淺析地災(zāi)評估與物探方法在邊坡中的應(yīng)用研究

單 波 王延輝 韓曉飛

(1.西北電力設(shè)計院，陜西 西安 710032；2.山西省地震災(zāi)害研究所，山西 太原 030002)

淺析地災(zāi)評估與物探方法在邊坡中的應(yīng)用研究

單 波1王延輝1韓曉飛2

(1.西北電力設(shè)計院，陜西 西安 710032；2.山西省地震災(zāi)害研究所，山西 太原 030002)

青藏高原地區(qū)地質(zhì)條件極其惡劣，為了有效查明某區(qū)段塔基所處邊坡穩(wěn)定性問題，首先通過物探手段，綜合利用地質(zhì)雷達方法和電測深方法，對滑坡體厚度進行了初步勘察和詳細判定，最后根據(jù)地災(zāi)評估方法，初步定性，然后采用Geostudio進行計算,模擬分析，得出定量評價結(jié)果，對區(qū)段內(nèi)塔位邊坡穩(wěn)定性給出有效評價，對可能失穩(wěn)塔位進行了移塔處理。

地災(zāi)評估,地質(zhì)雷達，電測深，電力塔基

0 引言

西藏藏中與昌都聯(lián)網(wǎng)工程500 kV線路工程，工程區(qū)位于青藏高原東南部喜馬拉雅山脈中段北坡，線路跨越瀾滄江、玉曲河、怒江、冷曲河和帕隆藏布江、雅魯藏布江，翻越拉烏山、覺巴山、東達山、業(yè)拉山、安久拉山、通脈色季拉山等。

線路穿越地形總體特點是谷梁相間，地質(zhì)條件極為復(fù)雜。沿線高山峽谷地段為地質(zhì)災(zāi)害高易發(fā)區(qū)，為了查明塔基邊坡穩(wěn)定性，排除地質(zhì)隱患，對該工程采用物探、鉆探、地災(zāi)等手段進行綜合評估，對地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)區(qū)進行合理避讓，對于無法避開地段提出相應(yīng)的處理措施。下面通過線路一區(qū)段的邊坡穩(wěn)定性中的滑坡問題進行實際應(yīng)用分析。

1 研究區(qū)段地貌

本次研究區(qū)段為共約6個塔位(見圖1)：6個塔位均位于滑坡體上，圈椅狀地貌明顯，后緣滑坡壁清晰可見，初步判斷為基巖滑坡。目前，殘余滑坡主要分布于4 470 m高程以下，滑坡舌部外有階地分布?；麦w組成物質(zhì)松散，滑坡內(nèi)塔基開挖施工難度大，側(cè)壁土體穩(wěn)定性差。由于輸電塔塔位位于滑坡體之上，滑坡體穩(wěn)定性直接影響塔基穩(wěn)定性，為保障輸電塔及線路安全運行，需對該滑坡及塔位進行穩(wěn)定性評價。

2 方法原理和研究內(nèi)容

2.1邊坡穩(wěn)定性評價

邊坡在其形成過程中，由于側(cè)向卸荷作用，使坡體內(nèi)的應(yīng)力重分布，在坡面附近，最大主應(yīng)力方向發(fā)生偏轉(zhuǎn)，并產(chǎn)生水平張應(yīng)力和剪應(yīng)力；坡腳形成明顯的壓應(yīng)力和剪應(yīng)力集中區(qū)。這種變化使得坡體原始應(yīng)力平衡狀態(tài)遭到破壞，一旦調(diào)整后的應(yīng)力狀態(tài)超過巖體或結(jié)構(gòu)面的強度時，將導(dǎo)致邊坡失穩(wěn)。通過研究邊坡的穩(wěn)定條件，對邊坡巖體抵抗變形和破壞的能力和可靠性作出評價[2-4]。

2.2地質(zhì)雷達方法原理

地質(zhì)雷達勘探利用一個天線發(fā)射高頻(106 Hz～109 Hz)寬頻帶脈沖電磁波，另一個天線接收來自地下介質(zhì)界面的反射波。電磁波在介質(zhì)中傳播時，當?shù)貙觾A角不大時，反射波的全部路徑幾乎是垂直地面的，其路徑、電磁場強度與波形將隨通過介質(zhì)的電性及幾何形態(tài)而變化，因此根據(jù)接收到波的旅行時間、幅度與波形資料可推斷介質(zhì)結(jié)構(gòu)。

本次地質(zhì)雷達勘探采用的儀器為瑞典MALA公司生產(chǎn)的RAMACⅡ型地質(zhì)雷達和美國地球物理公司生產(chǎn)的SIR-20型地質(zhì)雷達。儀器參數(shù)設(shè)置通過現(xiàn)場實驗確定。

