堤坝滑坡灾害的探地雷达应用研究
发布时间:2008/6/5 0:00:00 访问次数:445
摘 要：通过太浦河泵站滑坡工程实例,尝试应用探地雷达进行滑动面的探测,探讨了探地雷达辨别滑坡区、滑动面、有机质夹层的探测机理,分析推断了软土层分布,有机质夹层位置,滑坡区域,滑动面的起点、走向和出溢处.探测结果表明,在一定条件下结合地质勘察资料,利用探地雷达对堤坝滑动面进行探测是有效的.
关键词：堤坝；滑坡；探地雷达；滑动面探测
边坡稳定是土力学的一个重要课题,世界上每年在边坡治理和防护上投入了大量的人力和物 力.但边坡失稳在各国仍经常发生,原因是边坡的计算理论和设计方法还不很成熟.因此,有必要加强滑坡形成、发生和发展的机理研究,滑动面的探测和确定是其基本内容之一［1,2］.老滑坡的滑移面埋藏深度及特征可通过钻探、物探、洞探等手段测得,而潜在滑移面的形态一般受层面、软弱夹层、地下水浸润带以及节理裂隙等软弱结构面的控制.只要对可能发生滑坡的斜坡进行详细的工程地质调查,滑移面剪出口位置及形态也是不难划出的.滑移面的埋藏深度和形态划出后,最好用数学、力学的方法(有限单元法、极限平衡法)进行验算修改,以期得到最可能的滑移面位置［3］.以往边坡滑动面多通过在现场埋设测斜管［4］进行长期监测来寻找,这种方法费工费 时,不仅成本高，而且只能做定点测量,难以在宏观上把握滑动的范围和方向.本文通过太浦河泵站滑坡工程实例,介绍探地雷达对滑动面的探测情况，并进行效果分析.
1.1工程概况
太浦河泵站工程位于江苏吴江市太浦河南侧,主要功能是在枯水期抽引东太湖水,提高上海市 半数以上人口的生活及企事业单位用水质量.工程设计流量300m3／s,投资2.76亿元.
太浦河泵站进水渠全长487.7m,为梯形明渠,堤顶设计高程7.00m,渠底高程-2.50m,渠底宽70m,渠道边坡1∶3,在高程3.20m处设置宽5m的马道,如图1所示［5,6］.渠道边坡采用分段衬砌,高程-2.50～2.10m采用浆砌块石,高程2.10～3.20m采用干砌块石加水生植物生态护坡,高程3.20m至堤顶采用生态护坡.渠底根据流速的分布,部分采用浆砌块石护底.
1.2地质条件
进水渠原地面高程在+5.00m左右,堤身土质从上到下依次为:填土及耕植土、粉质壤土、粉质黏土、淤泥质粉质黏土、粉质黏土.淤泥质粉质黏土②3强度最低,厚度变化较大,且含有机质薄层,是影响进水渠岸坡稳定的主要土层.该层最厚处达6.9m,进水渠滑坡部位的渠底完全切进该层土.
1.3滑坡过程
泵站渠道用下挖、上填相结合来形成,其中集水井部位挖深达17.2m,进水渠部位挖深7.5m,开挖时采用轻型井点降水,开挖渠道的一部分弃土就堆在堤顶.从开挖进水渠槽,至2001年10月中旬形成完整梯形断面,堤顶堆土高1.3m,均未出现边坡失稳现象.但2001年11月3日,在滑坡区下游侧衬砌坡面块石时,0413.00—0475.00m段突然发生了已开挖边坡的滑动破坏.滑坡范围沿堤轴线方向长约62m,滑坡引起的坡身土体向堤脚外堆移了30m,坡面上顺堤轴方向出现宽深不一的较多纵向裂缝.堤脚的滑动面为自然状态,未出现隆起现象.此后1个多月,在此滑坡区下游约20m处又出现了一次范围较小的滑坡.滑坡区位置、范围和土层分布见图1，滑坡现场见图2.
2.1探地雷达原理和设备参数选择
探地雷达利用高频电磁波(10mhz～1ghz),以脉冲形式通过发射天线定向地送入地下，雷达电磁波在地下介质中传播时,当遇到存在电性差异的地下介质或目标时,发生反射,返回地面后由接收天线接收.对接收到的雷达电磁波进行分析处理,依据波形、强度、几何形态等因素来确定地下目标体的性质和状态.
本次使用的设备为美国产sir2型地质雷达系统,采用100mhz天线,雷达电磁波记录深度范围为200～250ns.电磁波传播速度依据钻孔土层分界面标定为0.08m／ns.
2.2滑动面特征和探测机理
堤坝滑坡后通常伴随有大量裂缝,在滑坡体的顶部因拉应力形成张裂隙,趾部形成鼓张缝,两 侧为羽状裂缝,在滑坡体的内部因土体运动则出现较多裂隙.滑坡体底部的滑动面因受较强挤压和剪切力作用,土层的含水量和矿化度增高了［7］,从而使滑面的介电常数与导电率相对于上下介质差异变大,形成较强电磁波反射面,这是探地雷达探测滑坡面的主要依据.
2.3软土层位和有机质夹层的探测机理
各种软土层的颗粒成分、组成、孔隙比、含水量等存在一定的差异,当电磁波遇到这些物性差异土层的界面时便发生反射,由反射波的特征可判断它们之间的层位.同理,有机质土通常含有腐殖质,含水量和孔隙比较大,使其有别于一般软土层,这些物性差异引起的电性差异使得探地雷达的探测成为可能.
