邊坡勘察技術(shù)在水利工程中的應(yīng)用

馬玉川

(廣西玉林水利電力勘測設(shè)計研究院，廣西 玉林 537000)

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邊坡勘察技術(shù)在水利工程中的應(yīng)用

馬玉川

(廣西玉林水利電力勘測設(shè)計研究院，廣西 玉林 537000)

眾所周知,水利工程直接關(guān)系到國計民生的各個方面,在水利工程中,邊坡勘察的重點主要是為了弄清邊坡的巖土參數(shù)以及工程地質(zhì)條件,進(jìn)而對邊坡穩(wěn)定性作出分析,同時制定工程治理措施。文章對邊坡勘察的主要目的進(jìn)行分析,并研究了邊坡勘察的相關(guān)方法,同時分析了邊坡常見地質(zhì)災(zāi)害,并作出穩(wěn)定性分析評價,進(jìn)而提出邊坡治理相關(guān)工程措施,為水利工程建設(shè)提供參考。

水利工程;邊坡勘察;邊坡穩(wěn)定性；地質(zhì)災(zāi)害分析；工程措施

在水利工程施工過程當(dāng)中,地質(zhì)勘察工作具有十分重要的意義。由于在地質(zhì)勘察過程中，山區(qū)地形與地質(zhì)條件相對復(fù)雜，若將山區(qū)作為興修水利工程的選址，則要充分考慮地質(zhì)條件尤其是山區(qū)的邊坡部分，對整個水利工程的影響與制約。

1　邊坡勘察技術(shù)的主要目的

在邊坡勘察工作當(dāng)中,邊坡勘察技術(shù)的主要目的是相對精確地確定相關(guān)地段的巖石參數(shù)及邊坡相關(guān)工程的地質(zhì)條件,進(jìn)而可以相對順利地對邊坡穩(wěn)定性的進(jìn)行研究分析,這樣才可以制定出科學(xué)可行的工程處理方法及策略。邊坡的穩(wěn)定性優(yōu)良與邊坡的坡體結(jié)構(gòu)及外部影響因素息息相關(guān)。由于邊坡屬于較為單一的巖土類型，它的相關(guān)穩(wěn)定性與整個巖土體抗剪程度和臨空面的坡度高低息息相關(guān)。然而邊坡與硬質(zhì)巖體皆呈結(jié)構(gòu)面發(fā)育，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)面形態(tài)與抗剪強度共同作用于邊坡的整體強度。比較松軟的巖體,風(fēng)化較為嚴(yán)重的巖體,或者已經(jīng)破碎的均質(zhì)巖體群,它們的整體強度與均質(zhì)與松散土體極為相似[1-3]。

邊坡隨著巖土體的成分不同也形態(tài)各異。巖土體結(jié)構(gòu)面的強度、形態(tài)和邊坡坡面的組合關(guān)系決定了邊坡的穩(wěn)定性。應(yīng)用邊坡勘察技術(shù)進(jìn)行勘察重點工作,其實是運用一些合理有效的的勘察方式方法,查明白邊坡的坡體結(jié)構(gòu)、相關(guān)的巖土參數(shù)以及它在周圍的外部環(huán)境的作用或者影響下有什么樣的變化,其中最關(guān)鍵的是查明最終能夠決定坡體穩(wěn)性的軟弱層或者優(yōu)勢結(jié)構(gòu)面以及影響它們的因素。應(yīng)研究或者分析這些因素綜合作用下邊坡工程可能出現(xiàn)的變形破壞現(xiàn)象,尤其是降雨和地下水滲透對整個巖土工程的不良影響。

在山區(qū)開展比較大型的水利工程建設(shè),由于受到當(dāng)?shù)氐牡刭|(zhì)條件或者地質(zhì)環(huán)境的限制和影響,會嚴(yán)重干擾我們的建設(shè)。但是由于邊坡是山區(qū)地質(zhì)極為重要的構(gòu)成部分,因此要求我們對邊坡的相關(guān)地質(zhì)研究給予高度重視。隨著我國水利工程建設(shè)不斷研發(fā)和引進(jìn)新型技術(shù)和設(shè)備，山區(qū)大型水利工程也逐漸增多[4]。相關(guān)工作人員以及研究學(xué)者對很多水利工程的實際經(jīng)驗教訓(xùn)進(jìn)行了總結(jié)分析,并由此得出,水利工程整體建設(shè)過程中最重要的環(huán)節(jié)是對山體的邊坡進(jìn)行地質(zhì)勘察。

