斜坡工程地質勘察方法探討

楊旭興

斜坡是自然山坡和人工邊坡的總稱，作為一類地質災害，若勘察工作不夠扎實、對斜坡的工程地質條件了解得不夠詳實，則可能導致設計缺陷、造成施工中出現斜坡變形、帶來工程損失。因此，在工程地質勘察中必須重視對斜坡的勘察，優化勘察方法，分析斜坡變形破壞機理，為地質災害治理及設計提供依據。

一、斜坡的工程分類

根據斜坡的動力地質作用、斜坡的成因可將斜坡劃分為：侵蝕斜坡、堆積斜坡崩滑斜坡、剝蝕斜坡及人工斜坡等，進一步還可劃分為直線坡、弧線坡、折線坡等，按照斜坡物質組成可將斜坡分為土質斜坡、巖質斜坡、巖土質混合斜坡。

二、斜坡地質勘察的主要任務

各種斜坡的形成、變形、穩定性都是特定外力作用的結果，為了詳細查明斜坡的工程地質條件，勘察中應著重查明以下條件：場地地形和場地所在地貌單元、巖土結構，自然坡體狀態、水文地質條件、地表徑流條件、各類結構面的分布及組合特征、不良地質現象的分布特點、范圍及危害性等工程地質要素。并了解具體構筑物的基本特征，有針對性地進行相應工作。根據條件組合分析可能存在的破壞模式并進行穩定性分析。

三、工程地質勘察方法

影響斜坡穩定性的因素很多，包括巖土類型、巖土結構、地質構造、地形地貌特征、地下水及地表水的作用，各種外加荷載的影響等等，因此在進行斜坡巖土工程勘察時需要從地形地貌、地質構造、巖性等多方面加以調查論證。對應勘察方法包括：

1.工程地質測繪

任何一類工程地質勘察工作都要求從整體上對工程地質條件進行把握，必須系統對勘察區的巖性、地質構造，水文地質條件進行了解，以便進一步確定勘探手段，因此，首先應重視對斜坡區的工程地質測繪工作，將各類地質現象反應在平面圖上，其主要工作方法及程序應從整體到局部，從點到面，主要調查內容包括：

（1）收集區域地質資料：包括斜坡勘察區周邊的區域地質圖、水系圖、水文地質資料等，在無詳細水文地質及地質資料的地區應同時擴大范圍進行周邊區域地質的調查。調查范圍縱向上應達到斜坡范圍以外100 ～150m 為宜，橫向上沿上游應調查至穩定地層，下游應到達當地侵蝕基準面以下。

（2）地形地貌調查：對勘察區發育的斜坡類型、坡形、坡度、坡高、斜坡周邊地形切割程度，是否形成陡坎、谷地、陡坡、局部的隆起、坡角堆積物的特征、變形痕跡包括裂縫、塊體、楔形體，孤立山丘等。

（3）巖性調查：不同巖性組成的斜坡其穩定性、滑移破壞情況均有不同，巖土的成因及類型決定了其保持的穩定坡率和高度，首先從土層而言，土的成因復雜，其密實度及孔隙發育程度不同，抗剪能力也不同，因而其能保持穩定的形狀及坡度也就不同。成分不同，抵抗外力導致破壞的能力也不同，甚至有些土中含有各類易溶解的鹽類，在遇到水流的沖蝕易崩解出現局部的坍塌或者滑移破壞。

而巖質邊坡其滑移破壞機理則更為復雜，因為巖石的結構決定其滑移模式，如塊狀結構的巖體不易形成連續的滑動面，而層狀結構的巖石則易巖層面滑移，因此在外業調查中首先應調查組成斜坡的巖土性質及成分，了解巖土體基本性狀，以便為斜坡的穩定性評價及分析破壞模式提供支撐數據。

調查中應了解的層層序、地質時代，成因類型、厚度，平縱向分布、尖滅特征，特別注重易滑地層的分布與巖性特征、接觸關系，并與鉆探、槽探等工程結合詳細查明地層基本規律。

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（4）地理環境調查：任何一類斜坡的穩定性均受一定的外力因素影響，在勘察中必須對斜坡所處的地理環境進行調查。如當地的降雨量、集中降雨時長及強度、暴雨及降雨季節、溝谷最大流量、氣溫、溝谷水土流失情況、凍融程度、植被發育特點及植被覆蓋程度等。

（5）斜坡的巖土體結構調查，土質邊坡應進行土層分布厚度、分布特征，包括豎向及橫向的分布、土層的成因、顆粒組成、含水量、密實度，是否存在特殊性巖土；巖質邊坡，首先應分析區域地質特征，對勘察區的斜坡巖性進行詳細分類，對巖體的風化程度、剝蝕特征、強度、軟化性、崩解性進行調查。

