斜坡工程地质勘察方法探讨

杨旭兴

斜坡是自然山坡和人工边坡的总称，作为一类地质灾害，若勘察工作不够扎实、对斜坡的工程地质条件了解得不够详实，则可能导致设计缺陷、造成施工中出现斜坡变形、带来工程损失。因此，在工程地质勘察中必须重视对斜坡的勘察，优化勘察方法，分析斜坡变形破坏机理，为地质灾害治理及设计提供依据。

一、斜坡的工程分类

根据斜坡的动力地质作用、斜坡的成因可将斜坡划分为：侵蚀斜坡、堆积斜坡崩滑斜坡、剥蚀斜坡及人工斜坡等，进一步还可划分为直线坡、弧线坡、折线坡等，按照斜坡物质组成可将斜坡分为土质斜坡、岩质斜坡、岩土质混合斜坡。

二、斜坡地质勘察的主要任务

各种斜坡的形成、变形、稳定性都是特定外力作用的结果，为了详细查明斜坡的工程地质条件，勘察中应着重查明以下条件：场地地形和场地所在地貌单元、岩土结构，自然坡体状态、水文地质条件、地表径流条件、各类结构面的分布及组合特征、不良地质现象的分布特点、范围及危害性等工程地质要素。并了解具体构筑物的基本特征，有针对性地进行相应工作。根据条件组合分析可能存在的破坏模式并进行稳定性分析。

三、工程地质勘察方法

影响斜坡稳定性的因素很多，包括岩土类型、岩土结构、地质构造、地形地貌特征、地下水及地表水的作用，各种外加荷载的影响等等，因此在进行斜坡岩土工程勘察时需要从地形地貌、地质构造、岩性等多方面加以调查论证。对应勘察方法包括：

1.工程地质测绘

任何一类工程地质勘察工作都要求从整体上对工程地质条件进行把握，必须系统对勘察区的岩性、地质构造，水文地质条件进行了解，以便进一步确定勘探手段，因此，首先应重视对斜坡区的工程地质测绘工作，将各类地质现象反应在平面图上，其主要工作方法及程序应从整体到局部，从点到面，主要调查内容包括：

（1）收集区域地质资料：包括斜坡勘察区周边的区域地质图、水系图、水文地质资料等，在无详细水文地质及地质资料的地区应同时扩大范围进行周边区域地质的调查。调查范围纵向上应达到斜坡范围以外100 ～150m 为宜，横向上沿上游应调查至稳定地层，下游应到达当地侵蚀基准面以下。

（2）地形地貌调查：对勘察区发育的斜坡类型、坡形、坡度、坡高、斜坡周边地形切割程度，是否形成陡坎、谷地、陡坡、局部的隆起、坡角堆积物的特征、变形痕迹包括裂缝、块体、楔形体，孤立山丘等。

（3）岩性调查：不同岩性组成的斜坡其稳定性、滑移破坏情况均有不同，岩土的成因及类型决定了其保持的稳定坡率和高度，首先从土层而言，土的成因复杂，其密实度及孔隙发育程度不同，抗剪能力也不同，因而其能保持稳定的形状及坡度也就不同。成分不同，抵抗外力导致破坏的能力也不同，甚至有些土中含有各类易溶解的盐类，在遇到水流的冲蚀易崩解出现局部的坍塌或者滑移破坏。

而岩质边坡其滑移破坏机理则更为复杂，因为岩石的结构决定其滑移模式，如块状结构的岩体不易形成连续的滑动面，而层状结构的岩石则易岩层面滑移，因此在外业调查中首先应调查组成斜坡的岩土性质及成分，了解岩土体基本性状，以便为斜坡的稳定性评价及分析破坏模式提供支撑数据。

调查中应了解的层层序、地质时代，成因类型、厚度，平纵向分布、尖灭特征，特别注重易滑地层的分布与岩性特征、接触关系，并与钻探、槽探等工程结合详细查明地层基本规律。

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（4）地理环境调查：任何一类斜坡的稳定性均受一定的外力因素影响，在勘察中必须对斜坡所处的地理环境进行调查。如当地的降雨量、集中降雨时长及强度、暴雨及降雨季节、沟谷最大流量、气温、沟谷水土流失情况、冻融程度、植被发育特点及植被覆盖程度等。

（5）斜坡的岩土体结构调查，土质边坡应进行土层分布厚度、分布特征，包括竖向及横向的分布、土层的成因、颗粒组成、含水量、密实度，是否存在特殊性岩土；岩质边坡，首先应分析区域地质特征，对勘察区的斜坡岩性进行详细分类，对岩体的风化程度、剥蚀特征、强度、软化性、崩解性进行调查。

