边坡勘察技术在水利工程中的应用

2016-03-12马玉川

黑龙江水利科技 2016年5期

关键词：山体滑坡边坡

马玉川

(广西玉林水利电力勘测设计研究院，广西玉林 537000)

边坡勘察技术在水利工程中的应用

马玉川

(广西玉林水利电力勘测设计研究院，广西玉林 537000)

众所周知,水利工程直接关系到国计民生的各个方面,在水利工程中,边坡勘察的重点主要是为了弄清边坡的岩土参数以及工程地质条件,进而对边坡稳定性作出分析,同时制定工程治理措施。文章对边坡勘察的主要目的进行分析,并研究了边坡勘察的相关方法,同时分析了边坡常见地质灾害,并作出稳定性分析评价,进而提出边坡治理相关工程措施,为水利工程建设提供参考。

水利工程;边坡勘察;边坡稳定性；地质灾害分析；工程措施

在水利工程施工过程当中,地质勘察工作具有十分重要的意义。由于在地质勘察过程中，山区地形与地质条件相对复杂，若将山区作为兴修水利工程的选址，则要充分考虑地质条件尤其是山区的边坡部分，对整个水利工程的影响与制约。

1　边坡勘察技术的主要目的

在边坡勘察工作当中,边坡勘察技术的主要目的是相对精确地确定相关地段的岩石参数及边坡相关工程的地质条件,进而可以相对顺利地对边坡稳定性的进行研究分析,这样才可以制定出科学可行的工程处理方法及策略。边坡的稳定性优良与边坡的坡体结构及外部影响因素息息相关。由于边坡属于较为单一的岩土类型，它的相关稳定性与整个岩土体抗剪程度和临空面的坡度高低息息相关。然而边坡与硬质岩体皆呈结构面发育，导致结构面形态与抗剪强度共同作用于边坡的整体强度。比较松软的岩体,风化较为严重的岩体,或者已经破碎的均质岩体群,它们的整体强度与均质与松散土体极为相似[1-3]。

边坡随着岩土体的成分不同也形态各异。岩土体结构面的强度、形态和边坡坡面的组合关系决定了边坡的稳定性。应用边坡勘察技术进行勘察重点工作,其实是运用一些合理有效的的勘察方式方法,查明白边坡的坡体结构、相关的岩土参数以及它在周围的外部环境的作用或者影响下有什么样的变化,其中最关键的是查明最终能够决定坡体稳性的软弱层或者优势结构面以及影响它们的因素。应研究或者分析这些因素综合作用下边坡工程可能出现的变形破坏现象,尤其是降雨和地下水渗透对整个岩土工程的不良影响。

在山区开展比较大型的水利工程建设,由于受到当地的地质条件或者地质环境的限制和影响,会严重干扰我们的建设。但是由于边坡是山区地质极为重要的构成部分,因此要求我们对边坡的相关地质研究给予高度重视。随着我国水利工程建设不断研发和引进新型技术和设备，山区大型水利工程也逐渐增多[4]。相关工作人员以及研究学者对很多水利工程的实际经验教训进行了总结分析,并由此得出,水利工程整体建设过程中最重要的环节是对山体的边坡进行地质勘察。

2　边坡勘察技术相关方法

为了能够调查清楚山区边坡坡体结构的空间形态,在选择斜坡勘察方案和相关操作方法过程中，为了达到边坡勘察的目的，必须保证全方位点、线、面及空间层面的立体分析需求。根据工程运行的经验来分析，最直观反映方位关系的具体方案即地面勘察与测绘。借助于地面调查与测绘，在实际勘察过程中应地面露头条件良好的基本情况作初步的整体判断。然后再运用勘察的技术加以佐证并进行补充,完成勘察的总目的。若调查出地面露头的不利因素，则须运用槽探和坑探来进行深度勘探。根据实际经验分析，若想获取岩土体物理力学参数，需要工程经验的确定和相关反算，同时还需通过室内试验与相关现场原位测验，进而得到较为准确的参数值结果。

