滑坡勘查水平鉆孔在查明斷裂構(gòu)造方面的應(yīng)用研究

摘""要：麗水市是浙江省地質(zhì)災(zāi)害高易發(fā)地區(qū)，其中以滑坡災(zāi)害最為突出。為了最大程度地保障民眾人居安全，開展滑坡工程治理具有十分重要的意義。針對(duì)某安置小區(qū)存在的滑坡隱患，采用實(shí)地勘察、地質(zhì)資料分析以及物探等方法對(duì)滑坡開展研究，通過水平鉆孔查明斷裂構(gòu)造，查明了斷裂帶寬度，為致災(zāi)體邊界、規(guī)模的確定和承災(zāi)體范圍的劃定提供了依據(jù)，為滑坡失穩(wěn)治理提出有效治理方法。

關(guān)鍵詞：滑坡""地質(zhì)災(zāi)害""斷裂構(gòu)造""水平鉆孔

中圖分類號(hào)：P642.22

Application"of"Horizontal"Drilling"in"Landslide"Exploration"to"Identify"Fault"Structures

ZHENG"Chao""LE"Qingyuan

Zhejiang"Zhenan"Comprehensive"Engineering"Survey"and"Mapping"Institute"Co.，"Ltd.，"Lishui，"Zhejiang"Province，"323000"China

Abstract："Lishui"City"is"a"high-risk"area"for"geological"disasters"in"Zhejiang"Province，"with"landslides"being"the"most"prominent."In"order"to"ensure"the"safety"of"people's"livelihoods"to"the"greatest"extent"possible，"it"is"of"great"significance"to"carry"out"landslide"engineering"treatment."In"response"to"the"potential"landslide"hazards"in"a"resettlement"community，"field"investigation，"geological"data"analysis，"and"geophysical"exploration"methods"were"used"to"study"the"landslide."The"fault"structure"was"identified"through"horizontal"drilling，"and"the"width"of"the"fault"zone"was"determined."This"provided"a"basis"for"determining"the"boundaries"and"scale"of"the"disaster-causing"body"and"the"scope"of"the"disaster-bearing"body，"and"proposed"effective"treatment"methods"for"landslide"instability"control.

Key"Words："Landslide;"Geological"disaster;"Fault"structure;"Horizontal"drilling

伴隨著城鎮(zhèn)化速率進(jìn)一步加快，人口集聚區(qū)、道路等基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)項(xiàng)目存在開挖自然斜坡的情況，進(jìn)而帶來了工程建設(shè)引發(fā)滑坡、崩塌地質(zhì)災(zāi)害系列問題。從“地質(zhì)災(zāi)害除險(xiǎn)安居三年行動(dòng)”到“地質(zhì)災(zāi)害整體智治三年行動(dòng)”再到“地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)智控提能升級(jí)三年行動(dòng)”，浙江省實(shí)施了一系列消除地質(zhì)災(zāi)害隱患、降低地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)的舉措。分別開展了1∶10"000縣級(jí)農(nóng)村山區(qū)地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查評(píng)價(jià)、1∶50"000地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)普查、1∶2"000鄉(xiāng)鎮(zhèn)地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)調(diào)查評(píng)價(jià)工作，浙江省已進(jìn)入地質(zhì)災(zāi)害隱患和風(fēng)險(xiǎn)雙控的新階段。

根據(jù)以往區(qū)域地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查成果報(bào)告顯示，滑坡是浙西南山區(qū)占比最高的災(zāi)種，具有突發(fā)性和隱蔽性，小到農(nóng)戶房前屋后邊坡局部小型溜滑，大到受地形、斷裂構(gòu)造、水文地質(zhì)等孕災(zāi)地質(zhì)環(huán)境控制中型滑坡，滑坡隱患的形成和發(fā)展往往會(huì)對(duì)人民群眾生命財(cái)產(chǎn)安全構(gòu)成極大風(fēng)險(xiǎn)。因此，當(dāng)滑坡隱患形成或已經(jīng)發(fā)生失穩(wěn)滑動(dòng)后，最緊迫的任務(wù)便是通過各種技術(shù)手段查清滑坡的內(nèi)在形成機(jī)理，尤其是需要查明斷裂構(gòu)造和延伸長(zhǎng)、分布范圍廣的不利結(jié)構(gòu)面的規(guī)模特征。為此，本文結(jié)合實(shí)際滑坡勘查案例，詳細(xì)分析水平鉆孔在查明斷裂構(gòu)造方面的應(yīng)用和效果。

