堤壩滑坡災(zāi)害的探地雷達應(yīng)用研究
發(fā)布時間:2008/6/5 0:00:00 訪問次數(shù):450
摘 要:通過太浦河泵站滑坡工程實例,嘗試應(yīng)用探地雷達進行滑動面的探測,探討了探地雷達辨別滑坡區(qū)、滑動面、有機質(zhì)夾層的探測機理,分析推斷了軟土層分布,有機質(zhì)夾層位置,滑坡區(qū)域,滑動面的起點、走向和出溢處.探測結(jié)果表明,在一定條件下結(jié)合地質(zhì)勘察資料,利用探地雷達對堤壩滑動面進行探測是有效的.
關(guān)鍵詞:堤壩;滑坡;探地雷達;滑動面探測
邊坡穩(wěn)定是土力學(xué)的一個重要課題,世界上每年在邊坡治理和防護上投入了大量的人力和物 力.但邊坡失穩(wěn)在各國仍經(jīng)常發(fā)生,原因是邊坡的計算理論和設(shè)計方法還不很成熟.因此,有必要加強滑坡形成、發(fā)生和發(fā)展的機理研究,滑動面的探測和確定是其基本內(nèi)容之一[1,2].老滑坡的滑移面埋藏深度及特征可通過鉆探、物探、洞探等手段測得,而潛在滑移面的形態(tài)一般受層面、軟弱夾層、地下水浸潤帶以及節(jié)理裂隙等軟弱結(jié)構(gòu)面的控制.只要對可能發(fā)生滑坡的斜坡進行詳細的工程地質(zhì)調(diào)查,滑移面剪出口位置及形態(tài)也是不難劃出的.滑移面的埋藏深度和形態(tài)劃出后,最好用數(shù)學(xué)、力學(xué)的方法(有限單元法、極限平衡法)進行驗算修改,以期得到最可能的滑移面位置[3].以往邊坡滑動面多通過在現(xiàn)場埋設(shè)測斜管[4]進行長期監(jiān)測來尋找,這種方法費工費 時,不僅成本高,而且只能做定點測量,難以在宏觀上把握滑動的范圍和方向.本文通過太浦河泵站滑坡工程實例,介紹探地雷達對滑動面的探測情況,并進行效果分析.
1.1工程概況
太浦河泵站工程位于江蘇吳江市太浦河南側(cè),主要功能是在枯水期抽引東太湖水,提高上海市 半數(shù)以上人口的生活及企事業(yè)單位用水質(zhì)量.工程設(shè)計流量300m3/s,投資2.76億元.
太浦河泵站進水渠全長487.7m,為梯形明渠,堤頂設(shè)計高程7.00m,渠底高程-2.50m,渠底寬70m,渠道邊坡1∶3,在高程3.20m處設(shè)置寬5m的馬道,如圖1所示[5,6].渠道邊坡采用分段襯砌,高程-2.50~2.10m采用漿砌塊石,高程2.10~3.20m采用干砌塊石加水生植物生態(tài)護坡,高程3.20m至堤頂采用生態(tài)護坡.渠底根據(jù)流速的分布,部分采用漿砌塊石護底.
1.2地質(zhì)條件
進水渠原地面高程在+5.00m左右,堤身土質(zhì)從上到下依次為:填土及耕植土、粉質(zhì)壤土、粉質(zhì)黏土、淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土、粉質(zhì)黏土.淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土②3強度最低,厚度變化較大,且含有機質(zhì)薄層,是影響進水渠岸坡穩(wěn)定的主要土層.該層最厚處達6.9m,進水渠滑坡部位的渠底完全切進該層土.
1.3滑坡過程
泵站渠道用下挖、上填相結(jié)合來形成,其中集水井部位挖深達17.2m,進水渠部位挖深7.5m,開挖時采用輕型井點降水,開挖渠道的一部分棄土就堆在堤頂.從開挖進水渠槽,至2001年10月中旬形成完整梯形斷面,堤頂堆土高1.3m,均未出現(xiàn)邊坡失穩(wěn)現(xiàn)象.但2001年11月3日,在滑坡區(qū)下游側(cè)襯砌坡面塊石時,0413.00—0475.00m段突然發(fā)生了已開挖邊坡的滑動破壞.滑坡范圍沿堤軸線方向長約62m,滑坡引起的坡身土體向堤腳外堆移了30m,坡面上順堤軸方向出現(xiàn)寬深不一的較多縱向裂縫.堤腳的滑動面為自然狀態(tài),未出現(xiàn)隆起現(xiàn)象.此后1個多月,在此滑坡區(qū)下游約20m處又出現(xiàn)了一次范圍較小的滑坡.滑坡區(qū)位置、范圍和土層分布見圖1,滑坡現(xiàn)場見圖2.