2　邊坡勘察技術(shù)相關(guān)方法

為了能夠調(diào)查清楚山區(qū)邊坡坡體結(jié)構(gòu)的空間形態(tài),在選擇斜坡勘察方案和相關(guān)操作方法過程中，為了達(dá)到邊坡勘察的目的，必須保證全方位點、線、面及空間層面的立體分析需求。根據(jù)工程運行的經(jīng)驗來分析，最直觀反映方位關(guān)系的具體方案即地面勘察與測繪。借助于地面調(diào)查與測繪，在實際勘察過程中應(yīng)地面露頭條件良好的基本情況作初步的整體判斷。然后再運用勘察的技術(shù)加以佐證并進(jìn)行補充,完成勘察的總目的。若調(diào)查出地面露頭的不利因素，則須運用槽探和坑探來進(jìn)行深度勘探。根據(jù)實際經(jīng)驗分析，若想獲取巖土體物理力學(xué)參數(shù)，需要工程經(jīng)驗的確定和相關(guān)反算，同時還需通過室內(nèi)試驗與相關(guān)現(xiàn)場原位測驗，進(jìn)而得到較為準(zhǔn)確的參數(shù)值結(jié)果。

2.1室內(nèi)試驗

根據(jù)現(xiàn)階段抗剪強度的室內(nèi)試驗發(fā)展情況來看，大致分為兩類：直剪試驗與三軸試驗。二者各有優(yōu)劣。前者操作簡單方便,過程相對簡練，但是試驗過程與實際情況存在較大差異，準(zhǔn)確度相對較低。后者準(zhǔn)確模擬了巖土的實際受力條件，但是操作程序相對繁冗。總之，二者皆具有一定的局限性，在實際應(yīng)用過程中只能作為參考性試驗結(jié)果。

2.2現(xiàn)場原位測試

現(xiàn)階段我國的現(xiàn)場原位測試主要采用原位剪切試驗，選取的試驗點須與坡體受力情況相符。根據(jù)實際經(jīng)驗來分析，無論選取何種勘察方法，必須要結(jié)合坡體實際情況，勘察坡體在不同狀態(tài)與不同含水量下的抗剪強度指標(biāo)，并根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，有針對性的對不利工程情況進(jìn)行穩(wěn)定性分析。根據(jù)工程經(jīng)驗與相關(guān)統(tǒng)計數(shù)據(jù)與資料來看，大型邊坡還必須通過巖體應(yīng)力測試、空隙水壓力測試、動力測試和模型試驗等一系列測試。而模擬相似重力條件成為模型試驗過程中的難點[5-7]。

3　邊坡地質(zhì)災(zāi)害分析

3.1山體滑坡成因及預(yù)防措施

山體滑坡是水利工程在進(jìn)行地質(zhì)勘察過程中必須首先考慮的重大地質(zhì)災(zāi)害。山體滑坡具有時間短、破壞性大等特點。它能再極短的時間內(nèi)掩埋房屋，破壞甚至摧毀工廠和礦場，在相關(guān)路段發(fā)生山體緩坡則會導(dǎo)致交通受阻，中斷人員及物質(zhì)運輸，同時污染物會堵塞江河形成堰塞湖，嚴(yán)重破壞江河、農(nóng)田等。不但使人民群眾遭受巨大的生命財產(chǎn)損失，也會嚴(yán)重打擊國家經(jīng)濟建設(shè)的長足發(fā)展。山體滑坡多發(fā)生與雨季和冰雪消融的時區(qū)，常見于山谷坡地，各類露天采礦場所，水庫壩址，渠道等場所。造成山體滑坡的具體原因也很多，主要表現(xiàn)為建筑施工過程中濫挖、礦場開發(fā)濫采、公路不合理施工、大規(guī)模強降水、山體斷裂、冰雪消融、地震等等。滑坡會導(dǎo)致斜坡體前面出現(xiàn)滑動空間，兩側(cè)出現(xiàn)切割面等等。例如，我國西南地區(qū)主要為丘陵地貌，山體繁多，山勢險要。在西南地區(qū)溝谷河流眾多，多貫穿于山體之間，切割山體，導(dǎo)致斜坡體和切割面具有滑動空間，從地質(zhì)條件來看，極大地推動該地區(qū)山體滑坡現(xiàn)象屢有發(fā)生。

