0 引言

在公路线路勘探及桥隧勘察工程中，滑坡体等隐伏地质灾害的探测工作非常重要，尤其在地形、地质状况较复杂的山区，传统的勘察手段受工作条件的限制无法开展，势必借助于地球物理勘探手段来描绘滑坡体等隐伏地质灾害的规模、形态特征等。近年来，地球物理勘察方法日趋发展和成熟，被越来越多地应用于地质工程勘察，尤其是滑坡体地质灾害勘察^[1-2]。与基于地貌观测，或借助钻探、挖掘等传统手段来获取有限地下信息相比，地球物理技术更灵活、更快捷、成本更低，且能够获得更多的地下信息用于描述滑坡体特征，包含滑坡成因机制^[3-4]、地质构造特征、潜在滑体规模和滑移面、运动特征、机械物理性能等^[5-8]。在诸多地球物理方法中，电阻率层析成像因能够更好地解决横向分辨率问题并可提供清晰明了的二维和三维图像而得到了更多的应用^[9]。同时，综合分析滑坡体材料的异质性^[10-11]及滑坡体岩土特征^[12]，可进一步评估滑坡的动态特征^[13-15]，以实现对滑坡体的动态监测目的。

基于此，本文采用高密度电阻率法结合综合钻探资料及地层剪切波速参数分析，对隐伏滑坡体规模、形态进行描述分析，建立滑坡地质模型，分析滑坡体的稳定性，并提出桥隧基础建设的合理化意见。

研究区位于中国河北省张家口市北约15 km处朝天洼村附近。隧道出口段滑坡位于清水河南侧山坡，平均海拔约为1 100 m(图 1)。山体较陡立，坡体长度约330 m，堆积高度约90 m，呈坡积阶地状，顶部倾角80°~90°，岩石裸露，植被稀疏(图 1、图 2)。半山腰及以下区域较缓，覆盖层较厚，层次较分明，下部粒径较大，以砾石、碎石为主，棱角鲜明，磨圆度极差，上部为粉土层，植被茂密。拟建张榆线公路由此通过，滑坡体为公路桥通过区，西侧为隧道出口。未来大跨度桥梁基础将建设于滑坡体之上，在桥梁荷载作用下，边坡结构将受到强烈影响，该区域滑坡体可能出现安全问题。

图 1 滑坡段位置 Fig. 1 Location of the landslide section

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图 2 勘探区测线部署图 Fig. 2 Line deployment diagram in exploration area

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根据钻孔资料，滑坡体浅表地层自上而下依次为第四纪坡积壤土、粉土、冲积砾石、强风化流纹岩。上部坡积壤土及粉土厚度不等，下部为较厚砾石层，砾石棱角鲜明，几乎没有磨圆度，透水性较好，富水性差。为全面了解滑坡体区域地层地质情况，部署了4条近似南北向的测线，自上而下覆盖滑坡整体，编号依次为LINE1、LINE2、LINE3、LINE4，测线长度约300 m，东西向布置了1条测线，位于滑坡体山腰部位，编号为LINE5，测线长度约330 m(图 2)。

高密度电阻率法是一种主动源电法勘探技术，通过多个不同电流的电极向地下发射恒定电流，同时地面接收测量电极之间的电压差^[16]，利用电流和电压计算出一定深度测点的视电阻率。将获得的原始数据经坏点剔除、地形改正及滤波处理后，对测量的视电阻率进行反演^[17]，设置迭代次数，使均方根误差控制在一定范围内^[18]，以获得最佳反演效果，最终获取地下一定范围内的地层电阻率高分辨率图像。二维电阻率层析成像技术是垂向电测深和水平向电阻率剖面测量技术的结合。电阻率主要取决于地下介质中的矿物成分、地下水和电解质，可以用于分析由于粒度、孔隙度、含水量及岩石矿化程度的差别而引起的地下介质差异。

结合地质资料，本研究区滑坡堆积物由冲洪积体和坡积物组成，地层垂向分明。不同地层在堆积粒度、孔隙度或含水量上差异较大，存在很大的电性差异。实施过程中，电阻率采集设备仪器为DZD-8高密度电法测量系统，采用30个电极、10 m电极距布设测线5条，其中，东西测线1条，南北测线4条，部署图见图 2，隔离系数设置为7层，获得了地面下20~30 m地层的垂向电阻率。为了突出滑坡体的垂直地层信息，采用温纳装置采集数据^[19]。

