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什么是邊坡穩(wěn)定性？

如果一個(gè)邊坡可以承受自身的重量以及外部的壓力，并且不發(fā)生位移，那么就可以認(rèn)為這個(gè)邊坡是穩(wěn)定的。邊坡是通過(guò)計(jì)算安全系數(shù)（FOC）來(lái)分析的，安全系數(shù)是抗剪切力與驅(qū)動(dòng)力的比值。如果安全系數(shù)小于1，表明邊坡是不穩(wěn)定的。在巖土工程設(shè)計(jì)中，安全系數(shù)介于1.1到1.4之間是可以接受的，盡管使用的值取決于不確定的數(shù)值模擬參數(shù)以及邊坡的風(fēng)險(xiǎn)情況。

影響邊坡穩(wěn)定性的因素主要是邊坡的角度和邊坡材料的粘聚力，其中邊坡角度決定了驅(qū)動(dòng)力，通常是重力，而粘聚力是由邊坡材料抗剪強(qiáng)度產(chǎn)生的阻力。除此之外，還有很多因素會(huì)影響邊坡是否穩(wěn)定，包括堅(jiān)硬巖石的破碎和風(fēng)化，對(duì)于土質(zhì)邊坡，坡高、地下水位、排水情況、侵蝕、是否存在穩(wěn)定植被等，都是影響土質(zhì)邊坡穩(wěn)定性的因素。

邊坡破壞有時(shí)是一個(gè)漫長(zhǎng)累積的過(guò)程，例如，侵蝕或凍融循環(huán)，有時(shí)是重要事件造成的突發(fā)瞬時(shí)過(guò)程，例如強(qiáng)降雨、地震、火山活動(dòng)或土方開(kāi)挖和采礦等人為因素引起的。

隨著時(shí)間的推移，可能會(huì)累積一些獨(dú)立的事件，導(dǎo)致邊坡最終破壞?？臻g方法使用無(wú)人機(jī)、飛機(jī)和衛(wèi)星激光測(cè)距技術(shù)，可以經(jīng)濟(jì)高效地繪制邊坡輪廓。危險(xiǎn)特征可以被識(shí)別出來(lái)，邊坡輪廓隨著時(shí)間推移發(fā)生的變化可以識(shí)別破壞前的前兆，這些使得勘察更加詳細(xì)。

哪些地方需要進(jìn)行邊坡管理？

城市化發(fā)展空間受限于山區(qū)地形，需要慎重管理邊坡，確保不會(huì)發(fā)生滑坡風(fēng)險(xiǎn)，但現(xiàn)實(shí)是城市向更加陡峭的邊坡擴(kuò)張。香港就是一個(gè)好例子，香港的邊坡管理是非常重要的，因?yàn)榭晒┙ㄔ旖ㄖ锏耐恋胤浅Ｏ∪?，基巖為火山巖，含有問(wèn)題嚴(yán)重的風(fēng)化花崗巖，同時(shí)香港區(qū)域經(jīng)常遭遇臺(tái)風(fēng)和暴雨。地震活動(dòng)頻繁的區(qū)域，需要對(duì)不穩(wěn)定邊坡采取更多的預(yù)防措施，防止因地震引發(fā)的滑坡。其它的一些城市可能由于城市化監(jiān)管不到位，開(kāi)挖山坡用于建造房屋，降低了邊坡的穩(wěn)定性。隨之而來(lái)的道路施工、植被清除以及滲漏的水和排水不暢造成的積水，使情況進(jìn)一步惡化。公路、鐵路和航道等形式的線(xiàn)性基礎(chǔ)設(shè)施，可能需要穿越丘陵或山區(qū)。為了最大限度減少高程變化，可能需要進(jìn)行開(kāi)挖，這需要謹(jǐn)慎設(shè)計(jì)和維護(hù)，以確保基礎(chǔ)設(shè)施上方和下方的邊坡穩(wěn)定性。

