采用多種物探方法綜合判定巖質(zhì)邊坡滑面位置研究

0 引言

我國地形復(fù)雜，山區(qū)面積廣大，加上氣候變化和人類活動(dòng)的影響，滑坡災(zāi)害的發(fā)生率較高，對人民生命財(cái)產(chǎn)安全和社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展構(gòu)成了嚴(yán)重威脅。根據(jù)《2023年中國自然資源公報(bào)》顯示，2023年全國共發(fā)生滑坡、崩塌、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害3668起，其中滑坡925起，占比達(dá)到 25.2%，滑坡已成為我國主要的地質(zhì)災(zāi)害之一[1-2]。

巖質(zhì)邊坡的穩(wěn)定性直接影響到周邊城市的發(fā)展和居民的居住環(huán)境，滑面（帶）作為巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性分析的關(guān)鍵因素，其準(zhǔn)確判定對于預(yù)防和治理滑坡災(zāi)害具有重要意義[3]。原有的地質(zhì)調(diào)查、經(jīng)驗(yàn)判斷等邊坡滑面判定方法，因?yàn)榇嬖谥饔^性強(qiáng)、精度不足等缺陷，常導(dǎo)致出現(xiàn)滑坡治理效果不佳、成本過高等問題。隨著勘察技術(shù)的發(fā)展，多種物探方法為邊坡滑面（帶）的精確判定提供了新的技術(shù)手段[4]。本文以巖質(zhì)邊坡為例，采用多種物探方法進(jìn)行滑面的綜合判定，以期提高巖質(zhì)邊坡滑面判定的準(zhǔn)確性和可靠性。

1滑坡案例

1.1滑坡概況

2020年6月份，浙江省某市垃圾焚燒廠施工現(xiàn)場正在進(jìn)行場地整平、坡腳切坡以及上部坡面防護(hù)施工，發(fā)現(xiàn)東側(cè)山體出現(xiàn)貫通裂縫等滑坡跡象，現(xiàn)場立即停止施工。2020年9月6日，山體貫通裂縫繼續(xù)擴(kuò)大。2020年9月13日晚，坡體出現(xiàn)大的下滑變形，坡面裂縫數(shù)量繼續(xù)增加，坡體中間出現(xiàn)滑坡臺階，后緣位置出現(xiàn)大面積裂縫區(qū)。

整個(gè)滑坡體長約 180m ，前緣寬度 270m ，后緣寬度240m ，面積約5萬 m² ，主滑方向約正西，滑體體積約120萬 m³ ，屬于大型巖質(zhì)滑坡。滑坡的發(fā)展嚴(yán)重威脅到坡腳處垃圾焚燒廠的施工、周邊居民生活以及工業(yè)生產(chǎn)，2020年10月、12月，建設(shè)單位先后分兩次進(jìn)行坡腳反壓施工，并對滑體分臺階作削坡處理，但處理效果一般。

1.2滑坡區(qū)土層物理力學(xué)參數(shù)

滑坡區(qū)屬于典型的丘陵地貌，海拔高程為96＼～195m，相對高差約 99m ，總體呈現(xiàn)東高西地的地勢?，F(xiàn)狀山體自然地形坡度為 25～35^° ，上緩下陡。坡體上植被茂盛，以灌木為主。根據(jù)滑坡地質(zhì)勘察報(bào)告，滑坡區(qū)出露的地層分別為白堊系下統(tǒng)西山頭組、上更新統(tǒng)坡洪積層和第四系殘破基層。滑坡區(qū)主要土層物理力學(xué)參數(shù)如表1所示。

1.3滑坡形態(tài)及結(jié)構(gòu)特征

1.3.1滑坡形態(tài)特征

滑坡體整體平面形態(tài)為馬蹄形，主滑方向總體向西，前緣坡面裂縫主要有2條，滑坡臺階呈弧狀，總體走向290^° ，長度大于 50.0m ，高度 3～9m 不等，大部分高度大于 5.0m ，后壁傾角約為 70^°"。滑坡臺階坡腳自然斜坡下沉，形成寬度約15.0m的平臺，平臺上的灌木呈傾倒?fàn)?。坡腳前緣的滑坡剪出口位于95m平臺處。

1.3.2滑坡結(jié)構(gòu)特征

滑體的結(jié)構(gòu)組成包括第四系殘坡積土、 ④ -1流紋質(zhì)晶屑凝灰?guī)r、 ④ -2 流紋質(zhì)玻屑凝灰?guī)r、 ④ -3凝灰質(zhì)長石砂巖夾粉砂巖上面段部分。 ④-3 凝灰質(zhì)長石砂巖夾粉砂巖層與上面層界面處結(jié)構(gòu)面貫通性較好，自身結(jié)構(gòu)面較發(fā)育，初步確定滑坡體平均厚度 30～35m 。已經(jīng)發(fā)生滑動(dòng)的滑面（帶）位置，初步確定處于 ④ -3凝灰質(zhì)長石砂巖夾粉砂巖層內(nèi)。 ④-5 凝灰質(zhì)長石砂巖夾粉砂巖層與④-3 凝灰質(zhì)長石砂巖夾粉砂巖層的抗壓強(qiáng)度及結(jié)構(gòu)面基本一致。