大規(guī)模的強降雨是山體滑坡的主要破壞因素。大規(guī)模的強降水導(dǎo)致雨水不斷向山體內(nèi)部滲透，斜坡體的土石層在雨水的的沖刷和滲透下達(dá)到飽和點，導(dǎo)致山體的重量不斷增加，土石層逐漸松動，抗剪強度逐漸下降，當(dāng)?shù)竭_(dá)一定程度就會形成滑坡。而地震對滑坡也會造成極大的破壞性推動力，究其根本，地震的強烈作用會導(dǎo)致土石方的內(nèi)部結(jié)構(gòu)受到破壞，發(fā)生斷裂，抗剪強度下降，也極大地增加了滑坡災(zāi)害的發(fā)生幾率。要想有效地防止山體滑坡災(zāi)害，就必須有針對性地進(jìn)行山體滑坡防治，對癥下藥，綜合治理。

3.2泥石流成因及預(yù)防措施

泥石流多發(fā)于山區(qū)的雨季，作為一種常見的山區(qū)地質(zhì)災(zāi)害，它呈斷裂分布，伴隨著強烈的新構(gòu)造運動。泥石流多發(fā)于地震頻繁、水土流失嚴(yán)重的山區(qū)。當(dāng)山區(qū)經(jīng)歷數(shù)年干旱后強降雨，積雪大面積融化時，泥石流的發(fā)生率就會提升。它與洪水相伴而生，大水沖擊泥沙和石塊，呈爆發(fā)之勢，形成嚴(yán)重的地質(zhì)災(zāi)害。

泥石流的主要防治措施主要表現(xiàn)為：①植樹造林，在泥石流頻發(fā)的地區(qū)進(jìn)行植被建設(shè)，增加土壤的抗剪程度，緩解水土流失，進(jìn)而減少泥石流的發(fā)生頻率；②修建防洪堤壩，人為調(diào)控地表的水流，穩(wěn)定地表水流；③修建防排洪道，保證水流的排泄通暢性。

3.3山體崩塌成因及防治措施

崩塌災(zāi)害多發(fā)于邊坡，來勢兇猛，對水利工程造成毀滅性的損害，同時對交通干線進(jìn)行破壞，導(dǎo)致交通不便。山體崩塌會導(dǎo)致堆積物堰塞河道，上升的水位會毀壞路基。巖石構(gòu)造的水利工程會造成山體崩塌，同時不合理的工程活動，以及濫采濫挖也會大致邊坡崩塌。同時一些爆破工程若未能嚴(yán)格按照程序，不當(dāng)?shù)谋疲矔?dǎo)致邊坡崩塌。在水利工程的設(shè)計和施工過程中，都要嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行施工,在具體的開采和挖掘過程中必須嚴(yán)格按標(biāo)準(zhǔn)和程序執(zhí)行，保持山體的平衡，才能減輕崩塌發(fā)生的可能性。針對松散的巖體與構(gòu)造不完整的地段，必須禁止大爆破施工，減少技術(shù)錯誤，避免出現(xiàn)崩塌。當(dāng)前,我國在這面已經(jīng)有了豐富的經(jīng)驗,可以利用攔截、支擋、護(hù)墻、護(hù)坡這四種方式進(jìn)行預(yù)防。

4　邊坡的穩(wěn)定性分析

進(jìn)行邊坡穩(wěn)定性分析的前提條件是斜坡勘察所得到的數(shù)據(jù)和相關(guān)資料,穩(wěn)定分析包括定性和定量分析兩部分。若定性分析與定量分析的結(jié)果不同,就應(yīng)該用檢驗計算的方法來檢測誤差,并且重新進(jìn)行計算。

4.1邊坡穩(wěn)定性的定性分析

邊坡穩(wěn)定性的定性分析歸因于此類分析綜合考量其穩(wěn)定性的影響因素，以最快速率判斷邊坡穩(wěn)定性以及將來的發(fā)展趨勢。水利工程中在分析滑動和穩(wěn)定之間的關(guān)系時會結(jié)合邊坡的自然環(huán)境和影響因素,對邊坡的穩(wěn)定性進(jìn)行程度分析，即工程地質(zhì)分析法。這也是進(jìn)行穩(wěn)定性定性分析的基礎(chǔ)。在這種情況下,邊坡的不穩(wěn)定形成于不良地質(zhì)基礎(chǔ)上,發(fā)育初期會有地貌特征表現(xiàn)出來。所以在進(jìn)行邊坡穩(wěn)定性的定性分析時,就要綜合考慮邊坡的底層、巖石屬性、地質(zhì)結(jié)構(gòu)、水文條件等參數(shù),并對周圍穩(wěn)定性較強的邊坡進(jìn)行對分析比對,此外,還可以把這些參數(shù)與類似地質(zhì)條件的穩(wěn)定邊坡以及不穩(wěn)定邊坡進(jìn)行對比,由此正確判斷該邊坡的穩(wěn)定性。邊坡的穩(wěn)定性比較多變,如地殼變化、斜坡的負(fù)荷過重、風(fēng)化等因素都增加邊坡的下滑力,大大降低邊坡的穩(wěn)定性。

