巖溶地區(qū)滑坡勘察中綜合勘察方法的應(yīng)用

鄧海榮DENG Hai-rong

（上海勘察設(shè)計(jì)研究院（集團(tuán)）有限公司，上海 200093）

1 工程概況

貴陽(yáng)某場(chǎng)區(qū)長(zhǎng)約920m，寬約200m，面積約為0.2km2，主要功能為車輛停車場(chǎng)、車輛檢修基地等。其中場(chǎng)區(qū)西南側(cè)主要為挖方部分，形成長(zhǎng)約180m，高約35m，坡度近30°～45°，走向近西北-東南向的邊坡。根據(jù)設(shè)計(jì)方案，該邊坡采用四級(jí)放坡，除第一級(jí)邊坡采用抗滑樁外，第二～四級(jí)邊坡采用放坡+錨桿框架梁內(nèi)植生袋植草（3×3）支護(hù)，坡率依次為1:1、1:1.25、1:1.5。當(dāng)?shù)谌?jí)及第四級(jí)邊坡錨桿梁已施工完成，正在組織第二級(jí)邊坡錨索施工時(shí)，邊坡發(fā)生大面積坍塌。坍塌區(qū)域縱長(zhǎng)約100m，寬約55～100m，形成錯(cuò)落臺(tái)高約1～2m，滑動(dòng)方量約35000m3，屬小型滑坡；主滑方向60°，與坡面走向基本垂直。滑動(dòng)面形態(tài)上部陡，中下部趨緩，前緣總體呈圓弧狀。

滑坡場(chǎng)地屬溶蝕峰叢谷地地貌，地面起伏大，原為斜坡溝谷地段，植被茂盛，勘察期間以按1:1～1:1.5 坡率進(jìn)行了削坡處理。場(chǎng)地內(nèi)第四系覆蓋層厚度普遍較大，一般厚約2.0～8.0m，結(jié)構(gòu)松散～稍密，主要為硬塑～可塑狀紅粘土；場(chǎng)地滑塌后表層滑塌體厚約2.0～6.0m，含原有邊坡支護(hù)框架梁結(jié)構(gòu)和鋼筋、錨桿、邊坡表層土體和巖塊，全～強(qiáng)風(fēng)化狀為主，結(jié)構(gòu)松散，成分較復(fù)雜。下伏基巖主要為三疊系下統(tǒng)羅樓組（T1l）泥質(zhì)灰?guī)r，局部分布砂質(zhì)泥巖，巖層呈單斜產(chǎn)出，地質(zhì)構(gòu)造簡(jiǎn)單，巖層產(chǎn)狀80°～85°∠15°～17°。場(chǎng)地發(fā)育兩組主要節(jié)理，節(jié)理1：185°～190°∠72°～78°、節(jié)理2：270°～275°∠75°～82°，延伸性較好，間距25～100cm，微張至張開型，主要為泥質(zhì)充填，部分為方解石脈填充。

測(cè)區(qū)由上至下分布多層軟弱夾層（J1～J5），呈薄層狀，層厚一般約5～10cm，顏色呈灰白～灰綠色，主要分布于泥巖中以及灰?guī)r、泥巖交界部位，其產(chǎn)狀與巖層一致。

2 勘察方案

本次勘察采用工程地質(zhì)測(cè)繪和調(diào)查、工程鉆探、現(xiàn)場(chǎng)原位測(cè)試、物探和室內(nèi)試驗(yàn)相結(jié)合的綜合勘察方法，勘察工作量布置如下：①依據(jù)1:500 地形圖進(jìn)行實(shí)地工程地質(zhì)測(cè)繪和調(diào)查工作。在綜合分析已收集到的測(cè)區(qū)區(qū)域資料基礎(chǔ)上，主要進(jìn)行了工程地質(zhì)填圖、微地貌單元的劃分和巖體結(jié)構(gòu)及構(gòu)造面產(chǎn)狀、性質(zhì)的調(diào)查，圈定滑塌區(qū)域范圍。②沿設(shè)計(jì)軸線布置高密度電法物探測(cè)線，對(duì)滑塌體厚度、滑移面分布情況進(jìn)行探摸，同時(shí)采用鉆探進(jìn)行驗(yàn)證。③在坡腳布置探槽，并在2 孔內(nèi)進(jìn)行了電視攝像，通過(guò)地質(zhì)測(cè)繪、探槽探坑、孔內(nèi)電視攝像及鉆探等手段，查明軟弱結(jié)構(gòu)面的分布情況。④布置3 組現(xiàn)場(chǎng)直接剪切實(shí)驗(yàn)，對(duì)軟弱夾層的原位剪切強(qiáng)度進(jìn)行測(cè)試。⑤采取巖樣及軟弱夾層樣品，進(jìn)行室內(nèi)剪切試驗(yàn)、膨脹性試驗(yàn)以及化學(xué)成分檢測(cè)。

