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工程地質問題滑坡實例

發布時間: 2021-02-24 09:00:16

『壹』 汶川地震中出現了哪些工程地質問題

汶川抄地震誘發的滑坡、崩塌、不穩定斜坡(震裂山體)和泥石流等主要次生地質災害的主要類型及特徵進行了較系統地分析研究。結果表明,強震誘發滑坡災害發生特點與岩性結構和地形條件有較明顯的關系,在硬岩、軟岩和鬆散堆積物分布區,滑坡的啟動、運動和停積形式有較大的差別,但總體上都具有高速、高動能、強大動力等特徵。強震誘發的崩塌主要包括高位大型崩塌;小規模塊石崩落、拋射;崩塌誘發大規模滑坡3類。強震條件下大多數崩塌都表現出一定的水平拋射特徵。強烈的地震動力使極震區眾多山體大范圍震裂松動,形成了大量震裂山體。這些震裂山體的地表裂縫具體又可細分為斷裂裂縫、震裂裂縫和滑裂裂縫3類。汶川地震形成了巨量泥石流物源,再加上震後泥石流爆發的臨界降雨量大大降低,其啟動和運動方式發生明顯改變,在今後數年內,泥石流將是影響災區恢復重建的最大地質災害隱患,應高度重視,採取切實有效措施加以防範。

『貳』 在土木工程中,容易遇到的不良工程地質問題有哪些,並舉例說明

其實所謂的不良地質問題在工程前期地勘報告中都會提到,主要的就是膨脹土、濕陷性黃土、橡皮土等。就說膨脹土吧,以前做過一個項目碰到過,由於回填時沒處理到位,導致雨季土壤遇水膨脹,地坪全部漲裂。

『叄』 因地質問題而失效的水利工程案例有哪些

水利工程的建設主要面臨的地質問題:
1、水庫開發對周邊山體切割導致滑坡;專
2、蓄水壓力作用可能屬導致地震;
3、水庫滲水導致周邊地下塌陷、溶洞等.
水電工程地質存在的問題很多,除了與其他工程類似的區域地殼穩定、壩基、邊坡和地下洞室岩土體的穩定性等問題外,還有庫壩滲漏、水庫庫岸穩定、水庫淤積、濱庫地區浸沒、水庫誘發地震的問題。
一般解決的思路是針對具體的工程地質問題分階段進行專門勘察,並進行穩定性計算和治理設計,然後付諸施工,用工程的方法進行改善.例如邊坡問題,先進行地質填圖調查,然後設計勘探類型和位置,等勘探施工完成後計算邊坡穩定性,如果不夠穩定即進行治理,設計抗滑樁,盲溝等等,最後是治理措施的施工.

『肆』 近5年來的大的地質災害實例(地震,滑坡等)要把其時間,災害種類及危害等資料搞得越詳細越好

上中國地震局官網上去找找,上面有地震立即目錄。

『伍』 滑坡風險分析實例研究

本文譯自Geotechnical and Geological Engineering,2003(21):113~127。

G.L.Sivakumar Babu1M.D.Mukesh1

趙玉軍2譯 朱汝烈2

1Department of Civil Engineering,Indian Intitute of Science,Bangalore,India;2中國地質調查局水文地質工程地質技術方法研究所,河北保定,)

【摘要】在喜馬拉雅地區,通過運用隨機現場模型,結合斜坡穩定性分析,對由於土體參數易變性引起的滑坡風險不確定性進行研究。在滑坡地區一個典型斜坡的水平方向和垂直方向上,就試驗樣品數量、承壓水位的變化和地震效應等的准確程度的空間差異性影響進行了研究。結果表明土體參數的偏差程度、土體參數的空間分異、試驗樣品的數量和承壓水位的變化對滑坡地區斜坡穩定性的影響尤為顯著。結果同時表明,用均勻變化的假說來判斷斜坡穩定性是保守的。研究成果是一個有益的成功的範例;同時應指出,地下排水形式的緩解措施能改善滑坡地區斜坡穩定性。

【關鍵詞】滑坡孔隙壓力變化安全性斜坡穩定性空間變化

符號目錄

F(v)——累積概率分布

E(v)——分布預期平均值

σ(v)——分布標准偏移

m,δ——分布系數

ρ——自相關函數

α——離散系數

δx,δv,δz——距離偏置

Dh,Dv——水平和垂直相關性距離

P(f)——事故概率

1前言

在喜馬拉雅地區,滑坡已成為導致人們生活和財產大量損失的主要災害問題。滑坡通常是因存在諸多觸發機制而產生的,例如下雨引起斜坡內承壓水位的升高,地震、植被類型改變及人類建造活動等。通常情況下,對山區地帶的公路沿線和住宅區的斜坡都按傳統的安全因素邊界條件進行了穩定性評價。同時,考慮到滑坡地區的土體參數的變化無常,所以為了更優良的工程施工,著力進行有關土體參數變化影響的研究,與研究承壓水位變化和地震強度同屬必需。就斜坡安全性方面而論,這比用傳統的安全因素邊界條件方式來闡述,顯得更較為全面。

