏移法是依据反射波勘探原理(图1), 在单边排列的基础上选定最佳偏移距, 即最佳反射窗口, 采用单道或多道叠加小步长顺移前进观测系统。通过在避开面波、声波、直达波和折射波对有效反射波干扰的“ 最佳接收窗口” 内选择“ 最佳偏移距道” 的方法来实现反射地震探测。实际工作时, 每个记录道都采用相同的偏移距, 每次激发, 在选定的偏移距处采用单个记录道接收, 利用现代地震仪的单道连续快速采集功能, 重复上述过程便可获得反映地下地质构造特征的地震反射时间剖面^[12]。

图1

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	图1 地震反射共偏移距法探测原理示意

根据现场边坡的地形条件及探测任务, 现场布置1条地震测线和4条电法测线。其中地震测线沿着山坡从钻孔ZK7-TJ1-TJ2段进行反射共偏移探测, 炮间距为2 m, 道间距1 m, 偏移距4 m, 步长2 m顺移前进式观测方式。激发次数为42次, 采用GeoPen-MiniSeis6(D)微型地震仪和TZBS系列(主频为100 Hz)传感器采集数据。

电法测线沿山坡走向布置CX1、CX3、CX4三条横测线和顺山坡CX2一条纵测线。电极间距平均为2.5 m(图2)。电法仪采用安徽惠洲地质安全研究院股份有限公司自主研发的WBD-1型并行电法仪。

图2

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	图2 电法测线布置示意

横测线CX1顺坡布置, 共47个电极, 先后穿过探槽CT3、钻孔ZK2、探井TJ1、钻孔ZK1。

纵测线CX2顺坡布置, 共52个电极, 先后穿过探槽CT1、探井TJ1、探井TJ2、钻孔ZK7。

横测线CX3顺坡布置, 共50个电极, 先后穿过探槽CT4、钻孔ZK5、探井TJ2、钻孔ZK4。

横测线CX4顺坡布置, 共28个电极, 先后穿过探槽CT6、探槽CT7。

现场数据采集全部进行了复测, 复测结果基本相同。每站数据采集采用AM法, 各采用0.5、2 s恒流供电方波采集数据一次, 以校验电阻率数据采集的可靠性。经数据解编表明, 两次采集数据电阻率基本一致, 数据质量满足探测要求。

2.2.1 数据处理

地震数据在自行研制开发的KDZ2.8软件平台上进行, 通过时间域处理、预处理及修饰处理过程, 获得直达纵波平均速度为0.65 m/ms。

由于电法测线沿边坡布置, 受地形影响, 不能按传统的电法处理方法, 所以沿山坡布置的电法数据处理结果都是结合现场的地形起伏进行校正, 并进行二维视电阻率反演, 增大结果的可靠性。同时根据地形的变化来进行三维电阻率反演。边坡表层主要以残坡积物以及强、中等风化的花岗岩为主, 电阻率值相对较低; 下部基岩为花岗岩, 电阻率值相对较高, 以此作为电阻率值划分的依据。

2.2.2 地震结果及解释

从图3中可以看出有两组强反射相位:①TJ1~TJ+14m段覆盖物的厚度一般在5~10 m之间, 解释为潜在的滑动面; ②TJ2-20m~TJ2+40m在探井TJ2两侧有一组很强的反射相位, 根据地质及现场推断可能为残坡积物的覆盖范围, 且覆盖物的厚度一般在10~18 m之间, 解释为潜在的滑动面。

图3

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	图3 地震测线剖面解释

2.2.3 电测深结果及解释

CX1剖面顺坡向布置。从反演结果(图4)上可以看出, 该剖面覆盖层厚度变化相对较大, 其中残坡积物及强、中等风化的花岗岩厚度在3~15 m之间; 其电阻率值较高, 为400~1 500 Ω · m, 解释为基岩, 在TJ1和ZK1附近呈现高阻闭合圈, 电阻率值在400~1 000 Ω · m之间; 在TJ1的上坡方向标高+495~+510的位置存在一低阻带, 电阻率值在50 Ω · m以下, 且覆盖层的厚度相对较大, 厚度在10~15 m之间, 可能为残坡积物的滑体。