（6）地質構造調查：主要調查區內斷裂構造的分布、延伸、區域斷裂活動性特征，活動強度及頻率、近年來地震活動情況，根據構造體系分析區內地應力、地震活動、地震加速度及基本烈度，分析區域新構造運動及區域地應力場特征。核實主要活動斷裂的性質、規模及地貌、地質證據，分析活動斷裂與滑坡、崩塌等斜坡變形痕跡的關系。

調查區內褶皺發育程度，了解斜坡所處褶皺部位，分析褶皺的兩翼及核部巖性變化規律，判斷斜坡變形滑移與褶皺的關系。

調查巖體中的節理裂隙發育程度，統計節理裂隙的優勢發育方向，確定各組優勢結構面的產狀特征。進行巖體體積節理數統計。

（7）結構面是指巖體內部具有一定方向、一定規模、一定形態和特性的面、縫、層和帶狀的地質界面，根據其延伸長度、寬度、傾向垂深、對巖體穩定性的影響程度可以劃分為五級，其中I 級結構面通常指區域上形成的斷裂帶，其影響范圍廣，延伸長度大，傾向垂深大，形成一個區域的構造應力場，控制區域的穩定性；II 級結構面指延伸通常數千米，垂深數百米，控制山體的穩定。III 級結構面通常指區內次一級斷裂及不穩定的原生軟弱層及層間錯動帶，影響巖體穩定；IV級結構面主要指節理裂隙、層理，劈理等，通常破壞了巖體的完整性，影響巖體的局部穩定性。V 級結構面主要指一些小的節理、片理等，對巖體的穩定性基本無控制作用，但在一定程度上降低了巖石強度。從對山體或巖體的穩定性角度來看，必須重視斜坡區的結構面調查力度，對于I、II 級結構面常常應結合區域地質資料進行驗證，明確勘察區的主要構造體系及構造帶的主發育方向。III、IV 級結構面是勘察工作現場需要重視的調查內容，應從地層產狀的突變特點、地層的缺失與重復、地貌特征的突變、水系的流向突變、植被的分布特征等條件入手，詳細查明各級結構面的分布特征。

2.布置勘探工程

勘探工程包括鉆探、坑探、槽探等手段，在基巖出露面積較少的部位，可采用槽探工程對被覆蓋的各類地質體進行揭露，可了解某些地質體的走向、分布特征，尤其對詳細查明地質構造的發育特征能起到十分重要的作用，探槽的布置應充分考慮了解地質體的目的，主要應布置在地質體被掩埋的地段，但由于探槽屬于淺部帶狀工程，對地質體的揭露僅限于表層，因此對于深厚地質體可采用坑探、井探、鉆探手段。

鉆探工作的布置應采用點線結合方式布置，勘探線宜垂直斜坡走向，線間距視斜坡的范圍和規模而定，一般應不少于兩條，勘探點間距也應根據斜坡高度、延伸、工程等級確定，一般應控制在20 ～30m 左右，對于地質結構復雜地段應視實際情況加密，勘探深度應通過對斜坡調查的具體情況分析，一般應深入可能的滑移面以下5m，控制性鉆孔應深入區內最低侵蝕面以下。

鉆探工程的布置應考慮一孔多用的原則，在鉆孔中應保證巖芯采取率滿足要求，傾斜度、孔徑等都依據需要進行的測試項目確定，所有鉆孔都應進行水文地質觀測，對鉆孔清洗液的消耗情況，漏水、透水特征進行記錄，鉆進工藝應保證測試取樣要求。對于土質坡，應滿足采取原狀樣的要求，對于巖質坡鉆探工藝應選擇雙管雙動工藝以滿足RQD 值評價及采取的要求。

3.地球物理勘探方法

物探作為一種重要的補充手段，可了解隱蔽地質界線、界面或異常點，主要物探手段包括電法勘探、地震勘探、聲波探測、綜合測井等。

其中電法勘探是利用電性差異，觀測天然或人工電場變化或巖土體的電性差異來解決某些地質問題的方法，常用的有電阻率法、充電法等。

地震勘探則是利用彈性波的傳播速度差異通過激發彈性波在巖土層中傳播來判定地層差異、地質構造的方法，聲波探測利用聲波在巖土體中傳播時的聲學參數變化，可評價巖體完整性指數，對斜坡的破壞模式和穩定性評價提供定量參數。

在勘察中可根據需要布置1 ～2 條電測剖面，判斷斷層、破碎帶，巖層界面等特征，利用聲波測井可對構造特征、巖體破碎程度、巖體質量進行了解，并與鉆探資料進行比對，以分析斜坡破壞模式進而評價斜坡穩定性。

