测斜仪在滑坡勘察中的应用

2013-04-14魏义亮

铁道勘察 2013年1期

魏义亮　陈　娟

(1.中铁工程设计咨询集团有限公司太原设计院，山西太原　030013；2.山西大学商务学院，山西太原　030031)

岩体内部水平位移可以通过钻孔测斜仪进行监测，是滑坡勘察中的基本方法之一。这种方法比较有效，可以很直观判断滑坡的滑动面深度、滑动方向、滑动速度以及判断边坡稳定性等，为滑坡的设计、治理、施工提供依据。因此，钻孔测斜仪在滑坡勘察中具有重要的作用。

1　测斜仪测量原理

测斜仪监测系统由仪器系统和测斜导管两部分组成。仪器系统一般由读数显示仪、传感器探头和标记有深度的承重电缆组成。测斜导管垂直埋设在需要监测滑坡位置的岩体里面(超过滑动面深度)，与岩体连成一体。导管内壁有互成90°的两对凹槽，以便探头的滑轮能上下滑动并起定位作用，若滑坡产生滑动，岩体会产生一定的位移，导管将随岩体一起变形。倾斜仪监测是用倾斜仪每隔一定时间逐段测量测斜导管的斜率，从而获得岩体内部水平位移及其随时间变化的原位观测方法。进行观测时，探头由导轮引导，用电缆垂向悬吊在测斜管内沿凹槽滑行。当探头以一定间距在导管内逐段滑动测量时，装在探头内的传感元件将每次测得的探头与垂线的夹角转换成电讯号，通过电缆传输到读数仪。

测斜管监测原理是根据摆锤受重力影响，测定以铅垂线为基准的倾斜弧角变化。设探头上、下两组导轮的距离为L，传感元件测得的探头与铅垂线的夹角为θ，则相应两测段之间的水平挠度量为L·sinθ，如果逐段测试全孔，则从孔底至孔口的总挠度量为∑L·sinθ，多次观测，则孔口总挠度量的变化值即代表孔口的位移。由于导管与岩体结合在一起，由此测得导管的变形，也就是岩体的水平位移(见图1)。

图1　测斜管工作原理

2　工程实例

该滑坡位于我国西南部某县城南侧。在自然和人类活动的影响下，从2004年12月以来该滑坡开始活动，并且活动越来越强烈，造成滑坡后缘开裂，坡脚的房屋建筑严重变形，严重威胁县城人民的生命财产安全。

2.1　工程地质条件

(1)地形地貌

该滑坡的区域地貌属于青藏高原大渡河高山峡谷区，地形高低起伏、陡峻，相对高差很大。该滑坡后缘高程为2 086 m，滑坡前缘高程为1 885 m，滑坡表层的坡角为25°

(2)地层岩性

该滑坡的地层岩性比较单一，表层为第四系松散堆积层，下伏基岩为古生界志留系变质岩。第四系松散堆积地层厚度为24～40 m，滑坡前段和中部比较厚，后段比较薄，其主要物质为块石夹黏砂土，块石的主要成分为石榴石和黑云母变粒岩。块石多为架空状，基岩的产状为35°∠40°。

(3)地质构造与新地质构造运动

该地区的地质构造为青藏滇缅印尼“歹”字形构造，应力比较集中，岩层受到的挤压比较强烈。新构造运动强烈，以抬升为主。多次的整体断块隆起，形成高差较大，坡度较陡的地形。

(4)地下水

在第四系坡积物中，块石具有架空、透水性强等特点，在勘察期间未发现坡积物中有地下水出露。下伏基岩为变质岩，含水微弱。

2.2　滑坡基本特征

该滑坡呈现典型的圈椅状，根据滑坡变形的特征，我们可以把该滑坡划分为三个区，即右侧牵引区(Ⅲ)，后部左侧牵引区(Ⅱ)和主滑体区(Ⅰ)三个区域。

2.3　测斜仪的布置

为了监测到滑坡的主滑动面位置、滑动方向、滑动速率，在滑坡体主剖面上两个钻孔中布置测斜仪进行监测，测斜仪布置见图2。

图2　测斜仪位置

2.4　测斜仪的监测成果分析

选取1号测斜孔(钻孔ZK12)详细分析测斜仪在滑坡勘察中的监测成果。钻孔ZK12处0～36.2 m为滑坡堆积体，36.2～44.8 m为古生界志留系茂县群第四岩组的石榴石二云母片岩。

测斜管中导管内壁互成90°的两对凹槽，其中一对凹槽方向与滑坡坡面倾向一致(设为A方向)，另外一对凹槽方向与滑坡坡面的走向一致(设为B方向)，监测时间为2005年4月23日～2005年10月15日。

(1)滑动面的确定

从图3看出，A向在43～29 m段，位移累加增量几乎为零，说明该段滑坡体稳定，未发生位移。在29 m处累加位移增量出现激增，说明滑动面在距离孔口29 m处。随着时间推移，A向累加位移量一直在增加，说明滑坡体处于缓慢滑动的状态。29～14 m段，A向累加位移量数值基本一致，说明该段内无滑动面，作为一个整体向下滑动。在14 m处A向累加位移量出现激增，但激增的位移量不大，说明该处未形成贯通的滑动面。14～0 m段，A向累加位移量逐渐增加，说明该段作为一个整体在向下缓慢滑动，但滑动速率从滑坡表层向下逐渐递减。

从图4看出，除在14 m处出现B向累加位移稍有激增外，其他基本上一致，说明滑坡滑动方向在B向上累加位移增量很小，可以忽略不计。

综上可以看出，该滑坡的滑动位置在距离孔口为29 m处，滑动方向与A向基本一致，即沿滑坡的倾向方向滑动，并且滑坡体处于不稳定状态。

图3　A向累加位移与孔深曲线

图4　B向累加位移与孔深曲线

(2)滑坡体表层滑动速率和方向

从图5可以看出，2005年4月21日～2005年8月19日，A向一直处于累加状态，测斜孔孔口A向位移累加为80 mm。由于该滑坡进行了应急治理和综合治理措施，2005年8月19日～2005年10月15日，滑坡滑动逐渐停止，滑坡体处于基本稳定状态。2005年4月21日～2005年10月15日时间段，B向孔口累加位移在10 mm之内，说明该滑坡体滑动方向与A向基本一致。

图5　孔口位移与时间曲线

从图6可以看出，2005年4月21日～2005年7月10日，A向平均速率为2～3 mm/d。2005年7月10日～2005年10月15日，A向平均每天位移量约为零，B向平均速率约为零。再次说明测斜孔孔口滑动方向与A向基本一致。2005年4月21日～2005年7月10日，滑坡处于不稳定状态，2005年7月10日～2005年11月7日，滑坡处于基本稳定状态。