對于這種現(xiàn)象,在進(jìn)行工程地質(zhì)的勘察時,只要選用合適的勘察方法就能夠分清楚導(dǎo)致邊坡穩(wěn)定性發(fā)生變化的主要因素和次要因素,有效地預(yù)測影響因素的發(fā)展態(tài)勢，就能對邊坡的穩(wěn)定性進(jìn)行可靠的定性分析。另一種對邊坡的穩(wěn)定性進(jìn)行定性分析的具體方法,即對邊坡的滑動現(xiàn)象和發(fā)展方向進(jìn)行分析。滑坡現(xiàn)象在不同的階段會有不同的變化現(xiàn)象,一旦掌握了它們的變化規(guī)律,就能夠明確當(dāng)前滑坡的階段以及預(yù)測將來的發(fā)展趨勢。

4.2邊坡穩(wěn)定性的定量分析

只有對邊坡穩(wěn)定性的定性分析完成,才能開始進(jìn)行對它的定量分析。在進(jìn)行定量分析時,必須要參考邊坡的地質(zhì)剖面參數(shù),對邊坡的穩(wěn)定性做出評價是建立在靜力平衡理論的基礎(chǔ)上,由此可以得出相對應(yīng)的穩(wěn)定系數(shù)。這中方法叫做傳遞系數(shù)法,這也是現(xiàn)在水利工程建設(shè)中使用非常普遍的一種定量方法。

5　邊坡處理的工程措施

在掌握影響邊坡穩(wěn)定性的因素之后,了解到提高邊坡的穩(wěn)定性需要運用合適的工程措施,防止由于邊坡下滑而使工程建設(shè)受影響的方法就叫做邊坡處理的工程措施。這些措施主要包括將邊坡的負(fù)重減輕,阻斷地表降雨和地下水以及支擋加固這3種方式。在制定有關(guān)的處理方法之前,應(yīng)該先找出導(dǎo)致邊坡失穩(wěn)下滑的主要原因并進(jìn)行討論分析,然后再確定變形的范圍、類型以及程度,最后再來選擇最恰當(dāng)?shù)姆绞竭M(jìn)行處理。巖體和土體的參數(shù)變化、地下水的變化等這些都是影響邊坡穩(wěn)定性的不確定因素,通過分析這些不斷變化的因,就可以追溯到影響邊坡穩(wěn)定性的最根本的原因,這也可以作為今后邊坡處理的工程措施的參考方法。

6　結(jié)　語

綜上所述,在水利工程施工中,邊坡勘察技術(shù)十分關(guān)鍵。這就要求勘察人員不斷提升自身技術(shù)水平,進(jìn)一步加強施工管理,嚴(yán)格按照規(guī)程規(guī)范進(jìn)行施工,及時查缺補漏,同時優(yōu)化施工工藝,進(jìn)而提升邊坡勘察質(zhì)量,為水利事業(yè)的發(fā)展不懈努力。

[1]朱祖友．淺談斜坡勘察技術(shù)在水利工程中的運用[J]．廣東科技，2011(18)：12-18.

[2]馬趙琴．探討水利工程地質(zhì)勘察中的斜坡勘察[J]．中平民居，2011(08)：26-32．

[3]沈合軍．水利工程的建設(shè)與管理探究[J]．科技資訊，2011(20)：44-49，37.

[4]王興本,倪福全.邊坡工程地質(zhì)問題的灰色關(guān)聯(lián)分析法[J].東北水利水電,1998(12)：33-34.

[5]劉森.關(guān)于邊坡工程地址計算機輔助制圖的幾點想法[J].電力勘測,1994(01)：27-29.

[6]李鳳明.地質(zhì)災(zāi)害及工程治理實踐[J].科學(xué)技術(shù),2001(03)：112-113.

[7]孔憲立,石振明.工程地質(zhì)學(xué)[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2001：56-67.

1007-7596(2016)05-0132-03

2016-03-15

馬玉川(1979-)，男，內(nèi)蒙古赤峰人，工程師，從事水利水電工程地質(zhì)勘察工作。

P642.2

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