图4

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	图4 地形校正后的CX1反演剖面

图5

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	图5 地形校正后的CX3反演剖面

CX3剖面沿顺坡向布置, 地形起伏变化较大。从反演结果(图5)可以看出, 覆盖层厚度变化相对较大, 残坡积物及强、中等风化的花岗岩厚度3~20 m。基岩电阻率在400~1 500 Ω · m; 在CT4和ZK5测段表层以及TJ2附近呈现高阻闭合圈, 电阻率值为400~800 Ω · m; 在ZK4附近出现一低电阻率条带, 且其值在50 Ω · m以下, 覆盖层的厚度大约20 m。

图6

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	图6 地形校正后的CX4反演剖面

CX4剖面沿顺坡向布置, 地形起伏变化较大。从电阻率反演结果(图6)可以看出, 该剖面覆盖层厚度变化相对较小。表层视电阻率值变化较小, 在50~250 Ω · m之间, 其中在CT6与CT7之间呈现条带状低阻闭合团, 电阻率值在50 Ω · m以下。基岩电阻率在400~1 500 Ω · m。

CX2剖面顺山坡布置, 地形起伏变化较小, 因而没有作地形校正。从电阻率反演结果(图7)可以看出, 该剖面覆盖层厚度变化相对较大, 其中残坡积物以及强、中等风化的花岗岩厚度在5~25 m之间。基岩电阻率在400~1 500 Ω · m, 在CT1与TJ1覆盖层的厚度相对较薄, 在5~8 m之间, 下覆花岗岩较完整且连续性较好; 在TJ2附近两侧呈现低阻闭合团, 电阻率值在50 Ω · m以下, 埋深15~20 m。电法结果与地震结果吻合较好。

图7

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	图7 CX2电法结果剖面

2.2.4 高密度电阻率法资料三维反演解释与分析

图8~图11是高密度电阻率数据的三维反演切片。通过三维电法反演, 可得出地质灾害体周边及其底部不同深度的电阻率分布情况, 从总体上反映出探测区域内电阻率的变化情况, 反演结果电测深剖面具有很好的一致性。

图8

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	图8 横测线CX1三维立体反演切片

图9

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	图9 横测线CX3三维立体反演切片

图10

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	图10 横测线CX4三维立体反演切片

图11

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	图11 横测线CX2三维立体反演切片

(1)从电阻率剖面可以看出, 表层分布有低阻的黏土及风化砂(电阻率值在20~70 Ω · m之间), 底部为高阻的花岗岩体(大于400 Ω · m, 由于地下水的影响, 电阻率值偏低)。另外, 高阻的花岗岩还侵入到砂层之中形成岩脉, 同时, 在低阻残坡积物中有零星的相对高阻闭合圈存在, 推断为滑动面。明显的低阻闭合圈可能是岩石强度较低、岩层含水量相对较高的软弱岩层的反映, 该处也为潜在的滑动面。结合浅层地震探查结果进行分析, 工作区内主要有三处明显的滑动面:① TJ1和ZK1测段之间的滑动面, 滑面的深度在5~10 m之间, 且TJ1斜上坡方向滑面埋深相对较厚, 达到10 m; ② 在CT4和ZK4测段之间的滑动面, 滑面的深度在5~20 m之间, 且ZK4处滑面埋深相对较厚, 达到20 m; ③ TJ2南北两侧附近的滑动面, 滑面的深度在15~20 m之间, 此滑动面为重点防患治理对象。

(2) 该探测区域岩层产状与坡度角大致相同, 为地表水渗透提供了有利条件, 加速了岩石的风化, 形成大量坡积物, 为滑坡形成提供了物质来源。

(3) 根据浅层地震和电法勘查成果, 推测本次探测区域内的滑坡体底部界面埋深一般为3~15 m, 最大埋深不超过25 m。滑坡面位于强风化基岩面附近。

根据以上分析, 可推测几个滑坡面大致为圆弧状, 因而推测本滑坡体为推移式滑坡:在滑坡形成初期, 由于风化作用在滑坡前, 山坡堆积大量坡积物; 在修建公路时, 由于边坡的开挖, 造成坡积物失衡, 重新进行应力分配, 于是坡积物失稳, 产生下滑力, 再加上大量雨水的润滑作用, 而出现滑坡。