（6）地质构造调查：主要调查区内断裂构造的分布、延伸、区域断裂活动性特征，活动强度及频率、近年来地震活动情况，根据构造体系分析区内地应力、地震活动、地震加速度及基本烈度，分析区域新构造运动及区域地应力场特征。核实主要活动断裂的性质、规模及地貌、地质证据，分析活动断裂与滑坡、崩塌等斜坡变形痕迹的关系。

调查区内褶皱发育程度，了解斜坡所处褶皱部位，分析褶皱的两翼及核部岩性变化规律，判断斜坡变形滑移与褶皱的关系。

调查岩体中的节理裂隙发育程度，统计节理裂隙的优势发育方向，确定各组优势结构面的产状特征。进行岩体体积节理数统计。

（7）结构面是指岩体内部具有一定方向、一定规模、一定形态和特性的面、缝、层和带状的地质界面，根据其延伸长度、宽度、倾向垂深、对岩体稳定性的影响程度可以划分为五级，其中I 级结构面通常指区域上形成的断裂带，其影响范围广，延伸长度大，倾向垂深大，形成一个区域的构造应力场，控制区域的稳定性；II 级结构面指延伸通常数千米，垂深数百米，控制山体的稳定。III 级结构面通常指区内次一级断裂及不稳定的原生软弱层及层间错动带，影响岩体稳定；IV级结构面主要指节理裂隙、层理，劈理等，通常破坏了岩体的完整性，影响岩体的局部稳定性。V 级结构面主要指一些小的节理、片理等，对岩体的稳定性基本无控制作用，但在一定程度上降低了岩石强度。从对山体或岩体的稳定性角度来看，必须重视斜坡区的结构面调查力度，对于I、II 级结构面常常应结合区域地质资料进行验证，明确勘察区的主要构造体系及构造带的主发育方向。III、IV 级结构面是勘察工作现场需要重视的调查内容，应从地层产状的突变特点、地层的缺失与重复、地貌特征的突变、水系的流向突变、植被的分布特征等条件入手，详细查明各级结构面的分布特征。

2.布置勘探工程

勘探工程包括钻探、坑探、槽探等手段，在基岩出露面积较少的部位，可采用槽探工程对被覆盖的各类地质体进行揭露，可了解某些地质体的走向、分布特征，尤其对详细查明地质构造的发育特征能起到十分重要的作用，探槽的布置应充分考虑了解地质体的目的，主要应布置在地质体被掩埋的地段，但由于探槽属于浅部带状工程，对地质体的揭露仅限于表层，因此对于深厚地质体可采用坑探、井探、钻探手段。

钻探工作的布置应采用点线结合方式布置，勘探线宜垂直斜坡走向，线间距视斜坡的范围和规模而定，一般应不少于两条，勘探点间距也应根据斜坡高度、延伸、工程等级确定，一般应控制在20 ～30m 左右，对于地质结构复杂地段应视实际情况加密，勘探深度应通过对斜坡调查的具体情况分析，一般应深入可能的滑移面以下5m，控制性钻孔应深入区内最低侵蚀面以下。

钻探工程的布置应考虑一孔多用的原则，在钻孔中应保证岩芯采取率满足要求，倾斜度、孔径等都依据需要进行的测试项目确定，所有钻孔都应进行水文地质观测，对钻孔清洗液的消耗情况，漏水、透水特征进行记录，钻进工艺应保证测试取样要求。对于土质坡，应满足采取原状样的要求，对于岩质坡钻探工艺应选择双管双动工艺以满足RQD 值评价及采取的要求。

3.地球物理勘探方法

物探作为一种重要的补充手段，可了解隐蔽地质界线、界面或异常点，主要物探手段包括电法勘探、地震勘探、声波探测、综合测井等。

其中电法勘探是利用电性差异，观测天然或人工电场变化或岩土体的电性差异来解决某些地质问题的方法，常用的有电阻率法、充电法等。

地震勘探则是利用弹性波的传播速度差异通过激发弹性波在岩土层中传播来判定地层差异、地质构造的方法，声波探测利用声波在岩土体中传播时的声学参数变化，可评价岩体完整性指数，对斜坡的破坏模式和稳定性评价提供定量参数。

在勘察中可根据需要布置1 ～2 条电测剖面，判断断层、破碎带，岩层界面等特征，利用声波测井可对构造特征、岩体破碎程度、岩体质量进行了解，并与钻探资料进行比对，以分析斜坡破坏模式进而评价斜坡稳定性。