勘察方案布置如圖1。

圖1 勘探工作量布置示意圖

3 高密度電法物探測(cè)試

高密度電法屬于電測(cè)深法的一種，電測(cè)深法是在同一測(cè)點(diǎn)上逐次增大供電電極距，使勘探深度由小逐漸加深，于是可觀測(cè)到測(cè)點(diǎn)處沿深度方向上由淺至深的視電阻率的變化規(guī)律。通過(guò)對(duì)反映地電斷面變化的電測(cè)深曲線的分析，可以了解深度方向上地質(zhì)剖面的特征。

沿設(shè)計(jì)軸線布置7 條高密度電法物探測(cè)線，查明巖土體分層結(jié)構(gòu)以了解滑坡體底界面分布情況，采用的物性參數(shù)為視電阻率值，反映在工程地球物理?xiàng)l件上即順層（順坡）向表層的低阻層（尚未滑動(dòng)或處于蠕變期的結(jié)構(gòu)密實(shí)的表層土及風(fēng)化巖體）或相對(duì)高阻層（已滑塌的結(jié)構(gòu)松散的表層土及風(fēng)化巖體）。

本次工作采用斷面測(cè)深技術(shù)，其與常規(guī)測(cè)深技術(shù)的最大區(qū)別在于，斷面測(cè)深技術(shù)是把整條測(cè)線的數(shù)據(jù)當(dāng)成一個(gè)整體進(jìn)行分析，即二維層析成像分析。本次物探采用溫納裝置，工作電極距5m，層數(shù)（隔離系數(shù)）最大為13 層，接地條件不良地段采用澆水、敷泥或加電極的方式進(jìn)行改善測(cè)量。高密度電法數(shù)據(jù)經(jīng)處理得到反演色譜圖后，與鉆探所揭示的地質(zhì)模型進(jìn)行對(duì)比，選擇合適的反演結(jié)果使用專業(yè)軟件繪制成圖進(jìn)行資料解釋。

典型物探測(cè)線成果圖如圖2。

圖2 典型物探測(cè)線成果圖

由圖知，WT4～WT4’剖面中，地表以下厚度4.5～7m，平均厚度約5m 范圍內(nèi)為層狀相對(duì)高阻體，視電阻率值約140Ω·m～160Ω·m，推測(cè)為結(jié)構(gòu)松散的表層土及風(fēng)化巖體；WT6～WT6’剖面中，地表以下厚度5～10m，平均厚度約7m范圍內(nèi)為層狀相對(duì)低阻體，視電阻率值約20Ω·m～50Ω·m，推測(cè)為結(jié)構(gòu)密實(shí)的表層土及風(fēng)化巖體。下伏巖體視電阻率值約80Ω·m～800Ω·m，推測(cè)為較完整基巖，二者接觸帶呈現(xiàn)明顯視電阻率值差異，將該差異帶推測(cè)為滑動(dòng)面或潛在滑動(dòng)面。

4 鉆探及孔內(nèi)電視攝像

在滑坡體上鉆探采用單人背包式（TB20 型）巖芯鉆機(jī)，該設(shè)備攜帶輕便，適用于交通不便或野外惡劣工作環(huán)境下的鉆探工作，本次主要用于獲得滑坡體厚度、滑移面界線等資料，以供物探反演分析及驗(yàn)證使用。在坡腳及外圍鉆探采用常規(guī)XY-1 型鉆機(jī)，單動(dòng)雙管取芯鉆具取芯，鉆孔孔徑110mm，主要是獲得軟弱夾層分布深度并取樣以及成孔供孔內(nèi)電視攝像使用。通過(guò)對(duì)比分析物探及鉆探成果，確定邊坡沿軟弱夾層進(jìn)行滑移。（圖3）

圖3 典型地質(zhì)剖面圖

5 原位測(cè)試及室內(nèi)試驗(yàn)

本次勘察在軟弱夾層埋深較淺且場(chǎng)地條件較好的區(qū)域布置3 組現(xiàn)場(chǎng)剪切實(shí)驗(yàn)（DJ1～DJ3），以獲得軟弱夾層在飽和狀態(tài)下的抗剪強(qiáng)度及滑移后殘余強(qiáng)度。本次勘察采取5 組中風(fēng)化砂質(zhì)泥巖樣品進(jìn)行自由膨脹率試驗(yàn)和飽和吸水率試驗(yàn)，測(cè)得自由膨脹率為0.39%～0.52%，飽和吸水率為1.12%～1.38%，不具膨脹巖特征[1]。對(duì)測(cè)區(qū)兩個(gè)軟弱夾層（J1、J2）樣品進(jìn)行化學(xué)分析及X-衍射分析，根據(jù)化學(xué)分析結(jié)果和X-衍射分析中礦物特征衍射峰的高低，得出其粘土礦物以水云母（伊利石）、蒙脫石為主。同時(shí)通過(guò)室內(nèi)自由膨脹率試驗(yàn)，軟弱夾層自由膨脹率為31%～33.7%，綜合分析得出軟弱夾層系弱膨脹性軟巖[1]。軟弱夾層厚度較薄，難以取得原狀樣，本次采取擾動(dòng)樣進(jìn)行室內(nèi)重塑土剪切試驗(yàn)。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)剪切實(shí)驗(yàn)以及室內(nèi)重塑土剪切實(shí)驗(yàn)，測(cè)得軟弱夾層抗剪強(qiáng)度指標(biāo)如表1。