2.3電測深方法原理

電阻率測深方法簡稱電測深，它是在地面的一個測深點上(即MN極的中點)，通過逐次加大供電電極，AB極距的大小，測量同—點的、不同AB極距的視電阻率ρS值，研究這個測深點下不同深度的地質(zhì)斷面情況。

測量使用直流電法勘探類的對稱四極電測深法，野外測量裝置方式采用同時移動裝置(即供電極距和測量極距同時移動的測量方法)。極距設(shè)計以能反映設(shè)計要求的探測深度為尺度，即最小供電電極距使得實測曲線左支有漸近線(AB/2=1.5 m)，最大供電極距能夠滿足設(shè)計要求(AB/2=250 m)。

3 邊坡穩(wěn)定性評價應(yīng)用

為了對該區(qū)段的邊坡穩(wěn)定性情況進行判斷，運用了地災(zāi)評估、物探、鉆探等方法進行了綜合分析。

3.1地災(zāi)評估

經(jīng)過現(xiàn)場調(diào)查，邊坡總體上表現(xiàn)為東高西低、上陡下緩，滑坡主滑方向與坡向近一致，滑坡在地形上較為明顯，邊界易區(qū)分，前部被泥石流等堆積體覆蓋，整體呈開口微閉的“馬蹄形”，后壁較平直光滑，可見“圈椅狀”地形。

坡體上存在崩坡積物、滑坡堆積體以及河流相沉積物，其中滑坡體是主要組成部分。坡體從上至下發(fā)育兩級緩傾坡外的平臺，平臺后部發(fā)育沖溝，從上部緩傾平臺往坡下至下部緩傾平臺，植被不發(fā)育，坡體上亦主要為塊碎石土，未見基巖出露，下部緩傾平臺至坡腳主要為塊碎石堆積體以及卵礫石堆積體，在下部緩傾平臺之下分布有多處泉點及滲水帶，由于該滑坡發(fā)生時間久遠，現(xiàn)今滑坡體上基本難以見到明顯的變形破壞特征?；仓饕獮榛鶐r，層面傾向坡內(nèi)。

基巖傾向坡內(nèi)，且板巖、凝灰?guī)r硬度大，因此邊坡較為陡峻。邊坡上部海拔較高，風(fēng)化、凍融作用強烈，再加之巖體發(fā)育有兩組傾向坡外的結(jié)構(gòu)面，傾坡外的結(jié)構(gòu)面在上述作用下逐漸向下發(fā)展貫通。此外，坡體前緣河流侵蝕坡腳形成臨空面，后期可能受上部崩坡積體荷載、前緣河流侵蝕、地震等作用，山體上部可能產(chǎn)生垮塌、滑移，坡體下部巖體受剪切作用，最后坡體沿著貫通的結(jié)構(gòu)面形成滑坡。其演化過程大致可分為以下幾個階段：巖體結(jié)構(gòu)面向下發(fā)育→巖體結(jié)構(gòu)面逐漸貫通→結(jié)構(gòu)面完全貫通，下部產(chǎn)生剪切破壞滑坡形成→滑坡堆積體前部受河流侵蝕形成現(xiàn)今地貌。經(jīng)分析坡體整體失穩(wěn)的可能性較小，但10L337塔位邊坡前部發(fā)育沖溝，為進一步定量評價其在荷載、暴雨工況、地震工況下的穩(wěn)定性，擬采用Geostudio進行計算分析，得出定量評價結(jié)果，見圖2，圖3。

各工況計算結(jié)果如表1所示，詳細分析列于表后。天然工況下塔位邊坡穩(wěn)定性系數(shù)為1.342，穩(wěn)定性好，天然工況下加上輸電塔后穩(wěn)定性略有降低，但塔位邊坡仍基本穩(wěn)定。在暴雨情況下(40 mm/d)塔位邊坡穩(wěn)定性明顯降低，穩(wěn)定性系數(shù)為1.022，接近極限平衡狀態(tài)。暴雨情況下加上輸電塔荷載后，塔位邊坡穩(wěn)定性系數(shù)降為0.976，其失穩(wěn)的可能性較大，因此分析認為在暴雨工況下，塔位邊坡局部可能會出現(xiàn)垮塌，影響塔基的安全。

表1 10L337各工況計算結(jié)果

為了進一步查明古滑坡碎石層厚度，我們又采用了地質(zhì)雷達和電測深方法進行針對性綜合探測。

3.2地質(zhì)雷達

為了對滑坡體的地層埋深情況進行了解，采用地質(zhì)雷達方法進行了探測。為了與滑坡區(qū)段內(nèi)古滑坡上的塔位進行有效對比分析，在區(qū)段外也進行了一些塔位的探測。由于工期較為緊張，區(qū)段外采用SIR-20型地質(zhì)雷達對10R334塔基、10L335塔基進行了探測，區(qū)段內(nèi)采用RAMACⅡ型地質(zhì)雷達對10L337號塔基、10R337號塔基同時進行了探測。

