1堤身土質(zhì)和滑坡過(guò)程
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(jì)流量300m3／s,投資2.76億元.
　　太浦河泵站進(jìn)水渠全長(zhǎng)487.7m,為梯形明渠,堤頂設(shè)計(jì)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(hù)坡,高程3.20m至堤頂采用生態(tài)護(hù)坡.渠底根據(jù)流速的分布,部分采用漿砌塊石護(hù)底.
1.2地質(zhì)條件
　　進(jìn)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(qiáng)度,厚度變化較大,且含有機(jī)質(zhì)薄層,是影響進(jìn)水渠岸坡穩(wěn)定的主要土層.該層厚處達(dá)6.9m,進(jìn)水渠滑坡部位的渠底完全切進(jìn)該層土.
1.3滑坡過(guò)程
　　泵站渠道用下挖、上填相結(jié)合來(lái)形成,其中集水井部位挖深達(dá)17.2m,進(jìn)水渠部位挖深7.5m,開(kāi)挖時(shí)采用輕型井點(diǎn)降水,開(kāi)挖渠道的一部分棄土就堆在堤頂.從開(kāi)挖進(jìn)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(shí),0413.00—0475.00m段突然發(fā)生了已開(kāi)挖邊坡的滑動(dòng)破壞.滑坡范圍沿堤軸線方向長(zhǎng)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(dòng)面為自然狀態(tài),未出現(xiàn)隆起現(xiàn)象.此后1個(gè)多月,在此滑坡區(qū)下游約20m處又出現(xiàn)了范圍較小的滑坡.滑坡區(qū)位置、范圍和土層分布見(jiàn)圖1，滑坡現(xiàn)場(chǎng)見(jiàn)圖2.

2探地雷達(dá)原理和探測(cè)機(jī)理
2.1探地雷達(dá)原理和設(shè)備參數(shù)選擇
　　探地雷達(dá)利用高頻電磁波(10MHz～1GHz),以脈沖形式通過(guò)發(fā)射天線定向地送入地下，雷達(dá)電磁波在地下介質(zhì)中傳播時(shí),當(dāng)遇到存在電性差異的地下介質(zhì)或目標(biāo)時(shí),發(fā)生反射,返回地面后由接收天線接收.對(duì)接收到的雷達(dá)電磁波進(jìn)行分析處理,依據(jù)波形、強(qiáng)度、幾何形態(tài)等因素來(lái)確定地下目標(biāo)體的性質(zhì)和狀態(tài).
　　本次使用的設(shè)備為美國(guó)產(chǎn)SIR2型地質(zhì)雷達(dá)系統(tǒng),采用100MHz天線,雷達(dá)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(biāo)定為0.08m／ns.
2.2滑動(dòng)面特征和探測(cè)機(jī)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(yùn)動(dòng)則出現(xiàn)較多裂隙.滑坡體底部的滑動(dòng)面因受較強(qiáng)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(duì)于上下介質(zhì)差異變大,形成較強(qiáng)電磁波反射面,這是探地雷達(dá)探測(cè)滑坡面的主要依據(jù).
2.3軟土層位和有機(jī)質(zhì)夾層的探測(cè)機(jī)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(dāng)電磁波遇到這些物性差異土層的界面時(shí)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(jī)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(dá)的探測(cè)成為可能.

3滑坡面的雷達(dá)波形解析
　　探地雷達(dá)探測(cè)位置參見(jiàn)圖1.在滑坡區(qū)布置了縱橫測(cè)線各一條,布線時(shí)適當(dāng)考慮到滑坡邊緣區(qū), 長(zhǎng)度分別為120m和50m.探測(cè)時(shí)導(dǎo)流區(qū)滑坡頂面已被推土機(jī)找平,地面高程在0.50～2.70m,地下水面高程在-1.00m.
3.1軟土層位和有機(jī)質(zhì)夾層的成果解析
　　以測(cè)線1所見(jiàn)雷達(dá)波形(圖3)來(lái)分析,從中可明顯看出4種波形特征,結(jié)合地質(zhì)勘察資料可推斷 出3個(gè)層位:層(0～20ns)為地表松散找平層.波形視周期小,振幅較小,同相軸連續(xù)性好.第二層(20～180ns)為淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土.該層受到地下水、有機(jī)質(zhì)夾層、滑坡土體移動(dòng)等影響,波形相對(duì)較復(fù)雜.第二層中21～100ns為地下水位以上部分,該層頂界面出現(xiàn)反射波同 相軸 不連續(xù),層內(nèi)反射波視周期明顯增大,振幅明顯減弱,介質(zhì)相對(duì)均勻;100～180ns左右為地下水位以下部分,波形與上層基本一致,只是視周期變小,振幅稍有增大.第三層(約180ns以下)為粉質(zhì)黏土層,反射波視周期變小,振幅比其上的淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土層小.