各测线电阻率层析成像图如图 3、图 4所示。滑坡体地质构造可分为3层。上部为粉土层，厚度为2~3 m，视电阻率在0~80 Ω·m范围内，剪切波速值为180 m/s，主要分布在坡度较缓的阶地或坡角地带，局部植被茂盛；中部为冲洪积砾石层，厚度为5~20 m，分布不均匀，视电阻率在60~200 Ω·m范围内，剪切波速值为380 m/s，局部地层富含水分。该层为滑坡主体，结合钻孔资料，砾石层夹杂少量第三系黏土，透水性较好，石块棱角鲜明，几乎没有经过机械磨圆，为冲洪堆积物；由于没有经过系统的分选堆积过程，其稳定性较差，在洪水或荷载作用之下易发生泥石流或坍塌。下部为强风化流纹岩，整体视电阻率在200 Ω·m以上，剪切波速值为550 m/s，岩体完整性和连续性较好，根据视电阻率圈定的基岩面形态，其倾角为40°~50°。下部基岩与上覆砾石层和粉土层之间无良好的胶结作用，故在基岩面处易形成潜在的滑动面。

图 3 研究区南北测线电阻率层析成像图 Fig. 3 Electrical resistivity tomography of north-south line in the study area

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图 4 研究区东西测线电阻率层析成像图 Fig. 4 Electrical resistivity tomography of east-west line in the study area

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综合分析，该滑坡体附着于流纹岩体之上，横向长度约300 m，纵向长度260 m，坡度为40°左右。电阻率层析成像图显示基岩面呈阶地状，为滑坡体提供了一定的支撑作用；同时，阶地状地形也成为滑坡体堆积的重点部位，局部堆积厚度达20~30 m，成为形成泥石流等滑坡的重要隐患。

二维电阻率层析成像结果较好地显示了滑坡体的基本形态特征，通过钻孔资料的进一步比对，证实了该方法的可靠性。

浅地表粉土层厚度为2~3 m，覆盖着茂盛的植被，固结于砾石层之上，在植被强大的根系保护之下，加之自身土质的固结特性，成为较稳定地层，故粉土层不易成为潜在滑动面。通过分析不同地层的剪切波速值可知，作为滑坡体主体的砾石层，地层较均匀，整体波速在380 m/s左右，在第三系黏土的胶结作用下，整体稳定性较好，竖向承载能力较强，但抗剪能力差，在外荷载提供剪力作用下，该层整体可成为潜在的滑动面。由于砾石层具备导水和储水特征，在电性上可以明显区分砾石层和强风化流纹岩地层。如图 4所示，上覆砾石层和粉土层与下部基岩之间分界明显，几乎没有过渡空间，且流纹岩体连续性较好，在波速值曲线上也呈现突变，波速值由380 m/s上升至550 m/s，显示了两种地层特性不同且分界明显。分界面上没有特定的胶结力和固结力。因此，在地下水的作用下，砾石层与流纹岩分界面极易成为滑坡体的潜在滑动面，如图 5所示，滑坡体底部滑趾处即为滑坡体的剪出口位置。

图 5 电阻率层析成像三维图 Fig. 5 Three-dimensional image of electrical resistivity tomography

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综合地球物理分析结果，结合钻探地质资料，在二维电阻率层析成像图基础上建立了如图 6所示的滑坡体发育区地质模型。地质模型由基岩、冲洪积砾石层及局部粉(砂)土层构成，各地质单元体岩土特征差异性较大，地质模型与实际地质现象符合性较好。在未来的工程设计中，应充分考虑该滑坡体的地质构造、潜在破坏面及受力特征，综合分析其承载能力，制定后续桩基础实施方案。

图 6 滑坡体发育区地质模型 Fig. 6 Geological model of the landslide development area

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1) 本文在实际工程地质勘察过程中，结合前人研究，提出了一种采用高密度电阻率法和剪切波速测试，并结合钻孔岩土资料快速、高效、准确识别滑坡体的勘探方法。

2) 在滑坡体勘察方面，依据高密度电阻率法不仅能够得到滑坡体的规模、形态特征，同时可以定性分析滑坡体的内部地质构造特征，并对滑坡体的稳定性进行初步分析。

3) 在工程勘察过程中，应充分利用地球物理方法的探测结果，重视结合工程地质勘察结果，以提高准确度。地层剪切波速值作为岩土力学参数能够对地层密实程度、均匀性及岩性进行分类，在滑坡体勘探中也应综合考虑。

4) 本次勘察通过地球物理技术的应用，对滑坡体的整体特征进行了描述，确定了潜在滑动面及剪出口，建立了滑坡体地质模型，获得了较好的效果，为进一步桥隧设计提供了详实的地质资料。

5) 在地球物理勘察方法的实施过程中，应注重与地质资料的结合，尤其注重勘察资料的使用，应充分收集分析已有钻孔资料、波速资料、水文资料及室内土工试验资料，有效斧正地球物理勘探结果的解释，真实地展示地层特征。