基于微动法的滑坡结构探测研究——以甘肃省典型滑坡为例

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甘肃中部与东部发育的黄土滑坡以及甘肃南部的断裂带堆积层滑坡造成了大量人员伤亡以及财产损失。为加深认识甘肃省这两类典型滑坡的结构特征,减少滑坡灾害的损失,如何快速获取其地层结构和滑动面特征成为重要的研究课题。传统的探测方法无法同时满足操作方便、探测深度大、精度高的要求,所以新的探测手段与方法的研究就显得尤为重要。微动探测方法是一种新型的被动源地震探测手段,目前已经被广泛应用在城市空间探测、溶洞探测、地热资源探测等领域,但对于滑坡结构探测的研究还比较少,尤其对于在白龙江流域广泛发育的大型断裂带堆积层滑坡还未开展研究。本文选取了临夏州永靖县黑方台地区的黄土滑坡以及白龙江流域的断裂带堆积层滑坡这两类甘肃省分布最为典型的滑坡作为试验滑坡,分别获取了这两类滑坡的微动数据,并利用空间自相关法进行了反演,获取滑坡区的速度结构,提取其滑动面、地层结构、地下水埋深等情况,并与钻孔资料以及高密度电法的结果进行对比验证。同时我们讨论了实地微动数据获取过程中,不同采集参数对数据质量的影响。最后本文探讨了遗传算法在微动频散曲线反演中的应用。本研究可为甘肃省内典型滑坡的结构特征快速精准获取提供参考建议。取得的主要研究成果如下:(1)本文研究了在获取滑坡微动数据时的采集条件选取问题,以及不同采集条件对微动数据的影响程度,并给出了黄土滑坡以及断裂破碎带堆积层滑坡的最优数据采集方案。研究表明黄土滑坡以及断裂带堆积层滑坡的最优采集半径在30~100米;台阵类型三重圆最佳,其次为L形和一字型;采集时间黄土滑坡50~60min,断裂带堆积层滑坡为60~90min;黄土滑坡以及断裂带堆积层滑坡宜选择2Hz检波器进行数据的采集;对于地形起伏较大的地区(>5m),宜减小台阵的半径。(2)本文分析了黑方台黄土滑坡地区两个剖面160个微动台站的数据,反演得到各点的剪切波速度结构。并结合单点数据,获得了两条黑方台地区的微动剖面以及16个单点的微动速度结构。通过分析微动数据,获取了测点处的地层结构,从微动结果可知在黑方台地区,地表以下厚度约0~18.1m,平均厚度为17.9m的范围内,视横波速度为0~250m/s,该层主要为粉土;地表以下厚度约18.1~33.5m,平均厚度为12.6m的范围内,岩性为饱水粉土;地表以下厚度约33.5m~60.3m,平均厚度为24.5m的范围内,岩性为粉质黏土;地表以下厚度约60.3~62.4m,平均厚度1.7m的范围内,岩性为卵石层。在深度65m以下为微风化-未风化的泥岩基岩,经过与钻孔数据以及电法数据的对比,平均误差为1.5m。(3)利用微动探测技术获取了白龙江流域断裂带滑坡牙豁口滑坡、泄流坡滑坡、中牌滑坡、立节北山滑坡的微动数据,获取了牙豁口滑坡的纵剖面的微动数据,泄流坡滑坡上部、中部、下部的微动横剖面数据,立节北山滑坡的纵、横两条微动剖面数据,最后合成了8条微动剖面图,通过微动剖面数据,我们提取了这三个滑坡的地层结构并分析了滑动面位置,其中牙豁口滑坡有新老两个滑动面,新滑动面的深度约为8~10m,老滑动面的深度约为18~20m;泄流坡滑坡的滑动面深度为35~42m;立节北山滑坡的滑动面为10~15m。经过与钻孔数据以及已有的地质资料进行对比验证,误差在2m以内。(4)本文在黑方台地区以及牙豁口滑坡分别选取了一个已知钻孔,并建立了各钻孔处的地层模型参数,利用广义反射-透射系数法得到了各个钻孔处的理论频散曲线,经过与遗传算法反演的地层结构进行对比,拟合误差分别为2.82%与4.41%,验证了遗传算法对微动频散曲线反演的可行性及准确性。
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