本文主要介紹對一個典型滑坡進行的研究。通過使用類似於Vanmarcke(1977)和Calle(1985)公式的一個隨機抽樣現場模型,對土體參數變化的影響進行研究,並計算事故發生的概率。在喜馬拉雅地區國道公路的一個路段斜坡安全性評價中,探討了水平方向和垂直方向上的空間差異性。研究成果在確定水平方向和垂直方向上土樣的最佳采樣間距,以及為穩定斜坡目的而設計地下排水緩解措施等方面,都很適用,從而提了高斜坡穩定性。

2背景資料

對斜坡穩定性的不確定性已做了長期的研究。一些研究者對斜坡穩定性問題提出了各自具有影響的見解。Chowdhury(1984)提出的斜坡概率分析,對評價多種斜坡穩定措施的設計方案很有幫助。Christian等(1992)認為,概率原理應用得是否恰當,取決於對事故相對概率或對設計不確定性影響的鑒別。Mostyn和Li(1993)指出,概率分析為指導斜坡設計者制訂方案提供了信息指南。根據 Morgenstern(1997),滑坡問題受不確定性困擾,出現在包括從位置判定、物質參數評價到分析與設計等環節,貫穿於用概率法進行評價的各個階段。這些研究對解決不確定性影響問題提供了有益見解。

3可忍受風險標准

在多數情況下,基於f-N比率〔災害頻度(f)和災害總數(N)〕的年事故概率觀點,是按安全性和穩定性極限標准,對斜坡現有的穩定狀況進行判定的有用基準。單純的滑坡定量風險分析包括判斷導致不良後果的潛在事故的風險。滑坡事故描述(尤其為了分區目的)應該包括滑坡特徵和發生滑坡的概率。一旦了解了具體事故的發生概率,就可對風險進行評估。很多研究者和工程師已擬定了一些有關可忍受風險標準的准則。他們指出,滑坡事故增添的風險與其他各種風險相比起來,並不顯著突出,其他那些風險是應當減小至「既低而又合理適用」

原文為As Low As Reasonably Practicable(ALARP)。程度的。

建立可接受標準的一條途徑,是考察相關地區諸如工業事故和大壩等所採取的標准。在英國,土地使用計劃的風險標准,是基於附近工業區的相關事故年基準f-N比率加以制定的,並建議其年下限和上限分別為每年10-4和10-6。大壩風險評估已有長足發展,並在如美國和加拿大等很多國家使用,中國香港將其引用於評價斜坡。經常推薦那些風險要求盡可能低,但又可行的地區類似的可接受極限,同時可舉出財政費用損失的極限。Cruden和Fell在這方面提出了傑出見解。最近,美國陸軍工程兵軍團(US Army Corps of Engineers)特別推薦了針對事故和水資源的相關安全指數和基礎設施項目概率目標(表1)。

表1堤壩安全性標准指標(美國陸軍工程兵軍團,1999)

通常,安全性評價是參數和模型不確定性的一個函數。根據事故概率參數的不確定性影響得出易變性影響的概念。由於不能准確地了解事故過程,模型不確定性的影響非常復雜。在本文實例中,對滑坡地區滑動斜坡的背景分析表明,可把其滑動面視為弧形滑動或大直徑滑動,因而使用必肖普(Bishop's)法進行分析。

4地貌學

由於構造運動、褶皺、斷層和褶皺基岩地層的原因,沿喜馬拉雅地區Sutlej峽谷內、22號國道公路(National Highway NH-22)兩旁的斜坡是破碎脆弱的。沿Sutlej河岸上的國道公路受破碎斜坡影響的不穩定路段長約500m,滑坡頂部高出河岸約200m。斜坡表面坡度在35°到50°范圍內變化。該地區經常發生滑坡事故,Jagannatha Rao等人詳細描述過滑坡地區的地質詳圖和地質岩土特性(1998)。作為地質岩土野外勘察項目的一部分,提前鑽了4個深度6~23m的鑽孔。圖1所示為該地區斜坡的土體層次。在斜坡的坡頂和坡腳分別鑽了一個鑽孔。在滑坡地區的中間位置進一步鑽進了兩個鑽孔。然而,笨重的鑽機需佔用較大的空間,且在易碎斜坡上安裝鑽機非常困難。崎嶇斜坡陡峭的地形也阻礙了在這類地區鑽孔的可能。滑坡區的土體由挾有破碎岩塊的粉砂質砂組成。直剪試驗得到的剪切系數顯示,其內內摩擦角范圍為300~470,粘聚力為0~100kPa。鑒於滑坡頻繁發生和維持滑坡穩定的重要性,必須在滑坡區使用安全性和風險觀念進行評價,進而建立准則。以下內容主要介紹滑坡區現場模型的應用,並對所獲成果進行了討論。

