摘 要：為進(jìn)一步提高邊坡勘察及穩(wěn)定性分析質(zhì)量，本文以某公路邊坡為研究背景，采用探地雷達(dá)與常規(guī)勘察相結(jié)合的綜合勘察技術(shù)，對(duì)研究對(duì)象進(jìn)行深入分析。分析結(jié)果表明，探地雷達(dá)技術(shù)能夠探明現(xiàn)狀邊坡?lián)跬翂?shí)際情況，使邊坡內(nèi)部結(jié)構(gòu)可視化，可以為邊坡穩(wěn)定性計(jì)算分析或不良剖面選取提供依據(jù)。結(jié)合探地雷達(dá)與傳統(tǒng)勘查技術(shù)能夠定性且定量對(duì)現(xiàn)狀邊坡穩(wěn)定性進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。本文研究結(jié)果可以為后續(xù)邊坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)工作提供新的思路。

關(guān)鍵詞：地質(zhì)工程勘察；穩(wěn)定性分析；邊坡評(píng)價(jià)；巖土工程測(cè)試

中圖分類號(hào)：U 41 " 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

在工程建設(shè)過程中，巖土工程勘察是十分重要的過程，其主要目的是明確建筑工程所在場(chǎng)地的地下環(huán)境，為設(shè)計(jì)施工工作提供可靠的數(shù)據(jù)支撐[1]。隨著建筑工程技術(shù)的不斷進(jìn)步，建筑工程數(shù)量不斷增加，工程勘察的重要性也日益凸顯[2]。眾多學(xué)者也對(duì)邊坡穩(wěn)定性分析方法與技術(shù)進(jìn)行了深入分析，例如黎德波[3]分析了赤平投影技術(shù)在邊坡穩(wěn)定性分析中的作用，康毅[4]分析了高密度電法、瞬態(tài)面波等方法在邊坡勘察中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。這些研究使勘查技術(shù)得到飛速發(fā)展，但探地雷達(dá)勘測(cè)技術(shù)應(yīng)用、現(xiàn)狀邊坡勘察以及穩(wěn)定性分析的相關(guān)研究相對(duì)較少。基于此，本文以某工程為研究對(duì)象，深入分析探地雷達(dá)勘測(cè)技術(shù)在某現(xiàn)狀邊坡勘察及邊坡穩(wěn)定性分析中的應(yīng)用方法與優(yōu)勢(shì)，以期為后續(xù)相關(guān)工作提供新思路。

1 研究方法

1.1 研究區(qū)概況

某公路邊坡現(xiàn)狀坡長(zhǎng)約280m，最高處達(dá)到32.87m，自然斜坡坡度在25°～40°，植被覆蓋較好，坡體采用臺(tái)階式建設(shè)，一級(jí)邊坡高約5m，二級(jí)邊坡高約7.02～28.87m，一級(jí)邊坡采用混凝土擋墻護(hù)坡，擋墻角度較大，二級(jí)邊坡采用漿砌片石護(hù)坡，角度約為30°～57°，現(xiàn)南段擋墻表面可見鼓脹變形，預(yù)測(cè)擋墻有垮塌可能性，破壞后果較嚴(yán)重，邊坡存在地質(zhì)災(zāi)害安全隱患，因此需要對(duì)其進(jìn)行勘察并分析其穩(wěn)定性條件。