由表1 可見(jiàn)，室內(nèi)重塑土剪切試驗(yàn)指標(biāo)系軟弱夾層經(jīng)粉碎后重新制樣試驗(yàn)所得，其參數(shù)較原位測(cè)試有較大差異，可靠性較差。

表1 軟弱夾層的抗剪斷強(qiáng)度一覽表

6 邊坡穩(wěn)定性分析評(píng)價(jià)

6.1 邊坡變形破壞模式

各種資料及調(diào)查分析表明，誘發(fā)滑塌主要是邊坡開挖后形成了臨空面，破壞山體的支撐部分，使巖土體失去平衡，加上連續(xù)降雨天氣，使雨水入滲導(dǎo)致滑體自重增加，而軟弱夾層排水的不暢使其浸泡軟化，抗剪強(qiáng)度急劇降低，加劇了邊坡滑塌的活動(dòng)進(jìn)程。

6.2 軟弱結(jié)構(gòu)面抗剪強(qiáng)度確定

滑坡的每一次滑動(dòng)都可以看成是一次大型的模型試驗(yàn)，對(duì)于曾經(jīng)產(chǎn)生過(guò)滑動(dòng)的滑坡，滑動(dòng)帶在滑動(dòng)前瞬間處于極限平衡條件下，此時(shí)的穩(wěn)定系數(shù)為1.0，由此反算得出的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)即代表整個(gè)滑面上的平均指標(biāo)[2]。

按《滑坡防治工程勘查規(guī)范》（GB/T 32864-2016）第13.3 節(jié)推薦的公式[3]對(duì)軟弱夾層的抗剪強(qiáng)度參數(shù)進(jìn)行反演估算如下：

圖4 估算斷面4-4'

反算邊坡下滑前滑動(dòng)帶的抗剪強(qiáng)度如表2。

表2 軟弱夾層反算參數(shù)

反算邊坡下滑前滑動(dòng)帶的抗剪強(qiáng)度如表3。

圖5 估算斷面6-6'

表3 軟弱夾層反算參數(shù)

根據(jù)上表可知當(dāng)穩(wěn)定系數(shù)為1.0 時(shí)，所得的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)和現(xiàn)場(chǎng)剪切試驗(yàn)所得的參數(shù)較為吻合，綜合建議采用φ=11.4°，c=10.1kPa 作為軟弱夾層抗剪強(qiáng)度指標(biāo)。

6.3 邊坡防治方案建議和注意事項(xiàng)

根據(jù)該邊坡特點(diǎn)，建議設(shè)計(jì)、施工在后續(xù)整治中注意以下問(wèn)題：①在施工前必須合理安排好各工序的施工順序，確保施工有序安全。②及時(shí)對(duì)滑塌體以及坡頂填土進(jìn)行清除，清除時(shí)建議由上至下進(jìn)行，避免產(chǎn)生新的滑塌。③施工時(shí)加強(qiáng)坡頂截水、開挖面止水、隔水工作。施工場(chǎng)地臨時(shí)性排水措施應(yīng)滿足連續(xù)降雨、暴雨和施工用水等的排放要求。④開挖時(shí)應(yīng)謹(jǐn)慎采用爆破法施工，減少對(duì)巖土層的擾動(dòng)，同時(shí)加強(qiáng)三、四級(jí)邊坡的支護(hù)。⑤減少開挖面規(guī)模，做到隨挖隨支護(hù)，減少巖、土面暴露時(shí)間。⑥場(chǎng)地內(nèi)尚未穩(wěn)定，抗滑樁施工若采用人工挖孔樁，應(yīng)采取有效的護(hù)壁、截、降（排）水及通風(fēng)等安全措施。

7 結(jié)束語(yǔ)

①單一的、傳統(tǒng)的工程地質(zhì)鉆探勘察揭露的地層僅僅是一個(gè)鉆探點(diǎn)的地層情況，而物探成果雖能得到連續(xù)的斷面，卻往往因?yàn)槭侄伍g接使得物探解釋成果的可靠性與物探專業(yè)人員掌握地質(zhì)資料的程度密切相關(guān)。本工程在滑坡勘察中，嘗試將地質(zhì)調(diào)查、鉆探勘察、物探工作有機(jī)結(jié)合起來(lái)，互相驗(yàn)證，不失為一種有效的勘察方法。②針對(duì)邊坡穩(wěn)定性分析的關(guān)鍵參數(shù)-抗剪強(qiáng)度，剪切試驗(yàn)因受各種條件限制，局限性很大，無(wú)法模擬實(shí)際滑面上不同部位各種因素變化的實(shí)況；采用反算法得到的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)受制于反算條件是否完備與可靠，且只能代表整個(gè)滑面上的平均指標(biāo)，具有一定的局限性。確定抗剪強(qiáng)度，仍需要綜合進(jìn)行考慮。