圖1Powori滑坡地帶橫斷面圖

5隨機現場模型

早期背景資料表明,對包括隨機無序樣品的不確定性,通常使用隨機現場模型進行評價。在穩定性分析時所輸入參數的不確定性,對事故發生概率分析的影響很大。安全系數低於1.00的斜坡,發生滑坡的概率屬潛在事故概率。結合必肖普法,使用「先正常狀態、然後瞬間」

原文:First Order Second Moment(FOSM)。的法則對事故概率進行評估。粘聚力和內內摩擦角的概率分布採用對數形式表示。

地質災害調查與監測技術方法論文集

地質災害調查與監測技術方法論文集

式中:m和δ為分布系數;F(v)是作為隨機變化v預期平均值和標准偏差E(v)和σ(v)的累積概率分布。已有文獻證實了剪切強度參數使用對數分布的有效性。早期的概率分析表明,單位重量的變化不太重要,故無需考慮單位重量的變化。自相關函數ρ(δx,δy,δz)系作為距離偏置函數的任意兩點間的相互關系,可寫為:

地質災害調查與監測技術方法論文集

式中:Dh和D為自相關系數,它們與高差起伏比例有關。δx、δy、δz分別為在x、y、z方向任意兩點間的空間距離。參數a是垂直變數(相對於沿鉛垂線的平均值的波動變化)與整體變數(相對於整個覆蓋堆積物的平均值的變數)之比值。令a=1,自相關函數呈現出文獻中經常推薦的傳統高斯(Gaussian)形態。概率分布和自相關函數確定了隨機模型的徹底完善。參數分析旨在研究垂直和水平相關距離、粘聚力和內摩擦角系數變化、承壓水位的變化和地震活躍系數變化等對相關事故概率的影響。對參數進行分析可以導出在傾角為47°的斜坡上臨界剖面的標准計算值(F=1.06)。表2所示為研究中使用的變數和相關值的變化范圍。從直接剪切試驗得出強度參數值,用於分析的材料的平均參數:粘聚力為50kPa,內摩擦角為35°,單位重量為18kN/m3。(Calle,1985)在文獻中曾提到,在其他地區使用這一模型也很適宜。

表2參數研究中使用的變數及其數值變動范圍

6結果和討論

本項研究的主要目的是滑坡地區土體斜坡有關特性的影響,並指出其定量化的重要性。只有對滑坡地區進行詳細的勘察,才能獲得准確的易變性評估。在現有分析中使用了粘聚力和內摩擦角變化率(C.O.V)、空間相關距離和承壓水位變化,主要是為了在滑坡區盡可能地控制破壞范圍。

6.1試驗樣品數量(N)的影響

所有試驗樣品都影響概率分析的結果。大量的試驗可增強分析中所使用的強度參數輸入值的置信度水平。然而,大量試驗也將導致土樣的過量採集。所以,在對場地進行勘察之前,預先確定試驗樣品的數量是很重要的。這在對相似項目進行穩定性分析並建立准則方面也很有用。在該滑坡地區共進行了25次試驗,主要意圖是檢查參數對事故概率的影響。圖2(a)所示為試驗樣品的數量對事故概率的影響。從圖2(a)可看出,試驗樣品對事故概率的影響很顯著。圖2(b)所示為與樣品數量相關聯的粘聚力和內摩擦角系數變化因素對事故概率的影響。當粘聚力和內內摩擦角變化率范圍為0.1到0.3時,影響最顯著。