1.2 研究區(qū)初步勘察成果

根據(jù)鉆探揭露及室內(nèi)土工試驗(yàn)結(jié)果，地層巖性特征如下。①人工填土層（Qml）：褐紅色，主要由含碎石黏性土回填而成，局部含塊石，中密狀態(tài)，對(duì)本層進(jìn)行11次標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)，擊數(shù)為13擊～29擊，平均19擊，層厚1.20～8.40m。②第四系坡殘積層（Qdl+el）粉質(zhì)黏土：褐紅色、紫紅色，主要由黏性土組成，對(duì)本層進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)83次，擊數(shù)12擊～49擊，平均29擊，層厚0.50～24.80m。③強(qiáng)風(fēng)化砂巖：褐紅色、紫紅色，風(fēng)化裂隙發(fā)育，巖石遭強(qiáng)烈風(fēng)化呈硬土狀，對(duì)本層進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)50次，擊數(shù)大于50擊或反彈，層厚1.00～23.50m。④中風(fēng)化砂巖：褐灰色，裂隙極發(fā)育，裂隙面有鐵銹，揭露厚度0.80～4.40m。⑤微風(fēng)化砂巖：灰綠色，巖石節(jié)理裂隙較發(fā)育，多閉合或充填，揭露層厚1.80～2.40m。

各地層物理力學(xué)參數(shù)建議取值見表1。

工程所在地區(qū)屬于亞熱帶季風(fēng)氣候，氣候溫和，雨量充足，夏季高溫多雨，冬季低溫干旱。常年主導(dǎo)風(fēng)為東南風(fēng)，每年5—9月為雨季，日最大暴雨量為385.8mm，全區(qū)日平均最大暴雨量為282mm，多年平均蒸發(fā)量為1322mm，最小年蒸發(fā)量為1107mm。場(chǎng)地內(nèi)無(wú)常年性地表水，雨季有大氣降水形成的臨時(shí)性地面片流，但區(qū)內(nèi)截、排水設(shè)施不甚完善，場(chǎng)地地面水對(duì)坡上巖土體的穩(wěn)定性有一定影響。邊坡場(chǎng)地地下水主要為基巖裂隙水，賦存于巖體中的節(jié)理裂隙，為弱含水、弱透水地層，地下水靠降水入滲補(bǔ)給，并滲透排入下部地層。

1.3 探地雷達(dá)工作機(jī)理

為進(jìn)一步確定該邊坡的實(shí)際狀態(tài)，本研究采用探地雷達(dá)勘測(cè)和常規(guī)勘察與穩(wěn)定性分析相結(jié)合的手段對(duì)研究區(qū)域穩(wěn)定性進(jìn)行評(píng)價(jià)。其中，探地雷達(dá)是一種寬帶高頻電磁波信號(hào)勘探介質(zhì)分布的非破壞性勘探儀器，主要通過天線連續(xù)拖動(dòng)的方式獲得斷面的掃描圖像。探地雷達(dá)工作機(jī)理如圖1所示，其作用機(jī)理主要是利用雷達(dá)向地下發(fā)射高頻電磁波，根據(jù)電磁波信號(hào)在物體內(nèi)部傳播遇到不同介質(zhì)的界面就會(huì)發(fā)生反射、透射和折射等特點(diǎn)，通過讀取電磁波信號(hào)中異常點(diǎn)位獲得地下環(huán)境中不同地質(zhì)體之間的界面，進(jìn)而對(duì)地下環(huán)境中的不同地質(zhì)體進(jìn)行判斷。

使用Groundvision和Reflexw雷達(dá)數(shù)據(jù)處理軟件處理探地雷達(dá)資料，采用預(yù)處理、增益調(diào)整、濾波和成圖等手段，最終得到各測(cè)線的成果圖，主要操作流程為數(shù)據(jù)輸入→文件編輯→能量均衡→數(shù)字濾波→偏移→時(shí)深轉(zhuǎn)換→圖形編輯→注釋→輸出剖面圖。

2 基于探地雷達(dá)的邊坡穩(wěn)定性分析

2.1 探地雷達(dá)勘察方法

本次勘察采用X3M型地質(zhì)雷達(dá)，采樣頻率為6608MHz，采集時(shí)窗長(zhǎng)度為77ns，樣點(diǎn)數(shù)為512，道間距為0.02m，疊加次數(shù)為自動(dòng)疊加。采樣過程共布置5條探線，勘探線與擋土墻走向垂直，勘探線與鉆探剖面基本重合。探測(cè)工作量見表2。