1""某安置小區(qū)滑坡隱患勘查

1.1""變形概況

該安置小區(qū)位于城區(qū)盆地邊緣，為地質(zhì)災(zāi)害避讓搬遷安置點(diǎn)，原始地貌為剝蝕丘陵，受地形制約，2013年小區(qū)施工建設(shè)在地塊南東側(cè)形成了長(zhǎng)206"m，高8～22"m的人工邊坡，針對(duì)不同坡段采用“重力式擋土墻+掛網(wǎng)噴漿+干砌塊石護(hù)面+截水溝”進(jìn)行防護(hù)，其中東側(cè)開挖邊坡在完成坡腳擋墻澆筑后，上部削坡段及坡頂出現(xiàn)裂縫，為避免邊坡失穩(wěn)，在原有擋墻外側(cè)加設(shè)了一道毛石砼擋墻進(jìn)行加固。安置村民于2015年入住，2019年開挖邊坡南部噴漿區(qū)域出現(xiàn)表層溜滑，方量約10"m3，造成已噴射素混凝土加固體空鼓。為保障村民安全，2020年該點(diǎn)被列為地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)防范區(qū)進(jìn)行管控，風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)高，屬次重點(diǎn)風(fēng)險(xiǎn)防范區(qū)。

2020年東部邊坡?lián)鯄Τ霈F(xiàn)縱向貫穿裂縫，受坡體變形擠壓影響，擋墻坡腳水泥路面出現(xiàn)拱起開裂，坡頂拉張裂縫造成原有截水溝斷裂、傾覆。根據(jù)近年地質(zhì)災(zāi)害大排查情況，邊坡不斷有新的變形跡象，裂縫呈現(xiàn)逐年擴(kuò)大跡象，變形速率逐年加快，存在滑坡風(fēng)險(xiǎn)，威脅安置小區(qū)住戶的生命財(cái)產(chǎn)安全，為徹底消除地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)隱患，亟須立即開展滑坡隱患勘查設(shè)計(jì)和工程治理。

1.2""滑坡隱患研究

滑坡隱患所處區(qū)域?qū)俚蜕降孛玻匦纹露?0°～35°，地形起伏大，整體表現(xiàn)為上陡下緩，并且呈突變式過渡，植被覆蓋率達(dá)90%以上；勘查區(qū)構(gòu)造發(fā)育，巖性巖相變化大，位于燕山晚期侵入巖、白堊系下統(tǒng)西山頭組火山碎屑巖和朝川組沉積巖接觸界線附近，地質(zhì)情況復(fù)雜；斜坡間南東-北西向沖溝發(fā)育，汛期匯水量受降雨影響較大，當(dāng)?shù)卮迕駷榱松钣盟憷販系涝O(shè)有多個(gè)攔水圍堰，溝內(nèi)水流大多被引流用于居民生活用水，一定程度影響了水溝自身的排水效能，加之安置小區(qū)建設(shè)開挖山體一定程度破壞了自然斜坡原有力學(xué)平衡[1]，人類工程活動(dòng)較強(qiáng)烈。

1.3""區(qū)域地質(zhì)資料分析

根據(jù)1∶50"000區(qū)域地質(zhì)資料，滑坡隱患所處人工邊坡坡頂發(fā)育一條北東向張扭性斷裂，從宏觀地貌上分析，斷裂構(gòu)造穿過區(qū)域地形上表現(xiàn)為由陡變緩，地貌上多形成鞍部。野外對(duì)斷裂進(jìn)行追索，最終在開挖邊坡面測(cè)得斷裂產(chǎn)狀299°∠73°，與區(qū)域斷裂構(gòu)造走向一致，且斷裂構(gòu)造產(chǎn)狀大角度傾向坡外。

