測斜儀在滑坡勘察中的應用

魏義亮　陳　娟

(1.中鐵工程設計咨詢集團有限公司太原設計院，山西太原　030013；2.山西大學商務學院， 山西太原　030031)

巖體內部水平位移可以通過鉆孔測斜儀進行監測，是滑坡勘察中的基本方法之一。這種方法比較有效，可以很直觀判斷滑坡的滑動面深度、滑動方向、滑動速度以及判斷邊坡穩定性等，為滑坡的設計、治理、施工提供依據。因此，鉆孔測斜儀在滑坡勘察中具有重要的作用。

1　測斜儀測量原理

測斜儀監測系統由儀器系統和測斜導管兩部分組成。儀器系統一般由讀數顯示儀、傳感器探頭和標記有深度的承重電纜組成。測斜導管垂直埋設在需要監測滑坡位置的巖體里面(超過滑動面深度)，與巖體連成一體。導管內壁有互成90°的兩對凹槽，以便探頭的滑輪能上下滑動并起定位作用，若滑坡產生滑動，巖體會產生一定的位移，導管將隨巖體一起變形。傾斜儀監測是用傾斜儀每隔一定時間逐段測量測斜導管的斜率，從而獲得巖體內部水平位移及其隨時間變化的原位觀測方法。進行觀測時，探頭由導輪引導，用電纜垂向懸吊在測斜管內沿凹槽滑行。當探頭以一定間距在導管內逐段滑動測量時，裝在探頭內的傳感元件將每次測得的探頭與垂線的夾角轉換成電訊號，通過電纜傳輸到讀數儀。

測斜管監測原理是根據擺錘受重力影響，測定以鉛垂線為基準的傾斜弧角變化。設探頭上、下兩組導輪的距離為L，傳感元件測得的探頭與鉛垂線的夾角為θ，則相應兩測段之間的水平撓度量為L·sinθ，如果逐段測試全孔，則從孔底至孔口的總撓度量為∑L·sinθ，多次觀測，則孔口總撓度量的變化值即代表孔口的位移。由于導管與巖體結合在一起，由此測得導管的變形，也就是巖體的水平位移(見圖1)。

圖1　測斜管工作原理

2　工程實例

該滑坡位于我國西南部某縣城南側。在自然和人類活動的影響下，從2004年12月以來該滑坡開始活動，并且活動越來越強烈，造成滑坡后緣開裂，坡腳的房屋建筑嚴重變形，嚴重威脅縣城人民的生命財產安全。

2.1　工程地質條件

(1)地形地貌

該滑坡的區域地貌屬于青藏高原大渡河高山峽谷區，地形高低起伏、陡峻，相對高差很大。該滑坡后緣高程為2 086 m，滑坡前緣高程為1 885 m，滑坡表層的坡角為25°

(2)地層巖性

該滑坡的地層巖性比較單一，表層為第四系松散堆積層，下伏基巖為古生界志留系變質巖。第四系松散堆積地層厚度為24～40 m，滑坡前段和中部比較厚，后段比較薄，其主要物質為塊石夾黏砂土，塊石的主要成分為石榴石和黑云母變粒巖。塊石多為架空狀，基巖的產狀為35°∠40°。

(3)地質構造與新地質構造運動

該地區的地質構造為青藏滇緬印尼“歹”字形構造，應力比較集中，巖層受到的擠壓比較強烈。新構造運動強烈，以抬升為主。多次的整體斷塊隆起，形成高差較大，坡度較陡的地形。

(4)地下水

在第四系坡積物中，塊石具有架空、透水性強等特點，在勘察期間未發現坡積物中有地下水出露。下伏基巖為變質巖，含水微弱。

2.2　滑坡基本特征

該滑坡呈現典型的圈椅狀，根據滑坡變形的特征，我們可以把該滑坡劃分為三個區，即右側牽引區(Ⅲ)，后部左側牽引區(Ⅱ)和主滑體區(Ⅰ)三個區域。

2.3　測斜儀的布置

為了監測到滑坡的主滑動面位置、滑動方向、滑動速率，在滑坡體主剖面上兩個鉆孔中布置測斜儀進行監測，測斜儀布置見圖2。

圖2　測斜儀位置

2.4　測斜儀的監測成果分析

選取1號測斜孔(鉆孔ZK12)詳細分析測斜儀在滑坡勘察中的監測成果。鉆孔ZK12處0～36.2 m為滑坡堆積體，36.2～44.8 m為古生界志留系茂縣群第四巖組的石榴石二云母片巖。