2.2 探地雷達(dá)勘測(cè)成果

地質(zhì)雷達(dá)勘測(cè)中的探線LD3勘探距離最長(zhǎng)，探線LD3的地質(zhì)雷達(dá)勘察結(jié)果如圖2所示。根據(jù)初步勘察成果和邊坡原始資料可知，一級(jí)邊坡采用混凝土護(hù)坡，二級(jí)邊坡采用漿砌石護(hù)坡，結(jié)合探地雷達(dá)勘察得到電磁波信號(hào)分布情況，可知在探線LD3的一級(jí)邊坡處，探地雷達(dá)測(cè)得擋墻厚度約為0.8m，在距離起點(diǎn)約55m處發(fā)生突變，擋土墻厚度穩(wěn)定在0.2m左右。在探地雷達(dá)結(jié)果中，除了距離側(cè)線起點(diǎn)5m處有一個(gè)明顯突變外，判定的擋土墻厚度并未發(fā)生明顯突變，但在距離起點(diǎn)約28m至側(cè)線結(jié)束處，能夠看到標(biāo)識(shí)擋土墻厚度的曲線起伏較大，但整體未對(duì)墻厚產(chǎn)生較大影響，推測(cè)其原有因是邊坡護(hù)坡建設(shè)時(shí)間較長(zhǎng)，在長(zhǎng)期雨水沖刷下，上部坡體水土流失情況較為明顯，導(dǎo)致原始護(hù)坡結(jié)構(gòu)發(fā)生了一定程度破壞。

將5處地質(zhì)雷達(dá)探線測(cè)得擋土墻厚度數(shù)據(jù)與坡地的距離繪制出來(lái)，如圖3所示。由圖3可知，在混凝土擋墻護(hù)坡的一級(jí)邊坡?lián)跬翂穸葹?.8m或1.2m左右。擋土墻有效位置在距側(cè)線起點(diǎn)4～5m處，LD1、LD2處的一級(jí)邊坡?lián)鯄穸让黠@大于其余探線，說(shuō)明其護(hù)坡結(jié)構(gòu)服役表現(xiàn)良好，并未發(fā)生變化，LD3、LD4側(cè)線的擋土墻厚度為0.8m左右，與原設(shè)計(jì)內(nèi)容基本保持一致。

探線LD5處已無(wú)法區(qū)分混凝土擋墻與漿砌石擋墻，由此推測(cè)此處混凝土擋墻已經(jīng)發(fā)生影響其穩(wěn)定性的內(nèi)部變化，在LD5的探測(cè)范圍內(nèi)（19.64m），擋土墻厚度隨距側(cè)線起點(diǎn)距離增加而逐漸減少，且并未像其他側(cè)線一樣在距側(cè)線起點(diǎn)4～5m處發(fā)生明顯分界，說(shuō)明此處擋土墻內(nèi)部已發(fā)生變化，發(fā)生了類似滑坡的破壞情況，擋土墻結(jié)構(gòu)已失效，因此需要進(jìn)一步對(duì)邊坡具體穩(wěn)定性情況進(jìn)行分析計(jì)算。

3 勘察成果概況與邊坡穩(wěn)定性計(jì)算

3.1 邊坡穩(wěn)定性分析

根據(jù)地質(zhì)雷達(dá)勘測(cè)結(jié)果可知，LD5處擋土墻分解已不明顯，且根據(jù)雷達(dá)勘測(cè)結(jié)果可知，此處可能已經(jīng)發(fā)生滑坡，擋土墻失效，為進(jìn)一步確定研究背景的邊坡實(shí)際穩(wěn)定性情況，須根據(jù)勘察結(jié)果結(jié)合地質(zhì)類的勘測(cè)成果，采用規(guī)范要求的圓弧滑動(dòng)法對(duì)特征斷面進(jìn)行穩(wěn)定性計(jì)算。在計(jì)算過程中，根據(jù)上文所述勘察成果，將土層簡(jiǎn)化為人工填土、粉質(zhì)黏土以及強(qiáng)風(fēng)化砂巖，各土層參數(shù)取值見表1，計(jì)算工況采用自然狀態(tài)和最不利的降雨?duì)顟B(tài)，將計(jì)算過程中的地震烈度設(shè)置為7度，條分法的土條寬度為2m，地震作用綜合系數(shù)為0.250，搜索時(shí)的圓心步長(zhǎng)為1.000m。