2.1室内试验

根据现阶段抗剪强度的室内试验发展情况来看，大致分为两类：直剪试验与三轴试验。二者各有优劣。前者操作简单方便,过程相对简练，但是试验过程与实际情况存在较大差异，准确度相对较低。后者准确模拟了岩土的实际受力条件，但是操作程序相对繁冗。总之，二者皆具有一定的局限性，在实际应用过程中只能作为参考性试验结果。

2.2现场原位测试

现阶段我国的现场原位测试主要采用原位剪切试验，选取的试验点须与坡体受力情况相符。根据实际经验来分析，无论选取何种勘察方法，必须要结合坡体实际情况，勘察坡体在不同状态与不同含水量下的抗剪强度指标，并根据相关数据基础，有针对性的对不利工程情况进行稳定性分析。根据工程经验与相关统计数据与资料来看，大型边坡还必须通过岩体应力测试、空隙水压力测试、动力测试和模型试验等一系列测试。而模拟相似重力条件成为模型试验过程中的难点[5-7]。

3　边坡地质灾害分析

3.1山体滑坡成因及预防措施

山体滑坡是水利工程在进行地质勘察过程中必须首先考虑的重大地质灾害。山体滑坡具有时间短、破坏性大等特点。它能再极短的时间内掩埋房屋，破坏甚至摧毁工厂和矿场，在相关路段发生山体缓坡则会导致交通受阻，中断人员及物质运输，同时污染物会堵塞江河形成堰塞湖，严重破坏江河、农田等。不但使人民群众遭受巨大的生命财产损失，也会严重打击国家经济建设的长足发展。山体滑坡多发生与雨季和冰雪消融的时区，常见于山谷坡地，各类露天采矿场所，水库坝址，渠道等场所。造成山体滑坡的具体原因也很多，主要表现为建筑施工过程中滥挖、矿场开发滥采、公路不合理施工、大规模强降水、山体断裂、冰雪消融、地震等等。滑坡会导致斜坡体前面出现滑动空间，两侧出现切割面等等。例如，我国西南地区主要为丘陵地貌，山体繁多，山势险要。在西南地区沟谷河流众多，多贯穿于山体之间，切割山体，导致斜坡体和切割面具有滑动空间，从地质条件来看，极大地推动该地区山体滑坡现象屡有发生。

大规模的强降雨是山体滑坡的主要破坏因素。大规模的强降水导致雨水不断向山体内部渗透，斜坡体的土石层在雨水的的冲刷和渗透下达到饱和点，导致山体的重量不断增加，土石层逐渐松动，抗剪强度逐渐下降，当到达一定程度就会形成滑坡。而地震对滑坡也会造成极大的破坏性推动力，究其根本，地震的强烈作用会导致土石方的内部结构受到破坏，发生断裂，抗剪强度下降，也极大地增加了滑坡灾害的发生几率。要想有效地防止山体滑坡灾害，就必须有针对性地进行山体滑坡防治，对症下药，综合治理。

3.2泥石流成因及预防措施

泥石流多发于山区的雨季，作为一种常见的山区地质灾害，它呈断裂分布，伴随着强烈的新构造运动。泥石流多发于地震频繁、水土流失严重的山区。当山区经历数年干旱后强降雨，积雪大面积融化时，泥石流的发生率就会提升。它与洪水相伴而生，大水冲击泥沙和石块，呈爆发之势，形成严重的地质灾害。

泥石流的主要防治措施主要表现为：①植树造林，在泥石流频发的地区进行植被建设，增加土壤的抗剪程度，缓解水土流失，进而减少泥石流的发生频率；②修建防洪堤坝，人为调控地表的水流，稳定地表水流；③修建防排洪道，保证水流的排泄通畅性。

