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地電阻探測法於崩積地滑邊坡案例分析

Lapenna 等人(2003)於義大利南方的某地滑區域,以地電阻影像剖面 法(ERT)及自發電位法(SP)等兩種電學探測技術,對該地區進行地質 調查研究,並將所量測的結果與透過現有鑽孔結果、地表地質調查、航照 判識等所得該滑動體地質與地質型態資料,做相關的比較與分析。

由前期的地質調查成果指出,該崩塌地母岩屬於結構型態複雜的泥灰 岩層,上層分布不均質含砂質礫岩塊的上新世風化堆積物,而在上部的崩 積滑動體方面,則由劇烈構造活動與裂隙狀黏土質頁岩、黏土及泥岩,且 部分地區包含排列不規則的岩塊構造如泥灰岩、石灰岩等。表2- 3 為該滑 動體的各地質型態參數,圖2- 34 則是滑動區的地質型態概述,及各鑽孔相 關位置與地電阻影像法和自發電位法的佈線位置,其中地電阻共佈設了五 條測線,四條垂直於滑動體移動方向,一條則與滑動體的軸向相平行。

表2- 3 滑動體地質型態參數

圖2- 34 滑動區概況與地質及地物調查相關位置(Lapenna et. al, 2003)

施測結果以測線CC’與測線 EE’進行判識,圖 2- 35 為測線 CC’處的電 阻率剖面、自發電位結果剖面與地質型態斷面,該處深度20~30m 的電阻率 普遍低於20(Ω-m),研判為滑動區主體內部高粘土含量與高飽和度所致,

而由自發電位的正負極化區域也驗證了滑動體內部地下水流的分布情況,

此外,以電阻率剖面推斷出的滑動區主體和邊界範圍也與該處的地質型態 斷面相符。圖2- 36 為測線 EE’的電探結果,由該處的電阻率值勾勒出滑動

區的滑動面深度,比對鄰近鑽探孔位資料 S1、S2 與 S3,也與電阻率剖面 結果相吻合。

圖2- 35 測線 CC’電探剖面(上圖)、自發電位剖面(中圖)與地質型態斷

圖2- 36 測線 EE’電阻率剖面(Lapenna et. al, 2003)

2003 年於土耳其某地區新建小學校舍鄰近地滑區,在經過一場豪雨後 發生地層滑動,對該學校建物造成部分損毀。Drahor 等人(2006)於該地 滑區域利用地質鑽探以及二維地電阻影像探測技術進行相關地質調查。由 於地質鑽探只能得到零星的單點資訊,較無法完整勾勒出滑動區塊,因此 利用地電阻影像法來獲得地層下大範圍剖面資訊,以對地滑區塊型態有所 了解,而搭配鄰近鑽孔資料的結果做剖面判識的比對,有助於地電阻影像 剖面的判識。

調查區域概況與測線佈線位置如圖2- 37 所示,所採用的電極施測方式 為Wenner array,其中測線 1 與測線 2 與滑動區域軸向互相垂直,約略成南 北走向,測線 3 則為東西向,與地滑方向平行。調查的結果顯示,由於地

電阻影像法在大雨過後的隔天施測,因此所測得電阻率普遍偏低,約落在 100(Ω-m)以內。測線 1 與測線 2 的分析結果如圖 2- 38(a)與圖 2- 38

(b),地電阻剖面存在明顯的電阻率分布區塊,其中相對低電阻率區域研 判為未壓密的高含水量地層,高電阻率區塊則可能為壓密土層,而互相交 接面處推測為破碎帶所在位置;比對鄰近鑽孔結果,與地電阻影像剖互相 吻合。測線 3 由於和地滑區塊相平行,因此由其地電阻剖面結果可描繪出 滑動體的形態與分布範圍,如圖2- 38(c)所示。此外,Mahmut 等人(2006)

更將三條測線的剖面結果以立體柵狀圖的方式加以組合,如圖2- 38(d),

而測線接合處電阻率有一定的吻合程度,使滑動體的輪廓更清楚的顯示出 來。

圖2- 38 地電阻影像法各測線剖面結果(Drahor et al., 2003)

上述地電阻探測運用於崩積層的應用案例中,其施測所得到地層下大 範圍的電阻率剖面分布,常用以輔助對崩積地層工址調查的型態分析,如 崩積地層滑動界面位置、介面深度、崩積層分布範圍等等,對於電阻率所 對應的崩積地層含水特性因受到地質材料的影響,也常只是做定性的說明 與預測而已,然而地層的含水特性如飽和度、含水量等與土壤吸力之間的 變動關係常影響崩積地層的穩定性甚鉅,因此本研究期望能配合TDR 於現 地地層率定地電阻場址參數,來建立起電阻率與含水量、土壤基質吸力等

土壤參數的關係,嘗試將地電阻所得電阻率剖面更進一步轉換為含水量剖 面和土壤基質吸力剖面,以利用地電阻影像法對於崩積地層的含水特性分 佈變化有更為明確的掌握。

三、研究方法

基於前述研究動機與目的,本研究概念在嘗試利用地電阻探測法來調 查與監測崩積地層之電學性質,即利用現地所率定的場址參數,進一步對 地電阻剖面做含水特性詮釋,以推估崩積地層之含水量與土壤基質吸力分 佈。因此,首先對地電阻法運用於崩積層等較複雜地層結構分佈時的適用 性,以數值模擬進行空間解析度探討;而在研究主軸方面,主要則是以室 內的砂箱試驗,來模擬於現場結合TDR 與張力計,在現地直接率定電阻率 與土壤參數的關係。經過相關比較與驗證之後,再運用所建立的參數關係,

對地電阻法於砂箱模擬現場進行調查與監測所得電阻率剖面,延伸至地層 含水特性剖面詮釋,以推求砂箱地層的含水量與土壤吸力分布,來確立本 研究概念的可行性。本研究方法的整體流程圖如圖3- 1 所示。