2.1探地雷達原理和設(shè)備參數(shù)選擇
探地雷達利用高頻電磁波(10mhz~1ghz),以脈沖形式通過發(fā)射天線定向地送入地下,雷達電磁波在地下介質(zhì)中傳播時,當遇到存在電性差異的地下介質(zhì)或目標時,發(fā)生反射,返回地面后由接收天線接收.對接收到的雷達電磁波進行分析處理,依據(jù)波形、強度、幾何形態(tài)等因素來確定地下目標體的性質(zhì)和狀態(tài).
本次使用的設(shè)備為美國產(chǎn)sir2型地質(zhì)雷達系統(tǒng),采用100mhz天線,雷達電磁波記錄深度范圍為200~250ns.電磁波傳播速度依據(jù)鉆孔土層分界面標定為0.08m/ns.
2.2滑動面特征和探測機理
堤壩滑坡后通常伴隨有大量裂縫,在滑坡體的頂部因拉應(yīng)力形成張裂隙,趾部形成鼓張縫,兩 側(cè)為羽狀裂縫,在滑坡體的內(nèi)部因土體運動則出現(xiàn)較多裂隙.滑坡體底部的滑動面因受較強擠壓和剪切力作用,土層的含水量和礦化度增高了[7],從而使滑面的介電常數(shù)與導(dǎo)電率相對于上下介質(zhì)差異變大,形成較強電磁波反射面,這是探地雷達探測滑坡面的主要依據(jù).
2.3軟土層位和有機質(zhì)夾層的探測機理
各種軟土層的顆粒成分、組成、孔隙比、含水量等存在一定的差異,當電磁波遇到這些物性差異土層的界面時便發(fā)生反射,由反射波的特征可判斷它們之間的層位.同理,有機質(zhì)土通常含有腐殖質(zhì),含水量和孔隙比較大,使其有別于一般軟土層,這些物性差異引起的電性差異使得探地雷達的探測成為可能.
探地雷達探測位置參見圖1.在滑坡區(qū)布置了縱橫測線各一條,布線時適當考慮到滑坡邊緣區(qū), 長度
摘 要:通過太浦河泵站滑坡工程實例,嘗試應(yīng)用探地雷達進行滑動面的探測,探討了探地雷達辨別滑坡區(qū)、滑動面、有機質(zhì)夾層的探測機理,分析推斷了軟土層分布,有機質(zhì)夾層位置,滑坡區(qū)域,滑動面的起點、走向和出溢處.探測結(jié)果表明,在一定條件下結(jié)合地質(zhì)勘察資料,利用探地雷達對堤壩滑動面進行探測是有效的.
關(guān)鍵詞:堤壩;滑坡;探地雷達;滑動面探測
邊坡穩(wěn)定是土力學(xué)的一個重要課題,世界上每年在邊坡治理和防護上投入了大量的人力和物 力.但邊坡失穩(wěn)在各國仍經(jīng)常發(fā)生,原因是邊坡的計算理論和設(shè)計方法還不很成熟.因此,有必要加強滑坡形成、發(fā)生和發(fā)展的機理研究,滑動面的探測和確定是其基本內(nèi)容之一[1,2].老滑坡的滑移面埋藏深度及特征可通過鉆探、物探、洞探等手段測得,而潛在滑移面的形態(tài)一般受層面、軟弱夾層、地下水浸潤帶以及節(jié)理裂隙等軟弱結(jié)構(gòu)面的控制.只要對可能發(fā)生滑坡的斜坡進行詳細的工程地質(zhì)調(diào)查,滑移面剪出口位置及形態(tài)也是不難劃出的.滑移面的埋藏深度和形態(tài)劃出后,最好用數(shù)學(xué)、力學(xué)的方法(有限單元法、極限平衡法)進行驗算修改,以期得到最可能的滑移面位置[3].以往邊坡滑動面多通過在現(xiàn)場埋設(shè)測斜管[4]進行長期監(jiān)測來尋找,這種方法費工費 時,不僅成本高,而且只能做定點測量,難以在宏觀上把握滑動的范圍和方向.本文通過太浦河泵站滑坡工程實例,介紹探地雷達對滑動面的探測情況,并進行效果分析.
