淺談地質雷達與地災評估在巖質邊坡中的有關應用

單波 程東幸 樊柱軍

摘要：西藏藏中與昌都聯網工程500千伏線路工程如美段，山高坡陡，巖質邊坡的穩定性直接影響到運行的安全性，通過利用物探手段，采用地質雷達方法對塔位塔腿的探測，查明破碎層厚度，再結合地災評估中的邊坡結構特征、邊坡變形破壞模式分析，對危險塔腿給出邊坡穩定性的定性評價，并利用穩定性計算軟件給出定量評價，并給出一定的防護建議。

關鍵詞：地質雷達；地災評估；邊坡穩定性評價

前言

西藏昌都與藏中聯網工程500kV線路工程如美段，為瀾滄江跨江段，地貌為高山地貌，線路走廊位于瀾滄江右岸高山中上部陡坡地帶，地形坡度較陡，地質災害發育，坡表多見崩塌、危巖，并跨越一大型泥石流溝。塔位多位于高山中部陡坡，為巖質邊坡，植被不發育，巖體破碎，風化強烈，裂隙發育，桿塔兩側及上部發育較大規模的崩塌堆積體，危巖、松散的碎石多見于上部，塔位處時有塊石崩落，地質災害危險性大。

對于地質條件極為復雜的該區段，塔基邊坡穩定性如何，在桿塔荷載作用下，其穩定性能否滿足長期運營，需針對該工程段位，對各塔位的工程地質條件進行詳細的勘察，分析邊坡的變形破壞模式，并對各塔位邊坡穩定性進行評價。

1.本區段邊坡特征

影響邊坡工程穩定性因素有很多，具體可分為內在因素和外在因素進行分析。包括組成邊坡的巖土體類型及性質、邊坡地質構造、邊坡形態、地下水等內在因素，外部因素包括：振動作用、氣候條件、風化作用、坡體植被、人類工程活動等。

地層與巖性是決定邊坡工程地質特征的基本因素，也是研究邊坡穩定陛的重要依據，不同地層不同巖性各有其常見的變形破壞形式，本區段巖性為英安巖，整個山體大面積裸露，為巖質邊坡，而本地區區域構造比較復雜，地質構造對巖質邊坡穩定性的影響十分顯著，另外巖體中的斷層、層理、節理和片理是邊坡穩定性的控制因素，在實際調查過程中，塔位所在地層均存在多組結構面，可能會造成邊坡失穩。

本區段雖然降水較少，但是日照時間長，風化作用強烈，巖質脆硬，卸荷嚴重，巖體崩塌發育，山體多處沖溝發育，溝內多為崩坡積物。同時該段塔位由于坡度較陡，普遍保護邊坡厚度過小，且邊坡巖體卸荷松弛強烈，裂隙發育，桿塔加載后可能產生外側邊坡崩塌、滑塌進而引發塔基失穩。

開挖后，由于巖體卸載造成的應力釋放也會對坡面及巖層交界處的位移及應變產生變化，而輸電線塔的高柔特性，使其對風的影響特別敏感，當塔位運行后受到風荷載作用產生振動時，這種振動也會經由輸電線塔向基底傳遞，因此都有會基礎下邊坡的穩定性產生影響，因此對邊坡的穩定性進行評估意義重大。

2.邊坡穩定性評價應用

這里重點對區段內的8048塔位左右線進行分析闡述（L8048為左線，R8048為右線）。邊坡整體地形高陡，塔基位于條形臺階狀山脊，坡體主要為巖質邊坡，整體上陡緩相間，陡處為強風化、強卸荷巖體，緩處為平臺，發育有崩塌堆積體。8L048（舊）為前期所定塔位，由于后續勘察施工階段發現一些涉及邊坡穩定性的問題，因此對塔位進行了重新勘察評估工作，初步選取的位置見圖1。由于本區段的特殊性，本次勘察打算通過地災評估與物探手段相結合的方法開展工作。

2.1地質雷達

為了對8048這幾個初步定位的塔位的邊坡破碎情況加深了解，評價邊坡穩定性，我們首先采用物探方法，選取地質雷達手段進行了塔位的探測工作。地質雷達這一方法目前應用較為廣泛，是一種成熟的探測技術。

本次勘察，儀器采用美國GSSI公司生產的SIR20型地質雷達低頻組合天線，點測距20cm。8L048（舊）、8L048（新）、8R048各塔位采集處理剖面見圖2～圖6，探測成果見表1。根據處理解釋結果，這三個塔位塔腿位置碎石埋深從8L048（舊）到8R048逐漸變小，也與實際邊坡地形情形一致，也從而印證8L048（舊）由于破碎層厚度便大不太適宜立塔，8L048（新）、8R048破碎層厚度偏小，穩定性性對較好，位置更適宜立塔。