圖2

(a)實驗樣品數量對事故概率的影響

(b)與實驗樣品數量相聯系的粘聚力及內摩擦角系數變數對事故概率的影響

6.2空間非均質性

土體的不同內在性質特性引起土體參數在水平和垂直方向上發生變化。若按傳統的穩定性計算,則不可能確定土體參數的空間變異。然而,通過對該場地進行詳細的勘察,在概率采樣網范圍內對斜坡穩定性進行分析,可以更好地記錄和融合土體參數變化情況。用空間相關間距和變異函數來表示既定土體剖面的非均質性界限是適宜的。判定空間相關間距,要求對場地進行全面、詳細的勘測和試驗,這對每個項目而言並不一定適宜。根據以往的研究可確定這些參數的分布,並指導樣品的採集。土體特性的相關間距,對土體變化來說是一個有用的描述符值。它表明,如果土體采樣的距離低於相關間距,可很好地獲得真實的土體特性變化情況。所以,空間相關間距對現場勘察很有幫助。也可以把它作為土體內在變化的一種定量參數,用於土體斜坡風險的分析。所以,為了揭示空間相關間距對穩定性分析的敏感性,應使水平和垂直相關間距都在額定值范圍內變動。

6.3 水平相關間距(Dh)的影響

水平相關間距相當於在水平方向上土體性質達到穩定時的最小距離。本研究中,水平相關間距的變化范圍為10~200m,同時使其他所有參數保持為恆量。圖3(a)所示為水平相關間距在粘聚力和內摩擦角變化率不同時對事故概率的影響。從圖3(a)可看出,若增大水平相關間距,可能稍微降低事故概率,尤其在變化率低的時候更為顯著。圖3(b)更清楚地表明了,在變化率數值微小的變動范圍內(0.1~0.3),事故概率增大的情形,直到水平相關間距為50m時,事故概率才會降低,並隨後保持恆量。這表明在上述或相似情況下,將采樣間距定為50m是最適宜的。

圖3

(a)水平相關間距對事故概率的影響

(b)與水平相關間距相聯系的粘聚力及內摩擦角系數變數對事故概率的影響

6.4垂直相關間距(Dv)的影響

垂直相關間距的變化范圍是0.1~10m,為研究垂直相關間距對事故概率的影響,設令其餘參數均為常量。圖4(a)為垂直相關間距在粘聚力和內摩擦角變化率不同時,對事故概率的影響。從圖4(a)可明顯地看出,在0.1~5m很短的間距范圍內,事故概率隨垂直相關間距的增加而增大。然而,當垂直相關間距的變化率很大時,對事故概率的影響並不太明顯。圖4(b)也證實,僅當粘聚力和內摩擦角變化率達到30%時,對事故概率的影響才顯著。得出的結論是,垂直相關間距應為5m或低於設計值。同時,在取樣困難的岩層內,相鄰孔段很難採集樣品,且很費錢。本成果建議,相鄰孔段的更多信息對垂直剖面是有用的,能更明確地說明事故概率。和水平相關距離不同,垂直相關距離對事故概率的影響非常大。結果表明,該場地採用5m為相

圖4

(a)垂直相關間距對事故概率的影響

(b)與垂直相關間距相聯系的粘聚力及內摩擦角系數變數對事故概率的影響

關距離最為適宜。然而在另外一些地區,參數的變化通常須視具體場地而定。這一結果進一步證實了在水平和垂直方向上,與土體參數變化相關的資料數據的重要性。

6.5空間非均質性中的各向異性影響

在一些研究中,通過用均質性假說(此處 Dh=Dv)來確定空間非均質性的影響。當 Dh=Dv,並且無限擴大時,可假定強度參數在空間范圍完全相關。然而,這種假定與非均質性並不一致。僅僅當水平和垂直方向所有信息對非均質特性都適合時,才能簡單地闡述水平和垂直相關距離的相對影響。在表3中總結了此方面的研究。結果表明,空間均質性變化假說過度評估了事故概率,所以是保守的,尤其當變化系數很小時。很明顯,可對分析中使用的強度參數在水平和垂直方向的變化情況進行單獨研究,通過對土體的非均質性描述來進行穩定性評價。

表3各向同性和空間各向異性變化對事故概率的影響

上述內容清楚表明,在土體斜坡風險分析中,與描述試驗數量和鑽孔水平和垂直距離一樣,研究土體強度特性的空間變化是很重要的。

6.6孔隙壓力的影響

通常根據滲透性評估來研究孔隙壓力。很多研究者已經認識到了有關孔隙水壓力的不確定性以及孔隙水壓力與斜坡穩定性關系的重要性。有人通過規定平均孔隙壓力和孔隙壓力比變化率,來研究孔隙水壓力的不確定性影響。在現有研究中,通過測定水壓坡降線的標准偏移來研究孔隙壓力的影響。假定其孔隙壓力一般按照承壓水位的預期平均值分布。圖5所示為關於水壓坡降線標准偏移的事故概率變化。滑坡剖面坡角約近似為47°,因此對坡角為25°、30°和35°的三個水壓坡降線,和1~10m的標准偏移進行研究。對25°的水壓坡降線進行觀察發現,事故概率在標准偏移超過6m時的增加很大。然而,對30°和350的水壓坡降線進行監測發現,孔隙壓力的影響超過了所有水壓坡降線的范圍。很明顯,水壓坡降線中很小的增加值,都將增大事故發生的概率。成果強調了在斜坡研究中對孔隙壓力變化進行適當觀察的必要性;同時指出,研究水壓坡降線的角度和水壓坡降線的標准偏移,對斜坡進行安全性評估是有可能的。