1.1工程概況
太浦河泵站工程位于江蘇吳江市太浦河南側(cè),主要功能是在枯水期抽引東太湖水,提高上海市 半數(shù)以上人口的生活及企事業(yè)單位用水質(zhì)量.工程設(shè)計流量300m3/s,投資2.76億元.
太浦河泵站進水渠全長487.7m,為梯形明渠,堤頂設(shè)計高程7.00m,渠底高程-2.50m,渠底寬70m,渠道邊坡1∶3,在高程3.20m處設(shè)置寬5m的馬道,如圖1所示[5,6].渠道邊坡采用分段襯砌,高程-2.50~2.10m采用漿砌塊石,高程2.10~3.20m采用干砌塊石加水生植物生態(tài)護坡,高程3.20m至堤頂采用生態(tài)護坡.渠底根據(jù)流速的分布,部分采用漿砌塊石護底.
1.2地質(zhì)條件
進水渠原地面高程在+5.00m左右,堤身土質(zhì)從上到下依次為:填土及耕植土、粉質(zhì)壤土、粉質(zhì)黏土、淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土、粉質(zhì)黏土.淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土②3強度最低,厚度變化較大,且含有機質(zhì)薄層,是影響進水渠岸坡穩(wěn)定的主要土層.該層最厚處達6.9m,進水渠滑坡部位的渠底完全切進該層土.
1.3滑坡過程
泵站渠道用下挖、上填相結(jié)合來形成,其中集水井部位挖深達17.2m,進水渠部位挖深7.5m,開挖時采用輕型井點降水,開挖渠道的一部分棄土就堆在堤頂.從開挖進水渠槽,至2001年10月中旬形成完整梯形斷面,堤頂堆土高1.3m,均未出現(xiàn)邊坡失穩(wěn)現(xiàn)象.但2001年11月3日,在滑坡區(qū)下游側(cè)襯砌坡面塊石時,0413.00—0475.00m段突然發(fā)生了已開挖邊坡的滑動破壞.滑坡范圍沿堤軸線方向長約62m,滑坡引起的坡身土體向堤腳外堆移了30m,坡面上順堤軸方向出現(xiàn)寬深不一的較多縱向裂縫.堤腳的滑動面為自然狀態(tài),未出現(xiàn)隆起現(xiàn)象.此后1個多月,在此滑坡區(qū)下游約20m處又出現(xiàn)了一次范圍較小的滑坡.滑坡區(qū)位置、范圍和土層分布見圖1,滑坡現(xiàn)場見圖2.
2.1探地雷達原理和設(shè)備參數(shù)選擇
探地雷達利用高頻電磁波(10mhz~1ghz),以脈沖形式通過發(fā)射天線定向地送入地下,雷達電磁波在地下介質(zhì)中傳播時,當遇到存在電性差異的地下介質(zhì)或目標時,發(fā)生反射,返回地面后由接收天線接收.對接收到的雷達電磁波進行分析處理,依據(jù)波形、強度、幾何形態(tài)等因素來確定地下目標體的性質(zhì)和狀態(tài).
本次使用的設(shè)備為美國產(chǎn)sir2型地質(zhì)雷達系統(tǒng),采用100mhz天線,雷達電磁波記錄深度范圍為200~250ns.電磁波傳播速度依據(jù)鉆孔土層分界面標定為0.08m/ns.
2.2滑動面特征和探測機理
堤壩滑坡后通常伴隨有大量裂縫,在滑坡體的頂部因拉應(yīng)力形成張裂隙,趾部形成鼓張縫,兩 側(cè)為羽狀裂縫,在滑坡體的內(nèi)部因土體運動則出現(xiàn)較多裂隙.滑坡體底部的滑動面因受較強擠壓和剪切力作用,土層的含水量和礦化度增高了[7],從而使滑面的介電常數(shù)與導(dǎo)電率相對于上下介質(zhì)差異變大,形成較強電磁波反射面,這是探地雷達探測滑坡面的主要依據(jù).
2.3軟土層位和有機質(zhì)夾層的探測機理
各種軟土層的顆粒成分、組成、孔隙比、含水量等存在一定的差異,當電磁波遇到這些物性差異土層的界面時便發(fā)生反射,由反射波的特征可判斷它們之間的層位.同理,有機質(zhì)土通常含有腐殖質(zhì),含水量和孔隙比較大,使其有別于一般軟土層,這些物性差異引起的電性差異使得探地雷達的探測成為可能.
探地雷達探測位置參見圖1.在滑坡區(qū)布置了縱橫測線各一條,布線時適當考慮到滑坡邊緣區(qū), 長度
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