1.4""物探

為驗(yàn)證斷裂構(gòu)造的存在，勘查期間在垂直斷裂構(gòu)造方向?qū)嵤┝烁呙芏入姺ㄆ拭妫呙芏入姺ɑ驹砼c傳統(tǒng)電阻率法相同，所以高密度電法也被稱作直流高密度電阻率法[2]。高密度電阻率反演斷面圖是高密度電法勘探主要圖件之一。本次勘查實(shí)施的物探剖面線長(zhǎng)250"m，電極間距5"m，接地效果良好，根據(jù)物探解譯，邊坡所處區(qū)域視電阻率低，推測(cè)有斷層穿過，斷層帶內(nèi)地下水富集，如圖2所示。

2""勘查水平鉆孔實(shí)施

考慮地表調(diào)查的局限性及物探解譯的不確定性，基本掌握了斷層的走向和空間分布位置，為準(zhǔn)確揭露斷裂帶位置、性狀，在坡腳擋土墻位置布置了兩個(gè)水平鉆孔[3]，鉆孔入射角與水平向下10°，確保鉆進(jìn)方向基本垂直斷層面，鉆機(jī)采用XY-100型[4]，鉆孔設(shè)計(jì)深度35"m。

2.1""水平孔鉆探情況

鉆孔揭露到斷層泥，土體韌性強(qiáng)，內(nèi)部夾構(gòu)造角礫，送水鉆進(jìn)后巖芯呈砂礫或角礫狀，斷層帶內(nèi)巖石結(jié)合程度差、高度蝕變，手掰易碎，遇水、日曬易崩解，地下水富集，鉆進(jìn)至30"m深度范圍斷裂影響趨緩，巖芯呈短柱狀，巖石蝕變程度降低，巖芯見陡傾結(jié)構(gòu)面，傾角45°～75°，結(jié)構(gòu)面充填泥沙，結(jié)合程度差。綜合確定斷裂構(gòu)造屬張扭性斷裂，走向北東，與邊坡走向一致，產(chǎn)狀299°∠73°，沿走向呈舒緩波狀，斷裂帶寬30～50"m，帶內(nèi)巖石破碎，利于地下水匯集，土體韌性高，干強(qiáng)度高，斷裂傾向坡外，對(duì)邊坡穩(wěn)定性影響大。

總體上，鉆孔完全打穿斷裂破碎帶，直觀地展示斷層帶內(nèi)巖土體性狀，準(zhǔn)確地勘測(cè)到斷層破碎帶寬度及其影響帶寬度，為滑坡的定性評(píng)價(jià)及計(jì)算模型建立提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，為滑坡的內(nèi)在機(jī)理分析提供了有力證據(jù)。

2.2""斷裂構(gòu)造對(duì)滑坡的影響分析

風(fēng)險(xiǎn)防范區(qū)巖土體發(fā)育在傾向坡外斷層的上盤，張扭性斷裂構(gòu)成滑坡后緣，致災(zāi)體依附于坡體內(nèi)正斷層伴生的次級(jí)或后期生成的順坡結(jié)構(gòu)面，地表及下盤巖體內(nèi)儲(chǔ)存的地下水透過斷層破碎帶向上盤補(bǔ)給，由于順坡緩傾斷層多由斷層泥、糜棱巖等隔水物質(zhì)組成，使上盤由后緣張性斷層補(bǔ)給而來的地下水沿順坡緩斷層帶流動(dòng)并使之軟化，產(chǎn)生變形[5-7]。風(fēng)險(xiǎn)防范區(qū)巖土體接受后緣正斷層的水力補(bǔ)給可以形成淺層潛水、中層潛水的復(fù)雜地下水類型。

