探地雷达滑坡体探测

出处：按学科分类—天文学、地球科学 地质出版社《地质灾害勘查地球物理技术手册》第27页（3921字）

2．5．4．1 滑体结构研究

岩土体的结构特性能综合反映滑坡形成特点，是滑坡研究的重要内容。对残积土体滑坡，土体自上而下由于经受风化程度不同，导致自上而下各亚层的物质组成，结构略有差异。上部地层风化程度高，粘土颗粒细，其中碎石含量少；而下部地层风化程度相对较低，碎石含量增加，粒度变粗。造成土体上部土层相对滞水，而下部地层相对渗水。由于基岩面的坡度与滑坡地形坡度的一致性，造成滑体从上到下含水量的差异。而地层中含水率的变化是影响电磁波传播速度的主要因素，这是因为地层介质的电磁波传播速度ν与介质的相对介电常数ε_r有如下关系

式中：c为真空中的电磁波传播速度，c=0．3m／ns。介质的相对介电常数ε_r不仅与介质本身的性质有关，而且与介质中含水率n有如下近似关系

ε_r=(1－Φ)ε_mr+n·ε_wr+(Φ－n)ε₀ (2．2)

式中：ε_mr为介质中骨架的相对介电常数；ε_wr为水的相对介电常数；ε₀为空气相对介电常数，ε₀=1；Φ为地层介质的总孔隙度。对于常见残积土ε_mr=5～15，而ε_wr=81。由上式可以看出，含水率n的较小变化，可以引起介质的ε_r值的较大变化。含水率的增加必然使介质的ε_r值增大，从而使介质的电磁波速度下降。根据波速ν、波长λ、频率f三者的关系：

λ=ν／f (2．3)

可知，当发射信号频率一定时，随地层介质波速增加，接收天线所接收到的反射波波长加大；反之，当地层介质的波速降低时，反射波的波长变小。这一特征反映在地质雷达记录的剖面上，波速低的介质层，雷达反射波形的脉宽小，呈细密锯齿状；当地层波速加大时，雷达反射波形的脉宽亦相应加大。

图2－4a为湖北襄樊岘山垭滑体风化残积土的探地雷达图像，图像清楚显示了从上到下残积土中反射波脉冲宽度逐渐加大，地层颗粒度变粗。残积土这种粒度特征导致了从上到下地层透水性增加，从而形成地表土层与基岩弱透水层之间相对透水的地层，造成了地下水沿基岩面向斜坡下的流动，雨季在滑体坡脚常见有水从地层中渗出，增加了土体的不稳定性。

图2－4 岘山垭滑体风代残积土的雷达图像

2．5．4．2 滑动面(带)的研究

在滑动面(带)上由于受强挤压剪切力的作用，滑动面(带)上的岩土结构发生了很大变化，岩土的内在联系受到破坏，常成糜棱状，滑动面上岩土含水率和矿化度都增高了，从而使滑面的介电常数与导电率相对上下地层增高，形成一个强电磁波反射界面，因此在探地雷达图像中可以清晰见到这种特征。不同物质组分的滑体的滑面特征是不同的，下面分别加以论述。

(1)残积土滑体的滑动面特征：残积土滑体的滑床基本由基岩组成。位于基岩面上的风化产物颗粒相对粗，渗水性好，介电常数小。基岩本身由于孔隙率小，介电常数亦小。滑面岩土在滑体重力产生的挤压剪切力作用下成糜棱状，使滑带含水率增高，介电常数增加，于是滑带与上下介质的差异加大构成一个强电磁反射界面。土体本身由于内聚力保持一定完整性，因此滑体内反射波同相轴基本连续。在采用扣除背景值的探地雷达图像中，滑动带呈清晰强反射波。图2－4b为襄樊岘山垭滑坡残积土滑体的滑动面的探地雷达图像，图像中滑面清楚显示了上述特征。

(2)碎石类滑体的滑动带特征：碎石类滑坡处于断裂、褶皱发育地段。滑床由完整的基岩组成，滑带由断裂、褶皱形成的结构面组成。湖北巴东新城滑坡就是这种滑坡的实例，该滑坡是一个古滑体。基岩由二叠系的砂质泥岩与泥灰岩组成。由于受到褶皱构造影响，在基岩面上覆盖有碎裂岩与块裂岩。该滑体地表覆盖有第四系残积土。滑体呈多层结构，滑带基本沿褶皱构造形成的断裂面。在断裂与滑体滑动的双重作用下，滑带岩石结构受到严重破坏，从而形成较宽的强反射面。当断裂跨越地层界面时，滑带两侧反射波同相轴错断。虽然滑带基本沿坡面向下，但在个别地段由于断裂面不规则形成鞍状滑面特征，明显地不同于土体滑坡。图2－5为巴东新城滑坡中的一段剖面的探地雷达图像，图中所示的第一滑体滑动带清楚显示了上述特点。

图2－5 巴东新城滑坡雷达图像

(3)软土中工程滑坡的滑动面特征：软土包括淤泥、粘土及部分粉质粘土，一般为湖相或海相沉积，这些第四系沉积一般都处在低洼处，没经历过构造运动，在自然状态下不会形成滑坡。但随着人类活动，特别是大型工程的基坑开挖，使这类软土出露在陡坎面上，引起了软土中的应力不平衡。这种软土地层抗剪切力极差，极易剪切滑动，从而使上覆地层向应力失衡方向移动，形成滑坡。这种滑动面常常切过上覆地层而延伸到地表。在横切滑体主轴方向的剖面上，可由探地雷达图像中反射波同相轴的错断判别软土滑坡滑动面的位置与形态见图2－6。

图2－6 上海广灵路滑坡雷达图像

2．5．4．3 滑坡体形态研究

滑坡形成于各种各样的地质环境，并表现为各种不同的形式和特征。滑坡研究中滑坡分类的目的在于对滑坡作用的各种环境和现象特征以及产生滑坡的各种因素进行归纳以便正确反映滑坡作用的规律。在实际工作中，常利用科学的滑坡分类去指导勘查工作，衡量和鉴别给定地区产生滑坡的可能性，预测斜坡的稳定性以及制定相应的预防措施。不同类型滑坡往往有其独特的滑坡形态，因此研究滑体的形态对滑体类型判别有重要意义。

对残积土陡坡顺层滑动的滑体，美国R．L．舒斯特建立一个滑体形态模式(图2－7)，滑体模型中显着的特点是裂缝带的存在。这类滑体往往在后缘由拉伸应力形成后缘张裂缝，在滑体前缘由于滑体剪出形成前缘鼓胀裂缝。这些裂缝发育带透水性强，介质的含水率低；裂缝形成的空隙在空间分布无规律。因此在探地雷达图像上这些裂缝带形成与周围反射波同相轴不相连的杂乱反射波。隐伏裂隙带随时间的变化状况可作为滑体应力变化监测的一个重要内容。

图2－7 残积土滑体形态

除了裂缝发育带外，滑体剪出口的特征为滑体周界的确定起到重要作用。滑体的剪出口为地下水汇集带，含水率大大增加，电阻率降低，使剪出口处电磁波被强烈吸收，反映在雷达图像中，剪出口处相对周围地带反射波明显减弱甚至消失(李大心，1995)。

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