6.7地震系數的影響

在該地區經常發生不同等級的地震,造成額外的損失。圖6所示為地震系數對事故概率的影響。通過水平地震相關系數的變化(0.05~0.25)來研究地震對滑坡事故概率的影響。例如,在變化系數為10%的情況下,事故概率的增加很大。當地震系數從0.05增加到0.25時,事故概率從8.4×10-23增加到0.3。結果表明當發生了相關系數為0.2的地震時,在滑坡區可能發生斜坡事故。

7結束語

本報告力圖對一個典型滑坡區的不穩定性風險進行評估。結果表明,概率分析對判定土體天然變化性、斜坡性質和評價不穩定性是一種有力工具。進一步研究表明,確定所需試驗樣品數量、水平和垂直采樣距離和滑坡觸發因素(如孔隙壓力變化和地震力),對滑坡穩定性評價也很有幫助。滑坡穩定性評估也可用於幫助設計緩解措施。

圖5孔隙壓力變數對事故概率的影響

圖6水平地震系數對事故概率的影響

對滑坡區穩定性評估的研究提出以下幾點建議:

(1)若有更多的采樣點條件及其在水平和垂直方向位置的數據,可為安全性評估提供更適宜的根據。

(2)成果清楚的表明,空間變化對事故概率的影響極為顯著,而均質性變化的假設是守舊的。垂直相關距離比水平相關距離的影響更顯著。

(3)需要清楚地確定承壓水位,分析滲入點和降雨入滲,與相應標准偏移一起恰當地確定水壓坡降線。

(4)當地震等級與最大水平相關系數為0.2或更大、且相一致時,容易發生滑坡事故。

『陸』 地震滑坡典型實例分析

北川陳家壩太洪村滑坡具有明顯的階狀滑床特徵(照片5-12)。滑坡體由志留系砂頁岩和內板岩構成。上部滑體高約容70m,寬100m,縱長50m,體積約35×104m3。上部滑體與下伏基岩發生強烈撞擊,並觸發下部滑坡,台階到河床高差約150m,寬200m,縱長150m,滑坡堆積體厚約50m,體積約150×104m3,產生滑坡壩堵塞河流,形成堰塞湖。滑坡高位拋出後,撞擊對岸高地,形成約2×104m3土石碎屑濺落體,同時,亦形成強大氣浪壓覆麥田,顯示氣墊特徵(圖5-5)。

圖5-5 太洪村階型滑坡剖面Fig.5-5 Section map of Taihongcun staircase-shaped landslide

汶川地震地質與滑坡災害概論

汶川地震地質與滑坡災害概論

照片5-12 北川陳家壩太洪村階型滑坡Photo 5-12 Staircase-shaped landslide at the Taihongcun,Beichuan

『柒』 常見的工程地質問題有哪些

風化、破碎岩層。風化一般在地基表層,可以挖除。破碎岩層有的較淺,可以挖除。有的埋藏較深,如斷層破碎帶,可以用水泥漿灌漿加固或防滲;風化、破碎處於邊坡影響穩定的,可根據情況採用噴混凝土或掛網噴混凝土罩面,必要時配合注漿和錨桿加固。

斷層、泥化軟弱夾層。對充填膠結差,影響承載力或抗滲要求的斷層,淺埋的盡可能清除回填,深埋的注水泥漿處理;淺埋的泥化夾層可能影響承載能力,盡可能清除回填,深埋的一般不影響承載能力。斷層、泥化軟弱夾層可能是基礎或邊坡的滑動控制面。

鬆散、軟弱土層。對不滿足承載力要求的鬆散土層,如砂和砂礫石地層等,可挖除,也可採用固結灌漿、預制樁或灌注樁、地下連續牆或沉井等加固;對不滿足抗滲要求的,可灌水泥漿或水泥黏土漿,或地下連續牆防滲;對於影響邊坡穩定的,可噴射混凝土或用土釘支護。

滑坡體。斜坡內可能沿滑動面下滑的岩體稱為滑坡體。滑坡發生往往與水有很大關系,滲水降低滑坡體尤其是滑動控制面的摩擦系數和黏聚力,要注重在滑坡體上方修築截水設施,在滑坡體下方築好排水設施。防止滑坡,經過論證可以在滑坡體的上部刷方減重,未經論證不要輕易擾動滑坡體。