2.3""基于水平孔驗(yàn)證后的滑坡穩(wěn)定性計(jì)算

根據(jù)水平鉆孔驗(yàn)證結(jié)果，地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)防范區(qū)所處邊坡在采取了“重力式擋土墻+掛網(wǎng)噴漿+截排水”的加固措施后仍出現(xiàn)變形特征的原因在于邊坡區(qū)域位于斷裂構(gòu)造帶，并且斷裂走向與邊坡走向一致，產(chǎn)狀大角度傾向坡外，與斷裂產(chǎn)狀一致的結(jié)構(gòu)面特別發(fā)育，結(jié)構(gòu)面結(jié)合程度差、力學(xué)性質(zhì)差，并且斷裂破碎帶是良好的地下水富集區(qū)域，地下水豐富，在水壓力作用下，邊坡出現(xiàn)向外擠壓造成擋土墻斷裂和坡頂截水溝損毀。根據(jù)《滑坡防治工程勘查規(guī)范》（GT/32864—2016），滑坡穩(wěn)定狀態(tài)分級(jí)表：穩(wěn)定系數(shù)F≥1.15為穩(wěn)定，1.15＞F≥1.05為基本穩(wěn)定，1.05＞F≥1.00為欠穩(wěn)定，F(xiàn)＜1.0為不穩(wěn)定。針對(duì)圓弧形滑動(dòng)面滑坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)和推力計(jì)算公式推薦采用畢肖普法（Bishop法）。經(jīng)計(jì)算，主勘探線天然工況和飽和工況下穩(wěn)定系數(shù)分別為0.989和0.984，屬不穩(wěn)定狀態(tài)。與現(xiàn)狀邊坡多處變形開裂的實(shí)際情況相符，存在進(jìn)一步滑動(dòng)的可能，破壞形式為邊坡沿外傾結(jié)構(gòu)面發(fā)生淺層滑動(dòng)破壞，后緣寬30"m，前緣寬40"m，平均寬35"m，斜長(zhǎng)30"m，平均厚度為8"m，隱患體方量為8"400"m3，根據(jù)擋墻前緣部分區(qū)域隆起現(xiàn)象可以判斷剪出口位于擋墻墻踵位置，隱患規(guī)模屬小型。

3"水平鉆孔的優(yōu)勢(shì)

相較于傳統(tǒng)的豎直勘查鉆孔，由于鉆孔間距較大，往往會(huì)出現(xiàn)斷層面位于兩個(gè)鉆孔之間的情況，地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生區(qū)域通常存在松散覆蓋層厚度大的地質(zhì)特征，因此采用槽探無法揭露斷裂邊界；考慮物探解譯的不確定性等因素，此時(shí)準(zhǔn)確地判斷斷裂帶邊界難度很大。通過水平鉆孔鉆可盡可能使鉆孔垂直斷面產(chǎn)狀鉆進(jìn)，有效揭露斷裂構(gòu)造帶寬度，通過控制巖芯采取率既能夠直觀反映斷裂帶上下盤巖石特征，也能夠直觀反映從斷層破碎帶到影響帶的過渡情況，是準(zhǔn)確判定斷裂帶寬度的最直接手段。

4""結(jié)語

本次勘查采用水平鉆孔查明了斷裂帶寬度，為風(fēng)險(xiǎn)防范區(qū)的變形破壞機(jī)理分析提供了扎實(shí)依據(jù)，為致災(zāi)體邊界、規(guī)模的確定和承災(zāi)體范圍的劃定提供了依據(jù)，切實(shí)有效指導(dǎo)屬地政府進(jìn)行受威脅人員管控、撤離提供了有力技術(shù)支撐。基于“風(fēng)險(xiǎn)防范區(qū)失穩(wěn)受斷裂構(gòu)造影響和控制”的勘查結(jié)論，后續(xù)采用治理設(shè)計(jì)采取了“擋土墻錨索加固+上部臺(tái)階坡面修整+格構(gòu)錨桿（索）+仰斜式排水管+截排水”的綜合治理措施，治理效果顯著，變形已得到有效控制，風(fēng)險(xiǎn)防范區(qū)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，有效消除了地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)隱患，保障了人民群眾生命財(cái)產(chǎn)安全，是水平鉆孔在查明斷裂構(gòu)造方面的又一成功案例。

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