4.取样与测试

在斜坡工程勘探中应对各类岩土体采取相应数量的样品进行力学参数的测定，作为评价稳定性的定量计算依据。

土质斜坡的取样应能保持土的天然状态，但对于粗颗粒土，因难以保持原状特征，应结合各类原位测试进行，对土体的含水率、密实度、压缩性及抗剪强度指标进行取值分析，作为斜坡稳定判别的参数。另外土质边坡中由于沉积环境的差异有时可能存在特殊性岩土，应针对岩土的特殊性开展有机质含量、易溶盐含量、膨胀性指标、湿陷性指标等相关样品的测试。

岩质边坡除了应采取岩石试样进行相应测试外，更应对诸如古滑坡体的滑床、断层带、破碎带等结构面的岩土参数准确掌握，对取样的要求较高，应严格控制钻探中的回次进尺，并根据排水状态选择相应的测试方法进行抗剪强度指标的测试。对于存在滑坡地段应针对滑面的滑带进行取样测试，这类“滑带”土的抗剪强度直接影响斜坡稳定性验算，在试验方法选择上应尽量选择符合实际情况的剪切试验方法，试验宜采用室内或野外重合剪或滑带土做重塑土或原状土多次剪，求出多次剪和残余抗剪强度指标，试验宜采用与滑动受力条件类似的方法，分别采用快剪、饱和快剪、固结快剪、饱和固结快剪。

除了需要取得相关岩土试验的室内样品外，在现场进行相关的测试也是不可或缺的手段之一，原位测试手段包括岩土体的力学性质指标测试、水文地质参数测试。对于土质边坡应根据土层性质可采用动力触探、静力触探测试、十字板试验等进行原位测试，对于岩体尚可结合物探手段进行剪切波测试，声波测试等。

水文地质参数的获取对于斜坡稳定性评价至关重要，因此现场应结合钻探、工程地质测绘取得的信息，布置相应的水文地质测试项目，包括地下水流向流速的测试、岩土层渗透系数测试，可分别选用钻孔注水试验、压水试验、表层可采用探坑注水试验。在稳定性评价中应计入地下水的影响。

四、斜坡岩体质量及工程地质评价

对于斜坡岩体的工程地质评价，应从工程地质勘察取得的岩体信息对岩体的工程地质条件、岩体力学参数、斜坡破坏模式进行分析，并进行斜坡稳定性分析，提出防治措施建议。

1.岩体质量评价

通常采用岩体结构质量分级评价方法，对岩体质量分级可从岩石强度、风化特征、岩体完整性划分岩体质量等级。对于斜坡可参照《工程岩体分级标准》中边坡工程岩体质量指标进行分级，该分级方法分别从结构面的影响、地下水影响程度、主要结构面与边坡倾向关系方面进行分析，确定岩体质量指标BQ 值，划分出I ～V 级的岩体质量等级。

2.确定岩土体力学参数

岩土体相关参数应根据勘察测试结果提出相应取值供稳定性评价和分析，土质边坡可按照传统数学统计方法并模拟斜坡实际受力特点选择相应的计算指标；岩质斜坡的破坏主要受结构面的控制，因此抗剪参数的选取应按照结构面的结合程度根据类似工程经验结合室内试验成果取值，对于存在滑坡的地段，应根据滑带土的抗剪强度指标采用相应的指标。也可根据岩体结构位移或应力与实测值比较，反复调整修改岩土参数并逐渐逼近观测值来确定相关抗剪参数。

3.斜坡破坏模式分析及稳定性评价

根据工程地质测绘取得的信息，分析斜坡的可能破坏模式，土质斜坡一般的破坏模式为圆弧式破坏，对其稳定性评价多采用圆弧法或条分法进行。对于砂土状强风化岩，碎块状强风化岩等类土质斜坡，均可视为土质斜坡进行稳定性评价。

岩质斜坡则应根据现场调查结果分析结构面对斜坡的主控因素，详细分析结构面的产状，判断结构面与坡向的关系，分析结构面边界条件，判断破坏模式，按照破坏模式可分为直线型、折线型、楔体型等，采用极射赤平投影法进行定性判断，按照平面滑动法、不平衡推力法进行稳定性分析，提出相应的支护、加固措施。

五、结语

斜坡在自然界中广泛分布，其稳定性受各种地质作用及人为因素影响，其变形破坏机理十分复杂，工程地质勘察是取得稳定性评价参数的主要手段，但受地质条件的复杂性、技术人员认识的差异、测试设备及成本的高低等因素影响，工程地质勘察中仍存在诸多不确定性，在工作中应充分分析各种地质要素综合效应，合理规划设计确保工程建设的安全。