2.2地災評估

有了物探工作的基礎，后續地災評估工作首先從8L048（舊）塔位的穩定性定性分析開始。

a.8L048（舊）

8L048（舊）塔基位于堆積體上，堆積體厚度較大。堆積體整體結構松散，極易向臨空方向滑移形成拉裂縫，裂縫進一步發育擴展，則發生垮塌。塔基下部巖體被四組結構面所切割，使巖體呈次塊狀一碎裂結構。脆性折斷、塊體滑移、拉裂一滑移等作用均會導致局部變形破壞。

而開挖引起堆積體變形，造成樁基護壁發生明顯變形和樁基上部坍塌。樁基下部基巖存在明顯的傾倒變形，巖體上部破碎嚴重，傾坡外結構面發育，巖體碎裂化明顯，局部巖體向臨空面崩落，下部表層巖體有錯動。四條腿均處于不穩定狀態，不適宜設置塔基，需要更改塔位。將更改后的塔位稱為8L048（新）。

b.8L048（新）

8L048（新）塔基位于堆積體上，坡度較緩，據周圍地形和基巖出露情況推測該處堆積體厚度較小。而根據地質雷達探測結果顯示，堆積體厚度相對于8L048（舊）厚度也偏小，互相印證。

據堆積體前緣出露基巖所測的巖體可知，8L048（新）塔位巖體被三組結構面切割碎裂一鑲嵌結構，8L048（新）至8L048（舊）塔位之間，地形較陡、基巖出露，崩塌發育，但對邊坡整體穩定性影響較小。在卸荷作用和重力作用下，表層巖體容易發生脆性折斷，但對塔基邊坡整體穩定性影響小。塔位坡度較小，邊坡大部分覆蓋層厚度較小，塔基位于山脊上，因此8L048（新）塔基整體相對穩定，可以立塔。

由于8R048、8L048（新）、8L048（舊）塔基位于同一條形臺階狀山脊，因此穩定性息息相關，下面再對8R048塔位進行分析說明。

c.8R048

8R048塔位于邊坡上部，后緣發育有傾倒變形體，表層巖體卸荷明顯，巖體碎裂化突出，易發生巖體崩落垮塌。A、D腿均位于崩塌堆積體上，其穩定性較差，須進行防護，C腿處開挖揭露有基巖。樁身段上部可能是傾倒崩塌的塊石堆積，需做好防護。總體而言，進行適當防護后塔位邊坡整體穩定。

鑒于8L048塔位樁孔開挖時，引起堆積體的變形，導致樁基護壁發生明顯變形和樁基上部的崩塌。出于對8R048、8L048（新）塔位的安全考慮，需要對8048整個邊坡穩定性進行計算，核算其穩定性。滑面按照強卸荷帶底界假設，對剖面圖的剖分見圖7。

在對邊坡結構特征、復雜地質條件及塔基四個塔腿的現場分析的基礎上，進行邊坡和危險性較大的塔腿的定量穩定性分析。對于崩塌堆積體或碎裂巖體等似均質體，穩定性計算軟件采用加拿大GEO-SLOPE國際有限公司開發的二維有限元數值模擬軟件GEO-Studio中的邊坡穩定性分析SLOPE/W模塊中的Bishop法對邊坡穩定性進行計算。根據邊坡特征及可能出現的各種工況組合，計算主要考慮天然、暴雨、地震、荷載（單個塔位所承載的荷載約為600KN，每個塔位各塔腿所承受的荷載約為150KN，）四種情況，剖面不同工況下穩定性計算結果見下表2。

計算結果表明：在天然工況、暴雨工況、地震工況、荷載工況剖面穩定狀態良好，處于穩定狀態，整體穩定性較好。

結論

通過上述地災評估和地質雷達探測的結果，可以得出以下結論。

8L048（舊）塔位于堆積體上，且深度較大，開挖引起堆積體向前滑移變形，剪切破壞樁孔，并引起地表裂縫的產生和擴展。該處穩定性較差，不適宜設置塔基。8L048（新）塔基位于稍緩的坡體上，堆積體厚度相對較小，塔位地質條件良好，穩定性較好。8R048塔位后緣發育有傾倒變形和崩塌，表層巖體碎裂，塔基施工和運營期應注意對崩塌落石的防護，防止威脅施工人員安全。

8048邊坡整體穩定性較好，地表巖體碎裂松動，在開挖時應注意護坡，避免崩落石塊對施工人員的損害。

地災評估方法是通過野外調查分析，室內處理，定性與定量相互結合的方法，物探手段同樣也是具有采集、處理和解釋的流程，通過外業的定性判斷，室內定量分析，兩種方法相互結合驗證，能夠對邊坡穩定性評價給出更可靠的依據，為工程施工的有序開展提供有力保障。