以最不利的LD5所在剖面為例，其自然狀態(tài)及降雨?duì)顟B(tài)下的計(jì)算簡(jiǎn)圖如圖4所示，計(jì)算結(jié)果匯總見表3。LD3附近邊坡在自然狀態(tài)下的安全系數(shù)為1.232，它是基本穩(wěn)定邊坡，但安全儲(chǔ)備較小，安全系數(shù)小于邊坡規(guī)范中對(duì)二級(jí)邊坡采用圓弧滑動(dòng)法所得穩(wěn)定安全系數(shù)的要求（1.25），在降雨?duì)顟B(tài)下的安全系數(shù)降為1.077，略大于1，剖面LD5附近邊坡在自然狀態(tài)下的安全系數(shù)為1.162，它是基本穩(wěn)定邊坡，但安全儲(chǔ)備較小，安全系數(shù)小于穩(wěn)定安全系數(shù)要求（1.25），在降雨?duì)顟B(tài)下的安全系數(shù)降為1.058，略大于1。綜上所述，邊坡在集中強(qiáng)降雨期間發(fā)生巖土體崩塌等地質(zhì)災(zāi)害的可能性較大，因此，結(jié)合邊坡現(xiàn)狀，須對(duì)該處邊坡進(jìn)行進(jìn)一步加固處理。

3.2 邊坡穩(wěn)定性綜合評(píng)價(jià)

探地雷達(dá)勘測(cè)發(fā)揮了自身非侵入式探測(cè)的優(yōu)勢(shì)，可以對(duì)邊坡狀態(tài)進(jìn)行評(píng)價(jià)，從探地雷達(dá)勘測(cè)結(jié)果可知，本文中的LD5測(cè)線位置存在原始邊坡破壞問題，其原始擋墻已發(fā)生明顯變形。除此之外，最長(zhǎng)測(cè)線LD3中的坡頂位置也出現(xiàn)了一定程度的水土流失。而邊坡穩(wěn)定性的定量計(jì)算結(jié)果也表明LD3、LD5兩處剖面在天然狀態(tài)下的安全系數(shù)分別為1.232和1.162，小于相關(guān)規(guī)范要求，降雨條件下安全系數(shù)分別為1.077、1.058，可知邊坡實(shí)際安全儲(chǔ)備較小，安全系數(shù)小于相關(guān)規(guī)范要求。同時(shí)，通過兩剖面對(duì)比可知，LD5在兩種工況下的安全系數(shù)均小于LD3剖面，這也進(jìn)一步驗(yàn)證了探地雷達(dá)勘察結(jié)果。

4 結(jié)論

為保障某公路邊坡的安全性，本文對(duì)其進(jìn)行了勘察工作，并對(duì)其現(xiàn)狀邊坡的穩(wěn)定性進(jìn)行了分析，研究得出以下結(jié)論。1）利用探地雷達(dá)技術(shù)發(fā)現(xiàn)研究區(qū)域一處擋土墻厚度隨距側(cè)線起點(diǎn)距離增加而逐漸減少，且并未像其他側(cè)線一樣有明顯分界，說(shuō)明此處擋土墻已發(fā)生破壞。2）采用圓弧滑動(dòng)法，利用勘察成果對(duì)特征剖面進(jìn)行穩(wěn)定性計(jì)算，穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果表明，在降雨條件下，兩處特征邊坡的安全系數(shù)分別為1.077、1.058，說(shuō)明此邊坡在集中強(qiáng)降雨期間發(fā)生巖土體崩塌等地質(zhì)災(zāi)害的可能性大。

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