滑坡体基质吸力时空分布的电阻率成像法研究

Because the matric suction is an important factor influencing the shear strength of unsaturated soil and the stability of landslide, the spatial and temporal change characteristics of matric suction are important in the landslide monitoring, modeling, and warning. In order to overcome the drawback of local information of the matric suction measured by available instruments, we propose to measure the temporal, three-dimensional, and multi-scale information of the matric suction in landslide with electrical resistivity tomography in this study. By theoretical analysis, numerical simulation, and labortory experiment, we propose to finish this study comprising three parts: (1) the electrical response characteristics with the change of matric suction of soil; (2) the sensitivity and limit of detectability of electrical resistivity tomography to evaluate the matric suction of soil; (3) application of electrical resistivity tomography to evaluate the matric suction of landslide. We expact this research could provide a new method in the measurment and evluation of the matric suction of landslide, and the electrical resistivity tomography could provide plenty basic information in the mechanics parameters evaluating, modeling, and disaster warning of landslide, which is significant in the science and applicaion.

由于基质吸力的变化是影响非饱和土抗剪强度和滑坡体稳定性的一个重要因素，因此土体基质吸力的空间分布特征和时间变化过程在滑坡体监测、模拟和预警中就显得尤为重要。为克服现有基质吸力测量方法仅能获得局部的基质吸力信息的不足，本课题拟采用高密度电阻率成像法测定时序、三维和多尺度条件下边坡土体基质吸力的构想。通过理论分析、数值模拟和室内试验，对以下三方面的内容进行研究：（1）土体基质吸力变化过程中的电响应特征；（2）电阻率成像法对土体基质吸力测定的灵敏度与检出限；（3）基于成像动态监测资料的滑坡体基质吸力参数的测定与评价。以期能从崭新的角度实现对滑坡体基质吸力参数的测定与评价，为滑坡体力学参数获取、模型建立和灾害预警提供客观丰富的基础资料，这具有重要的科学意义和应用价值。

基质吸力是影响边坡土体强度的关键参数，为克服现有基质吸力测量方法仅能获得局部信息的不足。本研究采用具有非扰动、高效率和多尺度测定等优势的高密度电阻率成像方法对非饱和土体的基质吸力评价进行了分析评价。首先，以甘肃黑方台滑坡黄土为对象，通过室内重塑样品，分析了基质吸力与电阻率之间的关系，建立了二者之间的关系函数。其次，以甘肃黑方台滑坡黄土为对象，进行室内土壤柱体试验，实施人工降雨，采用电阻率成像法对土壤柱体内部的基质吸力时空分布进行了评价。最后，以中江县垮梁子滑坡为例，采用电阻率成像法对滑坡体结构进行了探测，对滑坡体长期地下水运动过程和基质吸力变化区域进行了监测评价。研究结果表明：.（1）甘肃黑方台滑坡黄土的基质吸力（S）与电阻率（ρ）存在Ln(S)=a×ρ+b形式的函数关系，其中a和b为拟合系数。相同基质吸力条件下，土壤电阻率随着干密度的增加而增加。而对于淡水地下水，孔隙水成分对基质吸力-电阻率关系曲线影响有限。.（2）室内土柱在人工降雨条件下，水分由柱体上层至下层运动，土壤含水量逐渐增加，基质吸力逐渐降低。柱体下部电阻率与基质吸力关系和机理试验结果更接近，土体上部的关系曲线则偏差较大。电阻率与基质吸力关系函数具有局部适应性（site specific）。基于两者相关性和拟合关系，针对柱体下部剖面采用电阻率成像法评价了土壤的基质吸力。.（3）在中江县垮梁子滑坡布置四条高密度直流电法测线对滑坡体结构进行了探测，滑动面位于低强度的风化泥岩层内，呈现低电阻率特征，而基岩呈现高电阻率特征。通过对其中一个剖面进行了旱季和雨季多次测量，显示地下水运动至滑动带，沿滑动带向滑坡前缘进行径流排泄，最终在滑坡前缘形成线状出露的季节性泉水。同时在雨季，滑动带含水量增加，基质吸力降低，引起滑坡滑动。.本研究表明以高密度电阻率成像法为代表的地球物理方法可以为滑坡体参数获取、过程监测和灾害预警提供客观丰富的基础资料。