地下水發育地層。當地下水發育影響到邊坡或圍岩穩定時,要及時採用洞、井、溝等措施導水、排水,降低地下水位。

對結構面不利交匯切割和岩體軟弱破碎的地下工程圍岩,地下工程開挖後,要及時採用支撐、支護和襯砌。支撐多採用柱體、鋼管排架、鋼筋或型鋼拱架,拱架的間距根據圍岩破碎的程度決定。

岩溶與土洞。當建築工程不可能避開時,可挖除洞內軟弱充填物後回填石料或混凝土。不方便挖填的,可採用長梁式、桁架式基礎或大平板等方案跨越洞頂,也可對岩溶進行裂隙鑽孔注漿,對土洞進行頂板打孔充砂、砂礫,或做樁基處理。

『捌』 舉例說明工程地質學應用的領域 簡述滑坡的主要影響因素

2、簡述滑坡的主要影來響因素。(自30分)
答:滑坡是斜坡上土體 、岩體或其他碎屑堆積物沿一定的滑動面作整體下滑的現象。
影響滑坡的主要因素:
1.岩性:鬆散堆積層的滑坡主要和粘土有關。基岩滑坡主要與遇水容易軟化的岩石有關;
2.構造:滑坡與構造的關系主要有兩個方面:一是與軟弱結構面的關系,不論是鬆散堆積層還是基岩,滑動面常常發生在順坡的層面、節理面、不整和接觸面、斷面層(帶)及劈理頁理面上;二是與上部透水層和下部不透水層的構成特徵有關。
3.地貌:滑坡與地貌的關系主要是通過臨空面、坡度和坡地基部收沖刷來體現的。
4.氣候:氣候主要是通過降雨和溫度對滑坡產生影響。
5.地下水:絕大多數滑坡都是沿飽含地下水的岩體軟弱面發生的。
6.地震:地震可通過松動斜坡岩土體結構、造成破裂面和引起弱面錯位等多種方式,降低斜坡的穩定性。另外,地震作用力突然施加還會對斜坡的破壞產生觸發效應。
7.人為因素:人工切坡過陡、用大爆破方法施工等人為因素促使滑坡發生。為了了解滑坡的穩定性,要查明滑坡形態、范圍、結構特徵等。

『玖』  崩塌勘查典型實例示範

1.5.1長江三峽鏈子崖音頻大地電場法、甚低頻電磁法裂縫、岩溶、煤洞勘測

鏈子崖位於長江三峽兵書寶劍峽出口處右岸,瀕臨江邊的陡崖主體由二疊系棲霞組灰岩構成,底部為煤系軟弱層。在長約700m,寬30~180m范圍內發育有58條裂縫,將岩體切割成3個危岩區,即南部的I區To至T6縫區和北部的Ⅲ區T8至T12縫區以及中部的Ⅱ區T7縫區。其中T8至T12縫區危岩體緊臨長江,南、西分別被T8、T9、T11縫和T12縫切割,北、東兩側臨空,底部煤層基本被采空,是防災治理、監測預報的重點險段。

到20世紀80年代中期,經過長期的大量調查研究工作,鏈子崖可見裂縫的分布情況已基本查清;但是,在表土覆蓋地段的裂縫分布、延伸、連通交切情況,隱伏構造、岩溶、煤洞的分布等尚不清楚。針對上述問題,地質礦產部水文地質工程地質技術方法研究所於1988年採用了音頻大地電場法、甚低頻電磁法勘測裂縫、岩溶、煤洞的分布情況。

1.5.1.1 隱伏裂縫勘測

基於裂縫發育的不規則性和地形條件,勘測中採用了異常追蹤法:即從已知裂縫的隱沒端開始,根據裂縫和異常發育趨勢布設勘探剖面,同時輔以現場地質調查,進行異常的定點、連接,循序漸進,直至查明(圖1-1)。裂縫上方的音頻大地電場和甚低頻電阻率異常曲線一般形態尖銳,幅值較大(圖1-2)。

裂縫勘測結果表明:鏈子崖南部Ⅲ區和北部I區裂縫已相互連通。特別是確定了Ⅲ區分布的 T8-1、T8-1-2、T9、T11裂縫均與T12裂縫連通以及T8-0縫向SE方向延伸至陡壁邊緣,對危岩體穩定性評價至關重要。勘探結果在隨後的工程探槽(圖1-3)和聲波跨孔測試中得到驗證。