測斜管中導管內壁互成90°的兩對凹槽，其中一對凹槽方向與滑坡坡面傾向一致(設為A方向)，另外一對凹槽方向與滑坡坡面的走向一致(設為B方向)，監測時間為2005年4月23日～2005年10月15日。

(1)滑動面的確定

從圖3看出，A向在43～29 m段，位移累加增量幾乎為零，說明該段滑坡體穩定，未發生位移。在29 m處累加位移增量出現激增，說明滑動面在距離孔口29 m處。隨著時間推移，A向累加位移量一直在增加，說明滑坡體處于緩慢滑動的狀態。29～14 m段，A向累加位移量數值基本一致，說明該段內無滑動面，作為一個整體向下滑動。在14 m處A向累加位移量出現激增，但激增的位移量不大，說明該處未形成貫通的滑動面。14～0 m段，A向累加位移量逐漸增加，說明該段作為一個整體在向下緩慢滑動，但滑動速率從滑坡表層向下逐漸遞減。

從圖4看出，除在14 m處出現B向累加位移稍有激增外，其他基本上一致，說明滑坡滑動方向在B向上累加位移增量很小，可以忽略不計。

綜上可以看出，該滑坡的滑動位置在距離孔口為29 m處，滑動方向與A向基本一致，即沿滑坡的傾向方向滑動，并且滑坡體處于不穩定狀態。

圖3　A向累加位移與孔深曲線

圖4　B向累加位移與孔深曲線

(2)滑坡體表層滑動速率和方向

從圖5可以看出，2005年4月21日～2005年8月19日，A向一直處于累加狀態，測斜孔孔口A向位移累加為80 mm。由于該滑坡進行了應急治理和綜合治理措施，2005年8月19日～2005年10月15日，滑坡滑動逐漸停止，滑坡體處于基本穩定狀態。2005年4月21日～2005年10月15日時間段，B向孔口累加位移在10 mm之內，說明該滑坡體滑動方向與A向基本一致。

圖5　孔口位移與時間曲線

從圖6可以看出，2005年4月21日～2005年7月10日，A向平均速率為2～3 mm/d。2005年7月10日～2005年10月15日，A向平均每天位移量約為零，B向平均速率約為零。再次說明測斜孔孔口滑動方向與A向基本一致。2005年4月21日～2005年7月10日，滑坡處于不穩定狀態，2005年7月10日～2005年11月7日，滑坡處于基本穩定狀態。

圖6　測斜孔孔口位移速率與時間曲線

根據A向位移量和B向位移量，可以計算出滑坡任何深度處的滑動方向。對滑坡表層的滑動方向進行分析，該測斜孔孔口滑動方向為345°～348°(如圖7所示)。

圖7　測斜孔孔口位移方向與時間曲線

3　結論

(1)1號測斜儀監測成果并結合鉆孔ZK12的地質鉆探資料，說明該滑坡的滑動面位于滑坡堆積層中，深度位于測斜孔孔口以下29 m處。

(2)該測斜孔孔口滑動方向為345°～348°。

(3)2005年4月21日～2005年7月10日，滑動速率為2～3 mm/d，說明該滑坡處于非穩定狀態。2005年7月10日～2005年10月15日，滑動速率約為零，滑坡已經處于基本穩定狀態，同時也說明經過滑坡治理，取得了明顯的成效。

測斜儀能準確判斷滑坡的滑動面位置、滑體各深度的滑動速率及滑動方向，并判斷滑坡的穩定狀態，為滑坡設計和治理提供可靠的依據。

[1]《工程地質手冊》編委會.工程地質手冊[M].北京：中國建筑工業出版社，1996：609-615

[2]張倬元，王士天，王蘭生.工程地質分析原理[M].北京：地質出版社，1994

[3]賈喜榮，礦山巖層力學.北京：煤炭工業出版社，1997：38-51

[4]鄭穎人，沈珠江，龔曉南.巖土塑性力學原理[M].上海：中國建筑工業出版社，1997

[5]錢鳴高，劉聽成.礦山壓力及其控制[M].北京：煤炭工業出版社，1991