采礦活動(dòng)，由于不斷產(chǎn)生邊坡、改變邊坡，所以需要對(duì)這些活動(dòng)進(jìn)行管理，確保工作安全開(kāi)展。對(duì)于地表或露天采礦，覆蓋在目標(biāo)礦體上的覆蓋層，被移走并且堆積。通過(guò)巖土工程勘察（例如，井下電視勘測(cè)），使得開(kāi)采面間斜坡角度更高，以實(shí)現(xiàn)礦坑邊坡穩(wěn)定，減少?gòu)U料剝離，可以帶來(lái)顯著的成本效益。對(duì)于覆蓋層和尾礦的堆積，也需要進(jìn)行管理。特別是對(duì)于建有大壩用于阻擋礦物提煉后的液化物質(zhì)的情況，更需要進(jìn)行邊坡管理。

即使是在很平坦地方的大壩和堤壩，也要進(jìn)行邊坡管理，以防止洪水。填土堤壩通常是用來(lái)阻擋河流及海岸附近的洪水。

地球物理鉆孔探測(cè)在邊坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)中的應(yīng)用

地球物理鉆孔探測(cè)可以為邊坡穩(wěn)定性分析提供重要的數(shù)據(jù)，可以補(bǔ)充其它巖土勘察技術(shù)，例如空間測(cè)繪、地表地震以及CPT。鉆孔探測(cè)適用于各種地層，無(wú)論是未固結(jié)的淤泥，還是最堅(jiān)硬的巖石，都可以獲取數(shù)據(jù)，可以方便地載入到結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫(kù)中。非常自然的邊坡意味著勘測(cè)人員需要靈活地順利地對(duì)鉆孔進(jìn)行測(cè)試，因?yàn)橛行┿@孔位置可能難以到達(dá)，很多鉆孔是帶有角度的甚至是水平的。這可能需要隔著一定的距離進(jìn)行探測(cè)，可能需要使用便攜設(shè)備，對(duì)于淺的帶有角度的鉆孔可能需要推入工具。一旦勘測(cè)人員安全順利地進(jìn)行測(cè)試的條件達(dá)到后，就可以將各種地球物理探頭放入一個(gè)鉆孔中，快速地、經(jīng)濟(jì)高效地進(jìn)行測(cè)試。邊坡勘察中常用的探頭，如表1。

除了鉆孔電視以外，表1中所示的所有探頭都可以用于邊坡穩(wěn)定性的評(píng)價(jià)。3臂井徑探頭可以獲得自然伽馬剖面，這個(gè)對(duì)于地層描述以及不同鉆孔之間關(guān)聯(lián)地層分層是非常有用的。直徑數(shù)據(jù)對(duì)于風(fēng)化地層識(shí)別是非常有用的，并且可以對(duì)鉆進(jìn)過(guò)程中的沖刷物質(zhì)對(duì)其它探頭的影響進(jìn)行質(zhì)量控制。

地球物理數(shù)據(jù)是如何用于邊坡分析的

評(píng)價(jià)天然邊坡或設(shè)計(jì)人造邊坡的任務(wù)主要是由巖土工程師負(fù)責(zé)，但可能需要工程地質(zhì)、結(jié)構(gòu)工程和水文地質(zhì)專(zhuān)業(yè)信息的輸入。他們的職責(zé)范圍包括識(shí)別危險(xiǎn)區(qū)域、確定邊坡破壞機(jī)制、研究觸發(fā)邊坡破壞的敏感因素、安全的可靠的經(jīng)濟(jì)的邊坡設(shè)計(jì)、減緩并且降低邊坡災(zāi)害。

這個(gè)過(guò)程需要詳細(xì)的、準(zhǔn)確的信息，包括邊坡的幾何尺寸（空間方法）、地質(zhì)信息（坑探或鉆探）、土體巖體特性、地下水特性等，這些信息需要通過(guò)地球物理方法包括鉆孔探測(cè)來(lái)獲取。

