采用多種物探方法綜合判定巖質邊坡滑面位置研究

0 引言

我國地形復雜，山區面積廣大，加上氣候變化和人類活動的影響，滑坡災害的發生率較高，對人民生命財產安全和社會經濟發展構成了嚴重威脅。根據《2023年中國自然資源公報》顯示，2023年全國共發生滑坡、崩塌、泥石流等地質災害3668起，其中滑坡925起，占比達到 25.2%，滑坡已成為我國主要的地質災害之一[1-2]。

巖質邊坡的穩定性直接影響到周邊城市的發展和居民的居住環境，滑面（帶）作為巖質邊坡穩定性分析的關鍵因素，其準確判定對于預防和治理滑坡災害具有重要意義[3]。原有的地質調查、經驗判斷等邊坡滑面判定方法，因為存在主觀性強、精度不足等缺陷，常導致出現滑坡治理效果不佳、成本過高等問題。隨著勘察技術的發展，多種物探方法為邊坡滑面（帶）的精確判定提供了新的技術手段[4]。本文以巖質邊坡為例，采用多種物探方法進行滑面的綜合判定，以期提高巖質邊坡滑面判定的準確性和可靠性。

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場正在進行場地整平、坡腳切坡以及上部坡面防護施工，發現東側山體出現貫通裂縫等滑坡跡象，現場立即停止施工。2020年9月6日，山體貫通裂縫繼續擴大。2020年9月13日晚，坡體出現大的下滑變形，坡面裂縫數量繼續增加，坡體中間出現滑坡臺階，后緣位置出現大面積裂縫區。

整個滑坡體長約 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 ，屬于大型巖質滑坡。滑坡的發展嚴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生產，2020年10月、12月，建設單位先后分兩次進行坡腳反壓施工，并對滑體分臺階作削坡處理，但處理效果一般。

1.2滑坡區土層物理力學參數

滑坡區屬于典型的丘陵地貌，海拔高程為96＼～195m，相對高差約 99m ，總體呈現東高西地的地勢。現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。根據滑坡地質勘察報告，滑坡區出露的地層分別為白堊系下統西山頭組、上更新統坡洪積層和第四系殘破基層。滑坡區主要土層物理力學參數如表1所示。

1.3滑坡形態及結構特征

1.3.1滑坡形態特征

滑坡體整體平面形態為馬蹄形，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狀。坡腳前緣的滑坡剪出口位于95m平臺處。

1.3.2滑坡結構特征

滑體的結構組成包括第四系殘坡積土、 ④ -1流紋質晶屑凝灰巖、 ④ -2 流紋質玻屑凝灰巖、 ④ -3凝灰質長石砂巖夾粉砂巖上面段部分。 ④-3 凝灰質長石砂巖夾粉砂巖層與上面層界面處結構面貫通性較好，自身結構面較發育，初步確定滑坡體平均厚度 30～35m 。已經發生滑動的滑面（帶）位置，初步確定處于 ④ -3凝灰質長石砂巖夾粉砂巖層內。 ④-5 凝灰質長石砂巖夾粉砂巖層與④-3 凝灰質長石砂巖夾粉砂巖層的抗壓強度及結構面基本一致。

巖礦鑒定結果顯示， ④-5 層發育強烈波狀消光，有應力反應特征，該層與上下巖層的界面之間的結構面，是潛在的較深層滑面。 ④-6 微風化流紋質晶屑凝灰巖層比較穩定，該層巖體裂隙發育少量，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巖質邊坡滑面位置綜合判定

該巖質滑坡穩定性差、危害程度大，滑坡導致的潛在經濟損失較大，且滑坡形態特征及結構特征復雜，潛在滑動面及滑面深度并不明確，為后續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行綜合判定。

2.1 鉆取巖芯

滑坡地質調查階段，沿滑面滑動方向布置地質鉆孔，以便了解邊坡的地質構造、土壤類型、巖層產狀、節理發育等信息。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面位置。沿滑坡滑動方向布置一定深度的鉆孔，鉆孔剖面如圖1所示。

根據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

鉆孔攝像技術是一種現代化的孔內測量方法，通過使用特殊的攝像設備記錄下孔洞或井眼內的圖像，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，采用鉆孔攝像技術對Z11＼～Z14鉆孔進行鉆孔攝像。Z11、Z12鉆孔攝像如圖2所示。

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

2.3巖芯回彈模量抗壓強度分析

回彈儀的基本原理是用彈簧驅動重錘，重錘以恒定的動能撞擊與試樣表面垂直接觸的彈擊桿，使試樣局部發生變形并吸收一部分能量，另一部分能量轉化為重錘的反彈動能。當反彈動能全部轉化成勢能時，重錘反彈達到最大距離，儀器將重錘的最大反彈距離以回彈值的形式顯示出來。根據相關經驗公式，可將巖體的回彈值轉換成巖體的單軸抗壓強度。采用HT-M225型回彈儀，測量Z11＼～Z14鉆孔巖芯的回彈強度值。巖芯抗壓強度隨深度的變化如圖3所示。

通過抗壓強度曲線可以直觀發現，一定深度的巖芯抗壓強度值產生突降，降至0MPa或低強度。分析認為，滑面（帶）由軟弱夾層土或巖層破碎帶形成，所以抗壓強度較低。而完整巖芯的抗壓強度值均較高。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，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）在不同介質中的傳播速度的差異，來分析巖土體的性質。通過分析不同地層的剪切波速值，可以識別出潛在的滑動面。在Z11＼～Z14號鉆孔內進行單孔波速測試結果如圖4所示。

由圖4可知，根據波速測試結果，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突變。以Z13鉆孔為例，該鉆孔在27.0＼～29.0m內的波速值突降至 2000m/s 以下，與該鉆孔內其余位置的波速值出現較大的差異，可以判斷Z13鉆孔在27.0＼～29.0m范圍內的巖土不完整、出現破碎、混雜的現象，該位置為Z13鉆孔的滑面（帶）。

3巖質邊坡滑面確定

3.1綜合判定結果

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）位置進行匯總，并進行了綜合判定。不同判定方法的滑面（帶）位置判定結果如表2所示。

根據多種物探方法對滑坡滑面（帶）進行了綜合判定，結果顯示滑面（帶）位于 ④ -3凝灰質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。通過井中攝像發現，上部的凝灰質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發生過滑動。

3.2數值分析結果

為了深入了解滑坡體應力變形特征，分析滑坡穩定性，確定滑面（帶）位置，采用FLAC3D數值建模軟件對該滑坡進行模擬[6-7]。滑坡體采取實體單元， X 軸的長度為 402m ，Y軸的寬度為 50m ，模型共設計77345個單元，15163個節點。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，使用摩爾庫倫準則，忽略構造應力作用，只考慮坡體自身重力。

塑性區由有限元軟件根據坡體受力及變形分析形成，數值模擬結果顯示，坡體上出現了明顯的塑形區貫通，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坡腳開挖后邊坡形成貫通的滑動面。塑性區主要處于地層 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。塑性區延伸到坡體表層，所處位置與滑坡臺階基本吻合。

4結束語

運用多種物探方法可以有效地提高巖質邊坡滑面判定的準確性，對滑坡災害的預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場的巖質邊坡滑坡為案例，通過對滑坡形態特征及結構特征的分析，針對潛在滑動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）位置進行了綜合判定，確定了滑面（帶）深度。利用FLAC3D軟件進行數值模擬，進一步驗證了滑面（帶）的位置，數值計算結果與多種物探方法確定的滑動面一致。

參考文獻

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