探地雷达探测位置参见图1.在滑坡区布置了纵横测线各一条,布线时适当考虑到滑坡边缘区, 长度
摘 要：通过太浦河泵站滑坡工程实例,尝试应用探地雷达进行滑动面的探测,探讨了探地雷达辨别滑坡区、滑动面、有机质夹层的探测机理,分析推断了软土层分布,有机质夹层位置,滑坡区域,滑动面的起点、走向和出溢处.探测结果表明,在一定条件下结合地质勘察资料,利用探地雷达对堤坝滑动面进行探测是有效的.
关键词：堤坝；滑坡；探地雷达；滑动面探测
边坡稳定是土力学的一个重要课题,世界上每年在边坡治理和防护上投入了大量的人力和物 力.但边坡失稳在各国仍经常发生,原因是边坡的计算理论和设计方法还不很成熟.因此,有必要加强滑坡形成、发生和发展的机理研究,滑动面的探测和确定是其基本内容之一［1,2］.老滑坡的滑移面埋藏深度及特征可通过钻探、物探、洞探等手段测得,而潜在滑移面的形态一般受层面、软弱夹层、地下水浸润带以及节理裂隙等软弱结构面的控制.只要对可能发生滑坡的斜坡进行详细的工程地质调查,滑移面剪出口位置及形态也是不难划出的.滑移面的埋藏深度和形态划出后,最好用数学、力学的方法(有限单元法、极限平衡法)进行验算修改,以期得到最可能的滑移面位置［3］.以往边坡滑动面多通过在现场埋设测斜管［4］进行长期监测来寻找,这种方法费工费 时,不仅成本高，而且只能做定点测量,难以在宏观上把握滑动的范围和方向.本文通过太浦河泵站滑坡工程实例,介绍探地雷达对滑动面的探测情况，并进行效果分析.
1.1工程概况
太浦河泵站工程位于江苏吴江市太浦河南侧,主要功能是在枯水期抽引东太湖水,提高上海市 半数以上人口的生活及企事业单位用水质量.工程设计流量300m3／s,投资2.76亿元.
太浦河泵站进水渠全长487.7m,为梯形明渠,堤顶设计高程7.00m,渠底高程-2.50m,渠底宽70m,渠道边坡1∶3,在高程3.20m处设置宽5m的马道,如图1所示［5,6］.渠道边坡采用分段衬砌,高程-2.50～2.10m采用浆砌块石,高程2.10～3.20m采用干砌块石加水生植物生态护坡,高程3.20m至堤顶采用生态护坡.渠底根据流速的分布,部分采用浆砌块石护底.
1.2地质条件
进水渠原地面高程在+5.00m左右,堤身土质从上到下依次为:填土及耕植土、粉质壤土、粉质黏土、淤泥质粉质黏土、粉质黏土.淤泥质粉质黏土②3强度最低,厚度变化较大,且含有机质薄层,是影响进水渠岸坡稳定的主要土层.该层最厚处达6.9m,进水渠滑坡部位的渠底完全切进该层土.
1.3滑坡过程
泵站渠道用下挖、上填相结合来形成,其中集水井部位挖深达17.2m,进水渠部位挖深7.5m,开挖时采用轻型井点降水,开挖渠道的一部分弃土就堆在堤顶.从开挖进水渠槽,至2001年10月中旬形成完整梯形断面,堤顶堆土高1.3m,均未出现边坡失稳现象.但2001年11月3日,在滑坡区下游侧衬砌坡面块石时,0413.00—0475.00m段突然发生了已开挖边坡的滑动破坏.滑坡范围沿堤轴线方向长约62m,滑坡引起的坡身土体向堤脚外堆移了30m,坡面上顺堤轴方向出现宽深不一的较多纵向裂缝.堤脚的滑动面为自然状态,未出现隆起现象.此后1个多月,在此滑坡区下游约20m处又出现了一次范围较小的滑坡.滑坡区位置、范围和土层分布见图1，滑坡现场见图2.
2.1探地雷达原理和设备参数选择
探地雷达利用高频电磁波(10mhz～1ghz),以脉冲形式通过发射天线定向地送入地下，雷达电磁波在地下介质中传播时,当遇到存在电性差异的地下介质或目标时,发生反射,返回地面后由接收天线接收.对接收到的雷达电磁波进行分析处理,依据波形、强度、几何形态等因素来确定地下目标体的性质和状态.
本次使用的设备为美国产sir2型地质雷达系统,采用100mhz天线,雷达电磁波记录深度范围为200～250ns.电磁波传播速度依据钻孔土层分界面标定为0.08m／ns.
2.2滑动面特征和探测机理
堤坝滑坡后通常伴随有大量裂缝,在滑坡体的顶部因拉应力形成张裂隙,趾部形成鼓张缝,两 侧为羽状裂缝,在滑坡体的内部因土体运动则出现较多裂隙.滑坡体底部的滑动面因受较强挤压和剪切力作用,土层的含水量和矿化度增高了［7］,从而使滑面的介电常数与导电率相对于上下介质差异变大,形成较强电磁波反射面,这是探地雷达探测滑坡面的主要依据.
2.3软土层位和有机质夹层的探测机理
各种软土层的颗粒成分、组成、孔隙比、含水量等存在一定的差异,当电磁波遇到这些物性差异土层的界面时便发生反射,由反射波的特征可判断它们之间的层位.同理,有机质土通常含有腐殖质,含水量和孔隙比较大,使其有别于一般软土层,这些物性差异引起的电性差异使得探地雷达的探测成为可能.
探地雷达探测位置参见图1.在滑坡区布置了纵横测线各一条,布线时适当考虑到滑坡边缘区, 长度
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