盧向星，陳慈河，孫旭，楊晨，錢倫，潘劍偉

（1.山東電力工程咨詢?cè)河邢薰?，山東 濟(jì)南 250013;2.中交西部投資有限公司，四川 成都 610041;3.貴州大學(xué)資源與環(huán)境工程學(xué)院，貴州 貴陽 550025)

地球物理方法是以地下巖礦石的物性差異為基礎(chǔ)，通過觀測(cè)分析地球物理場(chǎng)的變化來確定被探測(cè)目標(biāo)體的空間賦存范圍及物理性質(zhì)[1]。而嚴(yán)重威脅人類生命財(cái)產(chǎn)安全的自然災(zāi)害之一的滑坡，在其滑動(dòng)前后由于滑體內(nèi)巖土結(jié)構(gòu)和水體分布特征的變化也會(huì)引起一些物性參數(shù)的改變[2-3]，這為應(yīng)用地球物理方法對(duì)滑體進(jìn)行探測(cè)提供前提。

高密度電阻率法（Electrical Resistivity Tomography，簡(jiǎn)稱ERT）因其簡(jiǎn)便高效、自動(dòng)化程度高等優(yōu)點(diǎn)，已成為滑坡探測(cè)中常用的地球物理方法之一。例如Su[4]等人結(jié)合ERT 與TEM（瞬變電磁法）對(duì)某鐵路沿線滑坡進(jìn)行探測(cè)，成功確定了滑動(dòng)面的位置。Gan[5]等人通過ERT 對(duì)地層進(jìn)行劃分，并通過鉆孔法進(jìn)行修正后來確定滑動(dòng)面的具體位置。以上報(bào)道都說明了高密度電阻率法對(duì)滑坡探測(cè)的有效性。

同時(shí)，地下水的流向和流速分布特征是研究滑體水文地質(zhì)特征的重要因素，但這兩個(gè)參數(shù)卻不能從ERT中獲取。自然電場(chǎng)法（Self-potential，簡(jiǎn)稱SP）是通過測(cè)量天然電流場(chǎng)的分布規(guī)律來解決相關(guān)問題的一種方法[6]。在滑坡體內(nèi)，由于地下水的作用，常會(huì)形成上游帶負(fù)電，下游帶正電的過濾電場(chǎng)[7]。因此，可以用該方法來確定滑坡體內(nèi)地下水的流向。潘劍偉[8]等人利用SP對(duì)滑坡中的地下水流向進(jìn)行探測(cè)，并繪制了該區(qū)域地下水流向圖。劉加文[9]等人用SP 確定地下水流向，并結(jié)合鉆探方法確定其分布、滲漏等水文地質(zhì)情況。

本文以貴陽市花溪區(qū)某滑坡為研究對(duì)象，利用ERT來探測(cè)滑坡體的分布范圍，用SP 來確定該滑坡中地下水的流向，并通過討論這兩種方法的組合探測(cè)效果，為滑坡體工程地質(zhì)參數(shù)的獲取提供一定的參考。

1 滑坡基本地質(zhì)概況

研究區(qū)位于貴陽市東南部，隸屬花溪區(qū)黔陶鄉(xiāng)管轄，距花溪城區(qū)25 km。該區(qū)域內(nèi)地貌整體為原始地貌，出露的地層由上至下為第四系，以砂石土為主的殘坡積層和泥盆系中統(tǒng)獨(dú)山組的石英砂巖夾頁巖，該坡體表層石英砂巖呈全風(fēng)化狀態(tài)。該邊坡上原有采用漿砌塊石擋墻填筑而形成的填方路基，滑坡形成后，滑坡體沿沖溝進(jìn)行向前運(yùn)移，并鏟刮沖溝內(nèi)殘坡積土，滑坡左側(cè)山體上可見擦痕。整個(gè)滑體呈長舌狀，方向大致為北北東方向，如圖1 所示。

圖1 滑坡地球位置及測(cè)線、測(cè)點(diǎn)位置圖

2 工作方法原理及裝置布設(shè)

2.1 高密度電阻率法原理及測(cè)線布置

高密度電阻率法是集電測(cè)深與電剖面于一體的多裝置、多極距物探方法，可以獲取地下介質(zhì)的視電阻率信息，從而解決某些地質(zhì)問題[10]。在實(shí)際野外的測(cè)量過程中，通過向電極A、B 供電，并測(cè)量M、N 電極之間的電位差ΔUMN及電流，測(cè)量得到視電阻率ρs，公式為[11]：

圖2 高密度電阻率法工作原理圖

本次沿滑坡的橫剖面（近東西向）布設(shè)1 條極距為2.5m，電極數(shù)共60 道，總長為147.5 m 的測(cè)線。

2.2 自然電場(chǎng)法原理及測(cè)點(diǎn)布置

由于地下水的流動(dòng)和巖礦石自身的電化學(xué)活動(dòng)性，往往會(huì)產(chǎn)生自然極化現(xiàn)象，并在周圍形成自然電場(chǎng)，而自然電場(chǎng)法則是通過觀測(cè)和研究這種自然電場(chǎng)的分布規(guī)律及其特點(diǎn)，用以解決某些水文地質(zhì)工程問題[7]。此次主要采用電位梯度法中的“8”字形觀測(cè)法。地下水在流動(dòng)方向產(chǎn)生的電位差極大，而垂直于流向的方向上電位差極小，其他方向上的電位差則處于兩者之間，即“8”字型長軸的方向?yàn)榈叵滤鞯妮S向，且水流方向上為高電位[12]。