巖礦鑒定結(jié)果顯示， ④-5 層發(fā)育強(qiáng)烈波狀消光，有應(yīng)力反應(yīng)特征，該層與上下巖層的界面之間的結(jié)構(gòu)面，是潛在的較深層滑面。 ④-6 微風(fēng)化流紋質(zhì)晶屑凝灰?guī)r層比較穩(wěn)定，該層巖體裂隙發(fā)育少量，巖芯呈長柱狀，是巖體較完整的較硬巖，可作為錨固措施的錨固段。

2巖質(zhì)邊坡滑面位置綜合判定

該巖質(zhì)滑坡穩(wěn)定性差、危害程度大，滑坡導(dǎo)致的潛在經(jīng)濟(jì)損失較大，且滑坡形態(tài)特征及結(jié)構(gòu)特征復(fù)雜，潛在滑動(dòng)面及滑面深度并不明確，為后續(xù)的治理工作帶來較大的難度，因此須采用多種物探方法對滑面進(jìn)行綜合判定。

2.1 鉆取巖芯

滑坡地質(zhì)調(diào)查階段，沿滑面滑動(dòng)方向布置地質(zhì)鉆孔，以便了解邊坡的地質(zhì)構(gòu)造、土壤類型、巖層產(chǎn)狀、節(jié)理發(fā)育等信息。鉆取的巖芯可以顯示巖層界面的位置和特性，以及是否存在軟弱層或破碎帶，有助于初步判斷可能的滑動(dòng)面位置。沿滑坡滑動(dòng)方向布置一定深度的鉆孔，鉆孔剖面如圖1所示。

根據(jù)Z11、Z12、Z13、Z14各孔的巖芯特征和巖芯破碎位置，初步判定滑面（帶）位置的深度分別為 25.1m? 32.0m、30.0m及31.3m。

2.2鉆孔攝像

鉆孔攝像技術(shù)是一種現(xiàn)代化的孔內(nèi)測量方法，通過使用特殊的攝像設(shè)備記錄下孔洞或井眼內(nèi)的圖像，不僅可以測量孔洞深度，還可以提供孔壁的巖性、裂隙、破碎等情況，進(jìn)而分析滑坡滑面的位置[5]。在該滑坡治理過程中，采用鉆孔攝像技術(shù)對Z11＼～Z14鉆孔進(jìn)行鉆孔攝像。Z11、Z12鉆孔攝像如圖2所示。

根據(jù)以上攝像資料可知，Z11鉆孔在19.8＼～24.4m范圍內(nèi)巖土出現(xiàn)顯著破碎，巖層間的擠壓明顯，局部出現(xiàn)空洞現(xiàn)象；Z12鉆孔在 25.9～30.2m 范圍內(nèi)存在明顯的褶皺形態(tài)，巖體的顏色與成分混雜。這兩個(gè)鉆孔均屬于典型的滑坡滑面特征。根據(jù)鉆孔攝像技術(shù)，確定Z11＼～Z14號孔滑面（帶）位置最低點(diǎn)深度分別為24.4m、30.2m、30.6m及31.1m，鉆孔攝像技術(shù)的滑面識別結(jié)果與鉆取的巖芯特征分析結(jié)果相近。

2.3巖芯回彈模量抗壓強(qiáng)度分析

回彈儀的基本原理是用彈簧驅(qū)動(dòng)重錘，重錘以恒定的動(dòng)能撞擊與試樣表面垂直接觸的彈擊桿，使試樣局部發(fā)生變形并吸收一部分能量，另一部分能量轉(zhuǎn)化為重錘的反彈動(dòng)能。當(dāng)反彈動(dòng)能全部轉(zhuǎn)化成勢能時(shí)，重錘反彈達(dá)到最大距離，儀器將重錘的最大反彈距離以回彈值的形式顯示出來。根據(jù)相關(guān)經(jīng)驗(yàn)公式，可將巖體的回彈值轉(zhuǎn)換成巖體的單軸抗壓強(qiáng)度。采用HT-M225型回彈儀，測量Z11＼～Z14鉆孔巖芯的回彈強(qiáng)度值。巖芯抗壓強(qiáng)度隨深度的變化如圖3所示。

