地下管线探测技术(一)---同济大学海洋与地球科学学院.pps

1、天然和人为地质灾害的监测和防治,地质灾害：因地质作用本身及其所引发的地质作用，致使人类生命和财产遭受损失的地质事件。包括天然的如地震，和人为的例如人类的不当开采所导致的山崩等。有史以来各种地质灾害带给人类社会一系列重大的人员伤亡、财产损失和精神折磨不计其数。下表为20世纪以来所发生了的重大地质灾害。,地质灾害中最常见的，首推地震、火山、滑坡、山崩、土石流、城市地层塌陷和地裂缝灾害等。,这些灾害都可造成人类的生命与财产的极大损失，严重影响了社会经济的发展。因此，如何正确了解它们的本质和特性，期以制定地质灾害的防患措施，并免除或减小灾害的发生。,第一部分 滑坡调查与监测,一、什么是滑坡灾害？,是指

2、斜坡上的岩体或土体因种种原因在重力作用下沿一定的软弱结构面发生整体顺坡下滑的现象或过程。根据滑坡的滑动速度，将滑坡分为4类：蠕动型滑坡，人们作凭肉眼难以看见其运动，只能通过仪器观测才能发现的滑坡；慢速滑坡：每天滑动数厘米至数十厘米，人们凭肉眼可直接观察到滑坡的活动；中速滑坡：每小时滑动数十厘米至数米的滑坡；高速滑坡：每秒滑动数米至数十米的滑坡。,产生滑坡的基本条件是斜坡体前有滑动空间，两侧有切割面。例如中国西南地区，特别是西南丘陵山区，最基本的地形地貌特征就是山体众多，山势陡峻，沟谷河流遍布于山体之中，与之相互切割，因而形成众多的具有足够滑动空间的斜坡体和切割面。广泛存在滑坡发生的基本条件，滑

3、坡灾害相当频繁。 从斜坡的物质组成来看，具有松散土层、碎石土、风化壳和半成岩土层的斜坡抗剪强度低，容易产生变形面下滑；坚硬岩石中由于岩石的抗剪强度较大，能够经受较大的剪切力而不变形滑动。但是如果岩体中存在着滑动面，特别是在暴雨之后，由于水在滑动面上的浸泡，使其抗剪强度大幅度下降而易滑动。降雨对滑坡的影响很大。降雨对滑坡的作用主要表现在，雨水的大量下渗，导致斜坡上的土石层饱和，甚至在斜坡下部的隔水层上击水，从而增加了滑体的重量，降低土石层的抗剪强度，导致滑坡产生。不少滑坡具有“大雨大滑、小雨小滑、无雨不滑”的特点。,二、滑坡基本成因,电阻率法、甚低频法、地震反射法、地质雷达、天然声辐射、电磁辐射

4、测量等。 降雨对滑坡的影响很大。由于水的作用，使滑坡体内的岩石物性（电阻率和地震波速）均与未经破坏的岩石物性存在着明显的差异。因此可利用高密度电阻率法或地震反射法来圈定滑坡体的范围、确定滑坡面的深度和形状，查明波坡区地下水的分布。由于岩石在发生破坏过程中会产生声辐射和电磁辐射，因此天然声辐射和电磁辐射测量可用来监测岩石（或土壤）的破坏过程。地质雷达对导电率变化和水具有较强的敏感性，可以用来确定基岩中裂隙，节理和层理，以评价岩石或边坡的稳定性。,三、滑坡调查中地球物理方法,圈定滑坡体的范围并确定滑动面的深度在滑坡区，岩石天然结构受到破坏，矿物组分也发生变化，含水量和孔隙水含盐度增大，因此，滑坡体

5、内岩石的电阻率和地震波速明显低于滑坡体外未经破坏岩石。基于以上电阻率和地震波速的变化，可用电阻率或地震测量来圈定滑坡体的大致分布并确定滑坡面的深度。,四、应用实例,监测滑坡的发展过程滑坡在孕育和发展过程中，导致岩体位移，应力集中而引发岩体破裂，从而导致声辐射，因此声辐射和微动测量可用于监测波坡的发展过程。声辐射技术是在被监测的地质体内埋设检器，拾取声辐射信号，记录其强度及频度（比较准确地反映岩石破裂的过程，并以此来预测滑坡。）国外在此方面已有许多成功的应用（捷克、智利、南非等）微动技术：通过微动观测，求出质点振动的频谱，确定地下介质振动特性和变化过程，从而预测滑坡的移动。（日本已有成功的案例）