1.5.1.2隱伏煤洞勘測

圖1-1追蹤裂縫的測線布置及異常分布

鏈子崖的變形與底部馬鞍山組(P1mn)煤層采空有直接關系。根據調查訪問資料,鏈子崖底部有採煤巷道20餘條,基本沿地層走向分布。為了解其存在狀況,用音頻大地電場法和甚低頻電磁法在鏈子崖頂部展開了面積性勘測。

煤洞的電場異常不同於裂縫,一是幅值較小、寬度較大、規律性較強(圖1-4a)。

勘測共確定煤洞14條,煤洞走向與岩層走向基本一致(SW—NE),長度300~400m,間隔30~40m,勘測結果和實際情況相符。

1.5.1.3隱伏岩溶勘測

平行於鏈子崖陡崖,勘測中追蹤發現一條幅值高、寬度大的異常(圖1-4b)帶近南北向發育,其東側裂縫發育,西側則明顯減少;該異常帶與北部的黃泥巴壁相接,根據異常形態、結合地質特徵分析,推測為一岩溶發育帶,後期的勘探工程證實了這一推測(連克等,1991)。

圖1-2隱伏裂縫實測剖面(T9縫前端)

圖1-3TC3工程探槽展示圖

1.5.2鏈子崖隱伏裂縫的聲波檢測

鏈子崖危岩體存在12組50餘條裂縫,出露最寬約2m,深不可測。其中T8及T9裂縫,北端隱伏於覆蓋層下,是否延伸與T12縫貫通,成為查明岩體結構與方量和確定治理工程設計的關鍵,為此,在上述裂縫延伸的關鍵部位,布兩鑽孔,孔距21m,深150餘m。由地質礦產部水文地質工程地質技術方法研究所於1989年承擔跨孔聲波測試,查明裂縫的延伸及傾向。

現場地質剖面概況及跨孔聲波測試示意圖如圖1-5a。採用等高同步測試法、扇面測試法,測取的波形記錄分別如圖1-5b及圖1-5c。這些記錄的推論是:接收到的是繞射波,其地質模型應如圖1-5d,即裂縫張開無充填。顯然,只有存在地表覆蓋層的繞射波,才會出現發射與接收點靠近覆蓋層聲傳播時間短,遠離覆蓋層則聲傳播時間加長。為證實現場測試推斷是正確的,在室內按推理的地層模型,進行模型超聲測試,取得和現場一致的測試結果。

圖1-4Ex、ρ曲線圖

另外,在一個孔內逐點發射,並接收裂縫的反射波,根據反射波的聲波走時,推斷出裂縫的傾向,與地質工程師從地質構造的推論相一致。至此對裂縫的性狀給出明確的結論,為鏈子崖危岩體的治理,提供了依據,受到國家科委表彰(展建設等,1991)。

1.5.3危岩錨固鑽孔內裂縫及裂縫密集帶聲波檢測

長江三峽鏈子崖50000方危岩體防治工程,採用錨索加固處理,錨固孔深30~40m不等,最深達64.2m。危岩體主要以棲霞灰岩為主,裂隙發育且為張性,局部成破碎軟弱帶。錨固施工需掌握上述裂縫、軟弱結構面在錨固孔中的位置,分布及幾何尺寸。地質礦產部水文地質工程地質技術方法研究所承擔此項特種檢測任務,研製一發一收干耦合換能器,在不能存留井液的水平干孔中,完成了共2670m的測試,指導了施工。圖1-6其中三個鑽孔的測試結果,其中視聲速低於1000m/s(圖中粗實線部分)的低速孔段均為裂隙及裂隙密集帶(展建設、曹修定實測,1996)。

1.5.4岩崩堆積體灌漿補強效果聲波測試

1998年地質礦產部水文地質工程地質技術方法研究所在三峽庫區遷建城鎮新址岩崩堆積體工程改造現場,完成了灌漿補強前後岩體物理力學強度變化試驗工作。採用「一發雙收」單孔及跨孔聲波檢測對半徑為1.7m圓周等分的六個鑽孔中等邊三角形分布的三個鑽孔作為實施灌漿孔,另三個按等邊三角形分布的鑽孔及圓心的鑽孔作為聲波檢測孔。採用灌漿前、灌漿後7d、灌漿後28d進行聲波單孔測試及跨孔聲波透視。