　　圖4中淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土層內(nèi),在100ns記錄長(zhǎng)度附近存在波形振幅較大的暗(黑)色帶異常區(qū)域,特征是反射波視周期短、振幅較大,明顯區(qū)別于周圍的雷達(dá)波形,推斷為有機(jī)質(zhì)夾層.這與渠道開(kāi)挖時(shí),坡面上肉眼明顯可見(jiàn)的深黑色軟土夾層(即有機(jī)質(zhì)土)深度基本吻合.
3.2順滑坡向土層的成果解析
　　測(cè)線1位于滑坡區(qū)中心,順著滑坡方向.測(cè)線起始于堤頂下,該處已挖除了堤頂多圈環(huán)狀開(kāi)裂土體,進(jìn)行了場(chǎng)地平整.圖3為其雷達(dá)波形圖,從圖中可以看出:
　　a. 雷達(dá)波形雜亂、同相軸不連續(xù)等顯著變化主要集中在100ns以淺的區(qū)域,而其下波形基本連續(xù)、規(guī)則,由此推斷滑坡體位于100ns以淺區(qū)域內(nèi).
　　b. 在測(cè)尺10m附近,左右兩側(cè)土層的雷達(dá)波形信號(hào)截然不同.在測(cè)尺10～13m處有一個(gè)較大的裂縫異常,且層位錯(cuò)動(dòng)明顯,推斷為探測(cè)線上的滑動(dòng)面起點(diǎn).測(cè)尺10m左邊波形完整,層位清晰,結(jié)合地質(zhì)勘察資料,推斷為天然原狀土層;右邊波形紊亂,特別是100ns以淺部分變化很大,推斷為滑坡體內(nèi)受到很大擾動(dòng)的土層,進(jìn)一步對(duì)比80～100ns間位于測(cè)尺10m處的左右波形,可推斷滑動(dòng)面深度在100ns,位置從測(cè)尺10m附近開(kāi)始向右約呈水平狀.
　　c. 在測(cè)尺13～35m段,80ns附近斷續(xù)出現(xiàn)振幅較大的波形(黑點(diǎn)狀),推斷此區(qū)間原波形類似于10m測(cè)尺以左、深80～100ns間的完整波形,現(xiàn)因處于滑動(dòng)面位置,受土體運(yùn)動(dòng)和擠壓作用,導(dǎo)致波形同相軸中斷或錯(cuò)動(dòng).同時(shí),該區(qū)段地表裂縫眾多并向下延伸,裂縫走向有從左向右傾斜的趨勢(shì),推斷為滑坡體內(nèi)土體受底面向右的剪切力拉動(dòng)、逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)并產(chǎn)生裂隙的結(jié)果.
　　d.35m以右,雷達(dá)圖像表現(xiàn)為松散、擾動(dòng)的土質(zhì)特征,推斷為左邊滑體對(duì)其擠壓、移動(dòng)形成的表面裂隙.
　　根據(jù)以上分析推斷,繪制的地質(zhì)剖面和滑動(dòng)面位置如圖4所示.推斷的滑動(dòng)面為沿有機(jī)質(zhì)夾層發(fā)生的非圓弧滑動(dòng)面,它解釋了滑坡前址處土體無(wú)隆起、土體水平前移達(dá)30m的現(xiàn)象.
　　本工程滑坡后，對(duì)滑坡區(qū)內(nèi)外土體進(jìn)行了靜力觸探試驗(yàn)和十字板強(qiáng)度試驗(yàn),對(duì)施工期邊坡穩(wěn)定進(jìn)行了圓弧滑動(dòng)和非圓弧滑動(dòng)計(jì)算,結(jié)果表明邊坡穩(wěn)定受含有機(jī)質(zhì)夾層的非圓弧滑動(dòng)控制,當(dāng)井點(diǎn)降水失效、存在滲流時(shí)安全系數(shù)為1.01,處于失穩(wěn)的臨界狀態(tài).靜力觸探試驗(yàn)測(cè)得馬道下滑動(dòng)面位置在高程-2.44m處,這與雷達(dá)探測(cè)的滑動(dòng)面位置基本吻合.