3.3山体崩塌成因及防治措施

崩塌灾害多发于边坡，来势凶猛，对水利工程造成毁灭性的损害，同时对交通干线进行破坏，导致交通不便。山体崩塌会导致堆积物堰塞河道，上升的水位会毁坏路基。岩石构造的水利工程会造成山体崩塌，同时不合理的工程活动，以及滥采滥挖也会大致边坡崩塌。同时一些爆破工程若未能严格按照程序，不当的爆破，也会导致边坡崩塌。在水利工程的设计和施工过程中，都要严格按照标准进行施工,在具体的开采和挖掘过程中必须严格按标准和程序执行，保持山体的平衡，才能减轻崩塌发生的可能性。针对松散的岩体与构造不完整的地段，必须禁止大爆破施工，减少技术错误，避免出现崩塌。当前,我国在这面已经有了丰富的经验,可以利用拦截、支挡、护墙、护坡这四种方式进行预防。

4　边坡的稳定性分析

进行边坡稳定性分析的前提条件是斜坡勘察所得到的数据和相关资料,稳定分析包括定性和定量分析两部分。若定性分析与定量分析的结果不同,就应该用检验计算的方法来检测误差,并且重新进行计算。

4.1边坡稳定性的定性分析

边坡稳定性的定性分析归因于此类分析综合考量其稳定性的影响因素，以最快速率判断边坡稳定性以及将来的发展趋势。水利工程中在分析滑动和稳定之间的关系时会结合边坡的自然环境和影响因素,对边坡的稳定性进行程度分析，即工程地质分析法。这也是进行稳定性定性分析的基础。在这种情况下,边坡的不稳定形成于不良地质基础上,发育初期会有地貌特征表现出来。所以在进行边坡稳定性的定性分析时,就要综合考虑边坡的底层、岩石属性、地质结构、水文条件等参数,并对周围稳定性较强的边坡进行对分析比对,此外,还可以把这些参数与类似地质条件的稳定边坡以及不稳定边坡进行对比,由此正确判断该边坡的稳定性。边坡的稳定性比较多变,如地壳变化、斜坡的负荷过重、风化等因素都增加边坡的下滑力,大大降低边坡的稳定性。

对于这种现象,在进行工程地质的勘察时,只要选用合适的勘察方法就能够分清楚导致边坡稳定性发生变化的主要因素和次要因素,有效地预测影响因素的发展态势，就能对边坡的稳定性进行可靠的定性分析。另一种对边坡的稳定性进行定性分析的具体方法,即对边坡的滑动现象和发展方向进行分析。滑坡现象在不同的阶段会有不同的变化现象,一旦掌握了它们的变化规律,就能够明确当前滑坡的阶段以及预测将来的发展趋势。

4.2边坡稳定性的定量分析

只有对边坡稳定性的定性分析完成,才能开始进行对它的定量分析。在进行定量分析时,必须要参考边坡的地质剖面参数,对边坡的稳定性做出评价是建立在静力平衡理论的基础上,由此可以得出相对应的稳定系数。这中方法叫做传递系数法,这也是现在水利工程建设中使用非常普遍的一种定量方法。

5　边坡处理的工程措施

在掌握影响边坡稳定性的因素之后,了解到提高边坡的稳定性需要运用合适的工程措施,防止由于边坡下滑而使工程建设受影响的方法就叫做边坡处理的工程措施。这些措施主要包括将边坡的负重减轻,阻断地表降雨和地下水以及支挡加固这3种方式。在制定有关的处理方法之前,应该先找出导致边坡失稳下滑的主要原因并进行讨论分析,然后再确定变形的范围、类型以及程度,最后再来选择最恰当的方式进行处理。岩体和土体的参数变化、地下水的变化等这些都是影响边坡稳定性的不确定因素,通过分析这些不断变化的因,就可以追溯到影响边坡稳定性的最根本的原因,这也可以作为今后边坡处理的工程措施的参考方法。