塔基采集處理解釋剖面見圖4～圖7，成果匯總見表2，可以看出地質(zhì)雷達方法在有效探測范圍內(nèi)在滑坡區(qū)段外的幾個塔位能夠有效探測到基巖面，而在滑坡體上在測深范圍內(nèi)未能有效反映出基巖界面。

表2 塔基地質(zhì)雷達探測成果表

塔基布線方向資料解釋10R334沿BA腿方向布置測線塔基表層為碎石,各腿碎石厚度大約為1.5m～2m,下伏為基巖,強風(fēng)化板巖底板埋深約為8m～9m10L335沿AB腿方向布置測線塔基表層為碎石,各腿碎石厚度大約為1.5m～2.5m,下伏為基巖,強風(fēng)化板巖底板埋深約為9m～10m10L337沿AB腿方向布置測線在測深范圍內(nèi)均為碎石10R337沿CB腿方向布置測線在測深范圍內(nèi)均為碎石

3.3電測深

由于在滑坡區(qū)段內(nèi)，坡體上存在崩坡積物、滑坡堆積體，覆蓋深度相對較厚，地質(zhì)雷達探測深度有限，在測深范圍內(nèi)解釋均為碎石，未能探測到基巖面，因此為了進一步了解情況，采用了電法勘探，運用了電測深方法進行探測。本次探測在滑坡區(qū)段內(nèi)共布置4個測點。

由于滑坡體與滑床之間存在一定滑動界面，雖然本次探測的區(qū)段屬于古滑坡，年代久遠，破碎體與滑床之間粘合度較好，滑動阻力較大，但是地下泉水較為發(fā)育，因此滑動面之間可能含水量較高，因此基巖與碎石體之間應(yīng)該有明顯的電阻率差異。經(jīng)過資料處理解釋，結(jié)果如表3所示。由表3可以看出，10R335塔位基巖面埋深大致20.0 m，10L336塔位基巖面埋深大致21.8 m，10L337塔位基巖面埋深大致29.1 m，10L338塔位基巖面埋深大致39.0 m，上述解釋基本上能夠大致勾勒滑動面的埋深情況。

表3 電法勘探解釋成果表

4 結(jié)語

經(jīng)過地災(zāi)評估，結(jié)合地質(zhì)雷達和電測深方法的物探資料，綜合判斷，不僅從宏觀上定性的對該滑坡有所了解，更能夠定量的深入掌握滑坡的發(fā)育穩(wěn)定性。

綜合野外調(diào)查、物探探測結(jié)果及室內(nèi)資料分析認為，整個區(qū)段內(nèi)塔位邊坡堆積體較厚，整體坡度較大，地下水發(fā)育，且為古滑坡堆積體?；露逊e體上游邊界處，生有古樹，樹木未見彎曲等變形現(xiàn)象。說明滑坡發(fā)生后，堆積體穩(wěn)定性較好，未發(fā)生次級滑動，近期也沒有產(chǎn)生明顯的蠕滑變形。且現(xiàn)今堆積體前部延伸遠，坡腳位置不存在陡傾的臨空面，且現(xiàn)今的泥石流堆積體堆積在坡前，這多種因素使得坡體向前滑動方向受阻，抗滑力較大。此外基巖為板巖，且層面傾向坡內(nèi)，增大了坡體與基巖的摩擦阻力，抗滑力亦隨之增加，有利于坡體穩(wěn)定，故定性分析認為邊坡整體穩(wěn)定性較好。但10L337等個別塔位由于所處位置位于堆積體坡肩部位，塔腿后緣平臺形成的匯水面通過斜坡坡面沖溝自然排泄，坡面受沖刷影響，地形較破碎，坡面易松動變形，塔基不穩(wěn)，應(yīng)考慮移塔位，后經(jīng)過綜合對比論證，該塔位進行移動處理，避免了邊坡失穩(wěn)這一隱患。

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Studyontheapplicationofgrounddisasterassessmentandgeophysicalmethodinslope

ShanBo1WangYanhui1HanXiaofei2

(1.NorthwestElectricPowerDesignInstituteLtd.,Xi’an710032,China;2.EarthquakeAdministrationofShanxiProvince,Taiyuan030002,China)

In the Qinghai-Tibet Plateau region geological conditions is extremely poor, in order to effectively identify the slope stability of a section of the power tower base, first through the means of geophysical, geological radar method and electric sounding method were used, the thickness of the landslide was investigated and judged detailedly, finally, according to the geological disaster assessment method, with preliminary qualitative analysis, and then use Geostudio to calculate, simulate and analyze, get quantitative evaluation results, the effective evaluation of the tower slope stability in the section is given, the destabilizing tower was moved to a new location.

geological disaster assessment, GPR, electrical sounding, power tower base

P631

A

1009-6825(2017)26-0069-04

2017-07-08

單 波(1982- )，男，碩士，高級工程師