測斜儀在滑坡勘察中的應(yīng)用分析

李正忠，蔣昭飛

（1.貴州省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局114地質(zhì)大隊，貴州 遵義 563000；2.貴州省地礦局第二工程勘察院有限公司，貴州 遵義 563100）

滑坡是一種全球范圍內(nèi)常見地質(zhì)災(zāi)害，空間上分布廣泛、時間上發(fā)生頻率較高。滑坡災(zāi)害一旦發(fā)生，極易給工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、人民生命財產(chǎn)帶來巨大損失，甚至發(fā)生毀滅性災(zāi)難，由此滑坡勘察與監(jiān)測十分必要，分析其穩(wěn)定性并了解漸進(jìn)破壞過程，為滑坡防治提供可靠支撐，本文主要從測斜儀在滑坡勘察中的應(yīng)用入手展開分析，其是一種有效的滑坡勘察方法，可直觀判斷滑坡滑動面深度、滑動方向與速度，并判斷邊坡穩(wěn)定性，為滑坡設(shè)計、治理、施工奠定基礎(chǔ)。

1 滑坡勘察工作概述

滑坡勘察的目的是了解、掌握滑坡體演變過程，全面捕捉滑坡災(zāi)害特征信息，為滑坡分析、評價、預(yù)測預(yù)報及治理提供可靠資料。在滑坡實際勘察工作中，一般滑坡通過地質(zhì)調(diào)查、鉆探等方法，可較為準(zhǔn)確的確定滑坡范圍、規(guī)模以及特征；大型復(fù)雜滑坡，特別是宏觀上變形不明顯的滑坡，要想準(zhǔn)確查明滑坡性質(zhì)、判斷滑動變形范圍、整體滑坡或局部滑動以及滑動方向、速度等參數(shù)，必須合理選擇相應(yīng)的監(jiān)測方法獲得定量數(shù)據(jù)，并通過數(shù)據(jù)分析得到滑坡體變形規(guī)律，對監(jiān)測體變化情況進(jìn)行解釋，評價滑坡體安全情況，為滑坡勘察、治理提供可靠依據(jù)。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，各種新興近景攝影、激光掃描監(jiān)測技術(shù)得到推廣，實現(xiàn)了滑坡表層形變的全天候、自動化監(jiān)測。然而上述監(jiān)測方法，無法對滑坡體內(nèi)部形變進(jìn)行監(jiān)測，主要是基于鉆孔揭露，利用測斜儀、光纖等設(shè)備實現(xiàn)滑坡深部位移監(jiān)測，尤其是測斜儀在滑坡深部監(jiān)測中發(fā)揮著不可替代的作用，具有精度高、穩(wěn)定性好、分辨率高等諸多優(yōu)點，本文主要圍繞此展開分析。

2 測斜儀基本組成與工作原理

（1）測斜儀基本組成。測斜儀是測定鉆孔內(nèi)壁側(cè)向位移的監(jiān)測儀器，主要分為兩大組成部分：儀器系統(tǒng)與測斜導(dǎo)管，具體如下表1所示。

表1 測斜儀基本組成

圖1 測斜管結(jié)構(gòu)圖

測斜儀在滑坡勘察中，需將測斜導(dǎo)管垂直埋設(shè)在需監(jiān)測的滑坡位置巖體內(nèi)（超過滑動面深度），導(dǎo)管內(nèi)壁存在互成90°兩對凹槽，探頭滑輪可上下滑動并定位，當(dāng)滑坡滑動時，巖體產(chǎn)生相應(yīng)的位移，導(dǎo)管隨巖體發(fā)生變形；探頭內(nèi)傳感元件將每次測得探頭與垂線夾角轉(zhuǎn)為電訊號，并利用電纜傳輸至讀數(shù)儀。

（2）測斜儀工作原理。在滑坡體監(jiān)測時，將測斜管埋入滑面以下，建立測斜管位移初始斷面，逐段測量測斜管與鉛垂線夾角，通過幾何關(guān)系對測斜管軸線與鉛垂線水平偏移量進(jìn)行計算，不同時刻的測斜管軸線在某一方向偏移量代表的是土體側(cè)向位移大小，具體計算公式如下：

式中：d0—第n個測點測斜管軸線與鉛垂線間的偏移量；L—測點間距，與測頭導(dǎo)輪間距一致，通常取500mm；ai—第i測量段測斜管與鉛垂線夾角。如下圖2所示為滑動式測斜儀工作原理圖。

圖2 滑動式測斜儀工作原理圖

通過上式計算可得測斜管沿深度方向的全孔測量結(jié)果，并據(jù)此繪制側(cè)向位移隨時間、孔深變化的各種關(guān)系曲線，由此可確定滑坡深部土體側(cè)向位移量大小、方向、變化速率等。

與滑動式測斜儀相比，固定式測斜儀主要是將測斜儀傳感器固定在測斜管特定位置，即：滑帶附近，由此實現(xiàn)對遙感儀器所處位置傾斜角變化情況進(jìn)行連續(xù)、自動監(jiān)測，其工作原理與滑動式測斜儀基本一致。