圖1-5各種方法測試示意圖及推測的地層模型

圖1-6危岩錨固孔內裂隙及軟弱破碎帶聲波測試聲速-孔深曲線粗實線為裂隙及破碎帶

單孔測試採用敲擊作震源產生縱波及橫波,以三分量檢測器貼壁接收;跨孔測試用小葯量爆炸震源的以三分量檢測器貼壁接收。

岩崩堆積灌漿補強分別在四川奉節及巫山兩地各做兩組試驗,現僅以奉節組試驗為例加以說明。圖1-7為灌漿前後單孔一發雙收的時差-孔深對比曲線;圖1-8為灌漿前後跨孔的聲速-孔深對比曲線。由跨孔測試結果可見灌漿後聲速有明顯提高,最高可達60%以上;而單孔測試最高14%、最小僅2%。單孔測試聲速變化小的原因是此法能了解沿孔壁一個波長范圍的聲速,單孔聲速的提高,說明灌漿范圍已達聲波觀測孔的孔壁;而跨孔測試是直接了解兩孔連線間的岩體灌漿情況。

圖1-7灌漿前後單孔一發雙收的時差-孔深對深對比曲線

圖1-8灌漿前後跨孔的聲速-孔深對比曲線

由於測試縱波聲速的同時,還測試了橫波聲速,因此可計算出岩崩堆積體灌漿前後的動彈性力學性能的變化,見表1-4(李洪濤等實測,1998)。

1.5.5長江三峽鏈子崖煤層采空區老空洞探地雷達探測

長江三峽鏈子崖底部煤層采空區的分布及其後期充填情況是評價鏈子崖危岩體穩定性的重要資料,同時也是確定治理工程混凝土承重阻滑鍵布置的重要依據。為此,在充分的地質調查分析基礎上,委託煤炭科學研究總院採用地質雷達技術,利用PD2、PD6和PD1三個勘探平硐對煤層采空區的空洞或充填疏鬆地帶進行了探測,取得了較好的效果。

表1-4奉節動彈性力學參數

地質雷達資料的解釋是靠圖形識別來進行的。具體解釋過程是在資料處理後進行的對比,即對比波在相位、周期(頻率)、同相軸和波形等運動學方面的特點,以及測點間在二維(橫向與縱向)方向上組成的圖形特徵。同時,還應注意到相位的強弱(動力學特點)。圖1-9為PD2沿線的一段探地雷達圖像,圖中44~61m之間顯示為灰岩分布區,在76~85測點之間出現周期加大,相位改變,呈現明顯弧形同相軸,反映的是煤層采空區。根據采空區的這種特徵所得PD2平硐的探測成果列於圖1-10與表1-5中(劉傳正,2000)。

圖1-9PD2Z線雷達圖像(100MHz)

1.5.6金麗溫高速公路崩塌體井內電視探測

由於浙江金麗溫高速公路k81段高邊坡地質條件復雜,岩層破碎,構造擠壓,節理裂隙及斷裂構造十分發育,處於崩塌體范圍內。根據甲方要求對錨索孔B6-5、B6-9、B4-8、B6-16、B6-19、B6-23進行測試,以上各孔孔徑為φ130mm,錨索鑽孔俯角15°。主要查找鑽孔中裂縫(圖1-11)及破碎情況(封紹武實測,2002)。

圖1-10PD2平硐雷達測線布置與探測成果

1—煤層采空區;2—充填但未壓實的采空區

表1-5PD2平硐探地雷達勘查異常解釋綜合表

圖1-11浙江金麗溫高速路k81段高邊坡(水平鑽孔—干孔)裂縫圖片

參考文獻

段永侯,羅元華,柳源等.1993.中國地質災害.北京:中國建築工業出版社

郭建強,彭成,孫黨生等.2003.鏈子崖危岩體勘查中物探技術的應用.水文地質工程地質

胡厚田.1989.崩塌與落石.北京:中國鐵道出版社

李媛,張穎,鍾立勛.1992.中國滑坡崩塌類型及分布圖說明書.北京:中國地圖出版社

李智毅,王智濟,楊裕雲.1996.工程地質學基礎.武漢:中國地質大學出版社

李智毅,唐輝明.2000.岩土工程勘查.武漢:中國地質大學出版社

李大心.1994.探地雷達方法及其應用.北京:地質出版社

連克,朱汝裂,郭建強.1991.音頻大地電場法在地質災害調查中的應用嘗試——長江三峽鏈子崖危岩體隱伏地質結構的探測.中國地質災害與防治學報

劉傳正.2000.地質災害勘查指南.北京:地質出版社

晏同珍,楊順安,方雲.2000.滑坡學.武漢:中國地質大學出版社

展建設,吳慶曾.1991.跨孔聲波穿透法在探測三峽鏈子崖隱伏裂縫中的應用.中國地質災害與防治學報

張咸恭,李智毅等.1998.專門工程地質學.北京:地質出版社

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