3.3垂直于滑坡向土層的成果解析
　　圖5為垂直于滑坡方向測(cè)線2的雷達(dá)波形圖.該測(cè)線因位于滑坡頂部區(qū),滑動(dòng)面深度過(guò)淺,而所用記錄長(zhǎng)度又過(guò)大,所以波形信號(hào)不明顯.盡管如此,仍可看出: ①100ns附近的暗色帶有有機(jī)質(zhì)夾層. ②測(cè)尺0～15m，73～90m，110～120m區(qū)間,雷達(dá)波形自上而下較規(guī)則,同相軸連續(xù)性較好.結(jié)合實(shí)際滑坡位置,推斷該區(qū)域?yàn)榛聟^(qū)外. ③測(cè)尺15～73m，90～110m區(qū)間,雷達(dá)波形較紊亂,同相軸連續(xù)性中斷嚴(yán)重.特別是淺層區(qū)域波形同相軸的紊亂以等間距的形式向深層區(qū)域傳遞,原因是滑坡體內(nèi)含有大量裂縫、松散土體,與下伏介質(zhì)存在較大物性差異,界面反射波信號(hào)強(qiáng),產(chǎn)生多次反射所致.結(jié)合實(shí)際滑坡位置,推斷這兩個(gè)區(qū)域分別位于大、小兩次滑坡區(qū)內(nèi).

4結(jié)論
　　應(yīng)用探地雷達(dá)探測(cè)堤壩滑坡還屬于探索階段,本次對(duì)太浦河工程滑動(dòng)面和有機(jī)質(zhì)夾層的探測(cè) 結(jié)果表明,在一定條件下,結(jié)合地質(zhì)勘察資料,探地雷達(dá)可對(duì)堤壩滑動(dòng)面進(jìn)行有效地探測(cè),發(fā)揮了淺層探測(cè)高、速度快、連續(xù)可視化的優(yōu)勢(shì).雖然本次探測(cè)對(duì)象是已發(fā)生滑坡的工程,其原理和方法同樣可用于潛在滑坡或正在滑坡的工程,但需加強(qiáng)研究,以完善滑坡的預(yù)測(cè)和預(yù)報(bào)方法.
　　a. 探地雷達(dá)辨別滑坡區(qū)與非滑坡區(qū)的依據(jù)是滑坡區(qū)存在大量裂縫,它引起雷達(dá)波的多次反射,形成波形紊亂、同相軸連續(xù)性中斷,特別是淺層區(qū)域波形同相軸的紊亂以 等間距的形式向深層區(qū)域傳遞.而滑坡區(qū)外雷達(dá)波形自上而下較為規(guī)則,同相軸連續(xù)性較好.
　　b. 探地雷達(dá)探測(cè)滑坡面的依據(jù)是滑動(dòng)面受較強(qiáng)擠壓和剪切力作用,土層的含水量和礦化度增高了,使滑坡面的介電常數(shù)與導(dǎo)電率相對(duì)于上下介質(zhì)差異變大,形成較強(qiáng)電 磁波反射面.
　　c. 探地雷達(dá)探測(cè)有機(jī)質(zhì)土的依據(jù)是其含有腐殖質(zhì),含水量和孔隙比較大,使其有別于一般軟土層,這些物性差異引起了電性差異.
　　d. 根據(jù)以上特征,推斷了太浦河泵站工程軟土層分布,有機(jī)質(zhì)夾層位置,滑坡區(qū)域,滑動(dòng)面起點(diǎn)、走向和出溢處.本次滑動(dòng)面為沿有機(jī)質(zhì)夾層發(fā)生的非圓弧滑動(dòng)面,與滑坡前址處土體無(wú)隆起、土體水平前移很多的現(xiàn)場(chǎng)景象相吻合.