通過抗壓強(qiáng)度曲線可以直觀發(fā)現(xiàn)，一定深度的巖芯抗壓強(qiáng)度值產(chǎn)生突降，降至0MPa或低強(qiáng)度。分析認(rèn)為，滑面（帶）由軟弱夾層土或巖層破碎帶形成，所以抗壓強(qiáng)度較低。而完整巖芯的抗壓強(qiáng)度值均較高。綜合圖1和圖2，Z11＼～Z14各孔滑面（帶）位置的孔深分別為24.4m、31.6m、28.8m、30.5m。

2.4波速測試與分析

波速測試時(shí)，利用體波（縱波P波和橫波S波）和面波（瑞利波R波和勒夫波L波）在不同介質(zhì)中的傳播速度的差異，來分析巖土體的性質(zhì)。通過分析不同地層的剪切波速值，可以識別出潛在的滑動(dòng)面。在Z11＼～Z14號鉆孔內(nèi)進(jìn)行單孔波速測試結(jié)果如圖4所示。

由圖4可知，根據(jù)波速測試結(jié)果，Z11＼～Z14號鉆孔滑面（帶）的位置深度分別為 24.0m 、31.0m、29.0m及30.0m ，巖土波速均在該位置出現(xiàn)突變。以Z13鉆孔為例，該鉆孔在27.0＼～29.0m內(nèi)的波速值突降至 2000m/s 以下，與該鉆孔內(nèi)其余位置的波速值出現(xiàn)較大的差異，可以判斷Z13鉆孔在27.0＼～29.0m范圍內(nèi)的巖土不完整、出現(xiàn)破碎、混雜的現(xiàn)象，該位置為Z13鉆孔的滑面（帶）。

3巖質(zhì)邊坡滑面確定

3.1綜合判定結(jié)果

通過鉆取巖芯、鉆孔攝像、巖芯回彈模量及波速測試與分析等4種方法所判定的滑面（帶）位置進(jìn)行匯總，并進(jìn)行了綜合判定。不同判定方法的滑面（帶）位置判定結(jié)果如表2所示。

根據(jù)多種物探方法對滑坡滑面（帶）進(jìn)行了綜合判定，結(jié)果顯示滑面（帶）位于 ④ -3凝灰質(zhì)長石砂巖夾粉砂巖層。該砂巖順層狀分布明顯，層理間距較小，鉆探巖芯普遍較破碎。通過井中攝像發(fā)現(xiàn)，上部的凝灰質(zhì)砂巖層中多見孔洞特征，鉆孔巖芯回彈模量在該層滑面（帶）處接近于0，綜合判定為在該處已經(jīng)發(fā)生過滑動(dòng)。

3.2數(shù)值分析結(jié)果

為了深入了解滑坡體應(yīng)力變形特征，分析滑坡穩(wěn)定性，確定滑面（帶）位置，采用FLAC3D數(shù)值建模軟件對該滑坡進(jìn)行模擬[6-7]?；麦w采取實(shí)體單元， X 軸的長度為 402m ，Y軸的寬度為 50m ，模型共設(shè)計(jì)77345個(gè)單元，15163個(gè)節(jié)點(diǎn)。模型坡面為自由表面，四周及底面采用法向約束，滑坡體基巖采用彈塑性模型，使用摩爾庫倫準(zhǔn)則，忽略構(gòu)造應(yīng)力作用，只考慮坡體自身重力。

塑性區(qū)由有限元軟件根據(jù)坡體受力及變形分析形成，數(shù)值模擬結(jié)果顯示，坡體上出現(xiàn)了明顯的塑形區(qū)貫通，由有緣延伸至坡腳高程 105m 處，說明該垃圾焚燒廠場地整平時(shí)坡腳開挖后邊坡形成貫通的滑動(dòng)面。塑性區(qū)主要處于地層 ④ -3與滑坡后緣的坡體上，與鉆孔揭示的深層滑面位置基本一致。塑性區(qū)延伸到坡體表層，所處位置與滑坡臺階基本吻合。

4結(jié)束語

運(yùn)用多種物探方法可以有效地提高巖質(zhì)邊坡滑面判定的準(zhǔn)確性，對滑坡災(zāi)害的預(yù)防和治理具有重要意義。本文以浙江某市垃圾焚燒廠施工現(xiàn)場的巖質(zhì)邊坡滑坡為案例，通過對滑坡形態(tài)特征及結(jié)構(gòu)特征的分析，針對潛在滑動(dòng)面及滑面深度不明確的問題，采用鉆取巖芯、鉆孔攝像、巖芯回彈模量和波速測試與分析等4種物探方法對滑面（帶）位置進(jìn)行了綜合判定，確定了滑面（帶）深度。利用FLAC3D軟件進(jìn)行數(shù)值模擬，進(jìn)一步驗(yàn)證了滑面（帶）的位置，數(shù)值計(jì)算結(jié)果與多種物探方法確定的滑動(dòng)面一致。

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