3 實例探析測斜儀在滑坡勘察中的應(yīng)用

本文以某建筑工程南側(cè)滑坡為例，具體分析了鉆孔測斜儀在滑坡勘察中的應(yīng)用情況。

3.1 滑坡概況

此滑坡位于某建筑工程南側(cè)，出露地層為P2x砂巖、泥巖，屬于緩斜坡與臺地相間地形，地形坡度約20°。經(jīng)調(diào)查顯示，此滑坡平面整體呈“舌”型，縱長、東向西寬分別為175m、150m，主滑向340°，厚度10m～12m，體積30萬m3，判斷為中型推移式堆積層滑坡。通過現(xiàn)場與周邊調(diào)查顯示，此滑坡威脅著周邊輸油管道運營安全、建筑工程施工安全以及村寨居民生命財產(chǎn)安全的，潛在經(jīng)濟(jì)損失約3億元。

3.2 監(jiān)測方法與儀器

通過調(diào)查發(fā)現(xiàn)，此為老滑坡堆積體，滑體土層厚、成分復(fù)雜，傳統(tǒng)勘察方法無法查清滑坡變形機(jī)制、滑面位置以及深部位移情況。為保證勘察結(jié)果的可靠性、精確性，決定采用鉆孔測斜監(jiān)測方法，選用GN-103型號測斜儀。

GN-103型號測斜儀組成包括測頭、測讀儀、電纜、測斜管等，一旦傳感器探頭相對原始線出現(xiàn)位移，則內(nèi)部敏感元件相對原始線間形成一定較低，經(jīng)由儀器自身數(shù)據(jù)分析處理后，在顯示屏中顯示被測點位移量（X）。

3.3 監(jiān)測孔布設(shè)

根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查情況與滑坡勘察設(shè)計書，對鉆孔測斜孔進(jìn)行布置。此滑坡鉆孔測斜孔分別布設(shè)在滑坡前、中、后緣、外圍處，鉆孔數(shù)量共計5個，監(jiān)測孔深度共計達(dá)到了134m。完成鉆孔施工周，安裝測斜管，測斜管穩(wěn)定后開始第一次測量，之后每隔一段時間進(jìn)行一次測量。每次讀數(shù)后記錄，并在室內(nèi)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，得到此段時間鉆孔內(nèi)各深度位移量，并繪制累計位移—深度曲線。室內(nèi)數(shù)據(jù)分析公式如下：

式中：Xn正—n點處正測值；Xn反—n點處反測值；Xkn—第k次、n點處累計位移量；X0n—首次測量中n點處累計位移量；ΔXkn—當(dāng)次測量n點處累計水平位移量。

3.4 資料整理與成果分析

本文主要就ZK01、ZK02、ZK03監(jiān)測孔展開詳細(xì)分析。經(jīng)由20天現(xiàn)場監(jiān)測，使用Excel對數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計分析，并繪制3個典型鉆孔測斜的累計位移—深度曲線，具體分析如下。

（1）ZK01監(jiān)測孔。此孔測斜數(shù)據(jù)有兩處突變，與鉆孔揭示、鉆孔電視成像資料吻合，表明監(jiān)測數(shù)據(jù)準(zhǔn)確。突變段的分布深度分別為2m～4m、12m～14m，累計位移最大突變?yōu)?m、12m位置，表明此點為滑動面位置。

（2）ZK02監(jiān)測孔。此孔測斜數(shù)據(jù)有兩處突變，突變段的分布深度分別為11m～12m、17m～23m。其中，3m～4m段與鉆孔揭示、鉆孔電視成像資料吻合，此鉆孔地下土層厚度15.5m，潛在滑動面分布深度3m～4m，累計位移量最大突變?yōu)?m位置，表明此點為滑動面位置。

（3）ZK03監(jiān)測孔。此孔測斜數(shù)據(jù)有兩處突變，突變段的分布深度分別為11m～12m、17m～23m。其中，11m～12m段與鉆孔揭示、鉆孔電視成像資料吻合，此鉆孔地下土層厚度13.4m，潛在滑動面分布深度11m～12m，累計位移量最大突變?yōu)?1m位置，表明此點為滑動面位置。

經(jīng)綜合分析，各鉆孔曲線圖均呈“r”形，是滑坡滑動典型曲線特征。將上述曲線圖放入剖面圖內(nèi)，經(jīng)分析可得：ZK03至ZK01存在兩組潛在滑動面：一組滑動面為ZK03至ZK01鉆孔，滑動面分布深度11m～12m；一組滑動面為ZK02至ZK01鉆孔，滑動面分布深度2m～3m。

圖3 剖面示意圖

4 結(jié)語

綜上所述，鉆孔測斜是一種基本的，也是最有效的滑坡勘察方法。在實際滑坡勘察工作中，需根據(jù)項目情況合理選擇測斜儀，科學(xué)制定監(jiān)測方案，通過布設(shè)在滑坡體上的測斜孔，可獲取相應(yīng)的水平位移變形數(shù)據(jù)，準(zhǔn)確判斷滑動面位置，并計算不同時段滑坡變形速率與穩(wěn)定性，為滑坡設(shè)計與治理提供可靠依據(jù)，保障區(qū)域發(fā)展安全。