本次探測(cè)共在滑坡體西側(cè)邊界外（1 號(hào)測(cè)點(diǎn)）及滑坡中心處（2 號(hào)測(cè)點(diǎn)）設(shè)置了2 個(gè)測(cè)點(diǎn)，利用不極化電極，并設(shè)極距為10 m 進(jìn)行探測(cè)，在各探測(cè)方向上可重復(fù)測(cè)量，當(dāng)測(cè)量數(shù)據(jù)保持較為穩(wěn)定時(shí)，給予保存記錄。

3 探測(cè)結(jié)果分析

3.1 滑體分布范圍的確定

該滑坡的兩種地層巖性電阻率有明顯差異。為此，筆者在圖1 藍(lán)色線段處布設(shè)了1 條ERT 測(cè)線，用溫納裝置進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，經(jīng)反演后得到的視電阻率斷面如圖3 所示。

圖3 橫剖面溫納裝置反演結(jié)果圖

通過反演結(jié)果圖的電阻率分布情況來看，該條測(cè)線兩側(cè)0～60m、130～140m 處主要呈高阻特征，結(jié)合已有的勘查資料分析，該滑坡兩側(cè)的高阻區(qū)推測(cè)為基巖所在位置。而在滑體范圍內(nèi)，由于巖體破碎，主要以右側(cè)藍(lán)色低阻范圍呈現(xiàn)。因此，根據(jù)電阻率值的分布，推測(cè)出該滑坡滑體的邊界如圖3 中紅線位置處所示。而由圖1可知，在該滑坡的半山腰處原修有一條道路，且由擋土墻進(jìn)行支護(hù)，故推測(cè)為道路施工填方時(shí)堵塞原有地下水滲流通道，造成該處地下水排水不良，進(jìn)而逐漸孕育形成了該滑坡。

3.2 地下水流向的確定

通過調(diào)查，該區(qū)內(nèi)地下水的主要類型為裂隙水，且含水豐富。通過“8”字形觀測(cè)法探測(cè)該滑坡區(qū)地下水的流向，并在同一比例尺下繪制流向示意圖，結(jié)果如圖4 所示，其中箭頭表示地下水流向。

圖4 兩自然電場(chǎng)法測(cè)點(diǎn)水流方向示意圖

1 號(hào)和2 號(hào)測(cè)點(diǎn)分別位于滑坡體西側(cè)邊界外及滑坡體中心處（見圖1），從圖4 兩自然電場(chǎng)法測(cè)點(diǎn)水流方向示意圖可以看出，在該滑坡的不同位置處，其地下水的流動(dòng)方向也存在較大不同。1 號(hào)測(cè)點(diǎn)在SW-NE 向上的電位差最大，約為36.10 mV，因此該方向即為該處地下水的流向。而從2 號(hào)測(cè)點(diǎn)觀測(cè)結(jié)果可以判斷出該處的地下水流向?yàn)镾—N 向。推測(cè)這主要是由于滑坡后緣位置處發(fā)育有大量裂縫，大氣降水從這些后緣裂縫及滑坡壁下滲后沿主滑方向匯集并流動(dòng)，使滑坡中部2 號(hào)點(diǎn)位的水力梯度值更高。

4 結(jié)論

本文通過聯(lián)合高密度電阻率法和自然電場(chǎng)法對(duì)滑坡及其地下水的流向進(jìn)行了探測(cè)，主要得到以下幾點(diǎn)結(jié)論：

（1）根據(jù)ERT 反演結(jié)果的高、低阻區(qū)域分布情況可以得出該滑坡體的主要范圍約在該測(cè)線70～130 m 內(nèi)，由于其滑動(dòng)后內(nèi)部的巖土結(jié)構(gòu)更加松散，則在反演圖中主要以低阻帶形式呈現(xiàn)。

（2）通過SP 確定了該滑坡區(qū)域內(nèi)地下水的流向，在滑坡西側(cè)邊界外的地下水流向?yàn)镾W-NE 向，而在滑坡中心位置處的流向?yàn)镾-N 向。由于受地形及滑坡的影響，兩個(gè)測(cè)點(diǎn)處地下水流向與流速均不相同，但總體向著滑坡方向流動(dòng)。

（3）兩種方法在滑坡探測(cè)中的聯(lián)合使用，一種從靜態(tài)空間上對(duì)滑坡分布范圍進(jìn)行圈定，另一種從動(dòng)態(tài)性質(zhì)上對(duì)地下水流向進(jìn)行確定。通過聯(lián)合兩種方法，能夠?yàn)榛驴辈榧爸卫硖峁└娴乃募肮こ痰刭|(zhì)信息。