6、,第二部分 山崩的防治,一、什么是山崩灾害？,亦称岩崩、塌方等。指陡峭斜坡上的岩体或土体在重力作用下，突然脱离母体，发生崩落、滚动的现象或过程。根据崩塌岩石性质，分为岩崩、土崩。以一次崩落岩土体体积大小标度崩塌规模。分为4级：（1）小型崩塌：岩土崩落体积小于1104立方米；（2）中型崩塌：岩土崩落体积为1104-10104立方米；（3）大型崩塌：岩土崩落体积为10104-100104立方米；（4）特大型崩塌：岩土崩落体积大于100104立方米。,二、山崩灾害的力学性质分析,山崩发生的原因，就其力学条件而言，就是组成坡地的物体其向下坡移动的力量，超过阻止其下滑的摩擦力，因而产生向下坡移动的现象。

7、主要是受水的影响： 增加下滑力 (重量增加)孔隙水压增加，相对使摩擦阻力减少 土体的性质改变，增加润滑或变为具有可塑性或液性。结果：下滑力增加，摩擦阻力减小,三、成功案例,长江三峡链子崖危岩体治理工程采用地球物理方法进行了探测，为制订整治方案提供了重要的依据。链子崖危岩体距三峡坝址25km，是由大量裂缝切割的分离体，发育在长江右岸底部为厚24m煤层的石灰岩顺斜向陡坡中.因煤层开挖和陡壁卸荷等形成,总体积315 x 10 4m3，历史上曾多次发生山体崩滑事件，严重威胁航运、经济建设和居民安全。防治工程包括煤层采空区承重阻滑工程和其上部危岩体锚固工程以及地表排水、拦挡块石入江工程和建立立体变形监测

8、网系统等。,采用的物探方法：音频大地电场法频率范围：20-20000Hz间的大地电磁场观测：电分量和视电阻率特征：在隐伏的裂缝和空洞上，无论它们是否充填，都出现明显的电分量和视电阻率的异常。,裂缝的下延深度探测方法：井间声波测量,第三部分 地面沉陷的监测,一、地层下陷的原因, 地下流体的超抽：在石油的开采矿区以及地下水的过量抽取平原地区，由于含油气层及含水地层中的孔隙率急速减少，导致上覆地层产生陷落。 地盘下陷：例如煤田区煤矿大量开采，以及石灰岩地区地下水的溶蚀，以致造成溶洞地区的支撑破坏，因而导致其上覆地层的下陷。 地壳运动：其中以地震所造成的地层快速下滑，致而造成实时性的地层下陷。另外，一

9、种为盆地的区域不等量持续下降，导致地层产生下陷，此种下陷速度较缓慢。,地层下陷大多位于海岸平原区、煤矿地区及石灰岩洞分布发达的地区。,二、地层下沉的监测方法,主要是精密水准测量（常规）：效率低、费用高重力测量，与精密水准测量配合，大大减少后者的工作量。（重力随高度的变化关系）上海苏州昆山0.2g.u.哈尔滨： 0.35g.u.西安 2 g.u.,第四部分 煤层自燃的监测,一、煤层自燃的原因,自燃物质在一定条件下发生物理变化，聚积热量而导致燃烧。浪费资源、威胁煤矿安全。要想有效地治理自燃这一灾害和化害为利，首先要了解火区的范围，用物探方法来解决。,二、探测方法,氡气测量：磁法测量（燃烧后的煤层的

10、范围）：,第五部分 岩爆和突水的监测,一、岩爆的原因,岩体中聚积的弹性变形能在地下工程开挖中突然猛烈释放，使岩石爆裂并弹射出来的现象。轻微的岩爆仅剥落岩片，无弹射现象。严重的可测到4.6级的震级，一般持续几天或几个月。发生岩爆的原因是岩体中有较高的地应力，并且超过了岩石本身的强度，同时岩石具有较高的脆性度和弹性。这时一旦地下工程破坏了岩体的平衡，强大的能量把岩石破坏，并将破碎岩石抛出。,地震层析成像技术：纵波速度与应力、微震活动区这间的相关性，依据观测结果评价岩爆发生的风险性。声辐射监测系统：可预报岩爆发生的位置与时间观测到的声脉冲能量的突然增大和脉冲时间间隔突然减少，可作为岩爆即将发生的前兆。类同于监测山崩，不同之处在于岩爆是岩石受人为破坏的结果，而山崩是岩石受天然破坏的结果。,二、监测方法,一、突水的原因,亦称灾害性涌水。当矿山巷道、地下隧道在施工过程中，穿过充水溶洞发育的地段、厚的含水砂砾层、与地表水连通的较大断裂破碎带、积水老硐时，会发生大量涌水的突发事件，从而导致损失。因此，必须查明含水地质体的位置及规模。,无特别理想的方法，目前在尝试阶段。已开展的有：高密度电阻率法、地质雷达法、TSP、天然电场选频法（音频大地电磁AMT）,二、监测方法,