4.取樣與測試

在斜坡工程勘探中應對各類巖土體采取相應數量的樣品進行力學參數的測定，作為評價穩定性的定量計算依據。

土質斜坡的取樣應能保持土的天然狀態，但對于粗顆粒土，因難以保持原狀特征，應結合各類原位測試進行，對土體的含水率、密實度、壓縮性及抗剪強度指標進行取值分析，作為斜坡穩定判別的參數。另外土質邊坡中由于沉積環境的差異有時可能存在特殊性巖土，應針對巖土的特殊性開展有機質含量、易溶鹽含量、膨脹性指標、濕陷性指標等相關樣品的測試。

巖質邊坡除了應采取巖石試樣進行相應測試外，更應對諸如古滑坡體的滑床、斷層帶、破碎帶等結構面的巖土參數準確掌握，對取樣的要求較高，應嚴格控制鉆探中的回次進尺，并根據排水狀態選擇相應的測試方法進行抗剪強度指標的測試。對于存在滑坡地段應針對滑面的滑帶進行取樣測試，這類“滑帶”土的抗剪強度直接影響斜坡穩定性驗算，在試驗方法選擇上應盡量選擇符合實際情況的剪切試驗方法，試驗宜采用室內或野外重合剪或滑帶土做重塑土或原狀土多次剪，求出多次剪和殘余抗剪強度指標，試驗宜采用與滑動受力條件類似的方法，分別采用快剪、飽和快剪、固結快剪、飽和固結快剪。

除了需要取得相關巖土試驗的室內樣品外，在現場進行相關的測試也是不可或缺的手段之一，原位測試手段包括巖土體的力學性質指標測試、水文地質參數測試。對于土質邊坡應根據土層性質可采用動力觸探、靜力觸探測試、十字板試驗等進行原位測試，對于巖體尚可結合物探手段進行剪切波測試，聲波測試等。

水文地質參數的獲取對于斜坡穩定性評價至關重要，因此現場應結合鉆探、工程地質測繪取得的信息，布置相應的水文地質測試項目，包括地下水流向流速的測試、巖土層滲透系數測試，可分別選用鉆孔注水試驗、壓水試驗、表層可采用探坑注水試驗。在穩定性評價中應計入地下水的影響。

四、斜坡巖體質量及工程地質評價

對于斜坡巖體的工程地質評價，應從工程地質勘察取得的巖體信息對巖體的工程地質條件、巖體力學參數、斜坡破壞模式進行分析，并進行斜坡穩定性分析，提出防治措施建議。

1.巖體質量評價

通常采用巖體結構質量分級評價方法，對巖體質量分級可從巖石強度、風化特征、巖體完整性劃分巖體質量等級。對于斜坡可參照《工程巖體分級標準》中邊坡工程巖體質量指標進行分級，該分級方法分別從結構面的影響、地下水影響程度、主要結構面與邊坡傾向關系方面進行分析，確定巖體質量指標BQ 值，劃分出I ～V 級的巖體質量等級。

2.確定巖土體力學參數

巖土體相關參數應根據勘察測試結果提出相應取值供穩定性評價和分析，土質邊坡可按照傳統數學統計方法并模擬斜坡實際受力特點選擇相應的計算指標；巖質斜坡的破壞主要受結構面的控制，因此抗剪參數的選取應按照結構面的結合程度根據類似工程經驗結合室內試驗成果取值，對于存在滑坡的地段，應根據滑帶土的抗剪強度指標采用相應的指標。也可根據巖體結構位移或應力與實測值比較，反復調整修改巖土參數并逐漸逼近觀測值來確定相關抗剪參數。

3.斜坡破壞模式分析及穩定性評價

根據工程地質測繪取得的信息，分析斜坡的可能破壞模式，土質斜坡一般的破壞模式為圓弧式破壞，對其穩定性評價多采用圓弧法或條分法進行。對于砂土狀強風化巖，碎塊狀強風化巖等類土質斜坡，均可視為土質斜坡進行穩定性評價。

巖質斜坡則應根據現場調查結果分析結構面對斜坡的主控因素，詳細分析結構面的產狀，判斷結構面與坡向的關系，分析結構面邊界條件，判斷破壞模式，按照破壞模式可分為直線型、折線型、楔體型等，采用極射赤平投影法進行定性判斷，按照平面滑動法、不平衡推力法進行穩定性分析，提出相應的支護、加固措施。

五、結語

斜坡在自然界中廣泛分布，其穩定性受各種地質作用及人為因素影響，其變形破壞機理十分復雜，工程地質勘察是取得穩定性評價參數的主要手段，但受地質條件的復雜性、技術人員認識的差異、測試設備及成本的高低等因素影響，工程地質勘察中仍存在諸多不確定性，在工作中應充分分析各種地質要素綜合效應，合理規劃設計確保工程建設的安全。