歷史上，極限平衡法通常用于邊坡穩(wěn)定性分析。隨著現(xiàn)代計(jì)算機(jī)和復(fù)雜軟件的應(yīng)用，出現(xiàn)了一系列分析技術(shù)，包括有限元極限分析、不連續(xù)布局優(yōu)化和有限差分法。最近，風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的概念被用于計(jì)算邊坡破壞以后的后果和邊坡破壞的概率。鉆孔探測(cè)的數(shù)據(jù)簡(jiǎn)化了這些大型計(jì)算機(jī)模型的輸入任務(wù)。

工程師們有很多加固邊坡的方法可供選擇，包括巖石錨桿和錨釘、改善邊坡排水性能、促進(jìn)表層植被生長(zhǎng)以加固表層、防止風(fēng)化、侵蝕和堆積。

未來(lái)發(fā)展

隨著城市空間的快速擴(kuò)張，對(duì)潛在危險(xiǎn)的邊坡進(jìn)行評(píng)價(jià)、分析、治理，對(duì)于今天而言越來(lái)越重要了。氣候?qū)＜翌A(yù)測(cè)，隨著全球氣溫上升，發(fā)生重大天氣事件的可能性在增加，這些事件可能引發(fā)邊坡破壞，特別是滑坡。與其冒著人的生命危險(xiǎn)和邊坡破壞后采取補(bǔ)救措施付出高昂代價(jià)，倒不如提前進(jìn)行預(yù)防和治理。鉆孔地球物理方法，通過(guò)提供詳細(xì)準(zhǔn)確的地下數(shù)據(jù)，將在潛在危險(xiǎn)邊坡調(diào)查中發(fā)揮越來(lái)越大的作用，從而提高工程師在計(jì)算安全系數(shù)和管理邊坡時(shí)的信心。

便攜式探測(cè)設(shè)備用于某海岸鐵路危險(xiǎn)邊坡調(diào)查

臺(tái)灣地區(qū)邊坡穩(wěn)定性研究

推薦的探頭

PS波速探頭

高分辨率聲學(xué)井下電視探頭

用于液體或泥漿填充的鉆孔中進(jìn)行成像。該探頭可以生成一個(gè)360度展開(kāi)的、方向確定的鉆孔孔壁超聲圖像。該探頭是破碎地層識(shí)別及方向測(cè)定（傾角和傾向）、地層學(xué)研究、區(qū)域應(yīng)力分析（巖爆）、取芯定向等理想的工具。

高分辨率光學(xué)井下電視探頭

可以得到一幅連續(xù)的、高分辨率的、方向確定的鉆孔孔壁圖像。該探頭可以用于干鉆孔中，也可以用于水（清澈液體）填充的鉆孔中。該探頭可以獲取一幅全彩色鉆孔圖像，這個(gè)可以幫助識(shí)別礦物質(zhì)。該探頭是破碎地層識(shí)別及方向測(cè)定（傾角和傾向）、地層學(xué)研究、礦物識(shí)別、取芯定向等理想的工具。

全波形三陣列探頭

該探頭是專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)用于巖土工程和采礦應(yīng)用的。它同時(shí)從一個(gè)發(fā)射器和三個(gè)接收器采集傳播時(shí)間和全波數(shù)據(jù)。地層波速一次測(cè)試進(jìn)行了三次計(jì)算，不受鉆孔流體路徑的影響，波形數(shù)據(jù)用于計(jì)算壓縮波速（P波）、剪切波速（S波）和斯通利波速。

自然伽馬探頭

測(cè)量自然出現(xiàn)的同位素或者人造同位素的活動(dòng)。

地層密度探頭

利用多個(gè)傳感器進(jìn)行精確的鉆孔補(bǔ)償密度測(cè)量，基巖界面分辨率極高。這種方法如果結(jié)合了聲波探頭，就可以用來(lái)確定巖性、密度、孔隙率、巖石強(qiáng)度、彈性參數(shù)等，還可以用于風(fēng)化巖層或破碎巖層的探測(cè)。

3臂井徑探頭

通過(guò)三個(gè)機(jī)械臂接觸鉆孔孔壁，記錄鉆孔的直徑，生成一幅連續(xù)的鉆孔直徑記錄圖。該探頭是進(jìn)行測(cè)井前檢查鉆孔狀況的理想工具。