CN112882125A - 一种隧道-滑坡体综合探测和稳定性分析方法 - Google Patents
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Abstract
一种隧道‑滑坡体综合探测和稳定性分析方法，属于地质探测和分析领域。为了快速、准确地进行隧道‑滑坡体的圈定和稳定性分析，评定隧道‑滑坡体的安全性。以地质调查法为基础，地质雷达法和瞬变电磁法为手段进行地层结构，构造线探测，划分地层界线，分析地层和构造的空间分布规律确定滑坡体的形态，以理论计算为依据，以(5)赤平投影等几何分析滑坡体的稳定性，以最不利组合原则综合确定滑坡体的稳定性和稳定系数，为滑坡体的治理和工程施工提供安全的技术保障。
Description
技术领域
本发明涉及一种隧道-滑坡体综合探测和稳定性分析方法，属于地质探测和分析领域。
背景技术
滑坡是指斜坡上的岩体由于某种原因在重力的作用下沿着一定的软弱面或软弱带整体向下滑动的现象，我国是一个地质灾害多发的国家，据统计，滑坡灾害占总地质灾害的65％以上，由于公路、铁路(特别是高等级公路、铁路)对线路平顺性要求越来越高，当无法绕避滑坡时，隧道就必须从滑坡区域穿过，形成隧道-滑坡体系，滑坡及软弱围岩的存在给隧道的建设及后期的运营带来了较大的挑战，如何对软弱围岩的变形进行有效的控制，确保隧道-滑坡体系在施工及运营过程中的安全是长期以来工程设计与施工面临的一个重要难题。
为有效地治理滑坡必须采用科学的方法对滑坡体进行探测，确定滑坡体的成因，发育的规模和范围，滑裂面位置和产状，诱发滑坡的因素等，传统的地质调查法和单一的地质雷达探测，电法探测和地震探测等方法都具有一定的适用性。
发明内容
针对目前勘察阶段勘察的精度有限，图纸中常常遗漏很多严重地影响施工的地质构造或不良地质，甚至还会出现严重的失误的普遍情况，本发明内容是为了快速、准确地进行隧道-滑坡体的圈定和稳定性分析，评定隧道-滑坡体的安全性。
一种隧道-滑坡体多手段综合探测和稳定性评价方法，其特征在于,包括以下步骤
第一步，根据勘察资料，并采用地质调查法(1)布置地质调查路线，追踪确定地层层序、地质时代和岩性，测量构造线的产状，推断滑裂面位置、滑坡体的形状和大小；
第二步，采用地质雷达法(2)探测滑裂面的位置、形状，圈定滑坡体的范围和大小；
第三步，采用瞬变电磁法(3)进行测量电磁场在岩层中早、中和晚期衰减过程，划分地层和地质构造，圈定的滑坡体的滑动面位置、滑坡体的大小和形状；
第四步，基于第一步地质调查(1)法追踪确定地层层序、地质时代和岩性，测量构造线的产状，推断滑裂面位置、滑坡体的形状和大小，并与第二步中地质雷达法(2)探测的滑裂面的位置、形状、圈定滑坡体以及第三步采用瞬变电磁法(3)圈定的滑坡体的滑动面位置、滑坡体的大小和形状进行相互印证和分析，确定滑动面位置，滑坡体的大小和形状是否一致；如果不一致的地方再进行第一步的地质调查法(1)、第二步的地质雷达法(2)、第三步的瞬变电磁法(3)并相互分析印证，直至一致；
第五步，采用理论计算方法(4)，按第四步确定的滑动面位置、滑坡体的大小和形状，对每个滑动面进行验算，从中找到最危险的滑动面，用所找到的最危险的滑动面即二维空间结构的稳定程度来判断隧道-滑坡体的稳定性；
第六步：采用赤平投影法(5)，把滑隧道-滑坡体的三维空间几何要素即面和线投影到平面上，研究隧道-滑坡体的线、面的方位及其相互间的角度关系和随时间的运动轨迹，得到三维空间结构的稳定程度；
第七步：根据第五步理论计算方法(4)和第六步采用赤平投影法(5)的结果，全面的分析条件，分析最不利的因素，按最不利原则(6)确定隧道-滑坡体的稳定系数；
第八步：根据第七步计算出的隧道-滑坡体稳定系数和第六步确定的隧道-滑坡体的线、面的方位及其相互间的角度关系和随时间运动轨迹，进行实践检验，如果有不符的地方再进行第一步至第七步地质调查、探测和分析计算，直到相互印证。
其中第一步所述的地质调查法(1)是基于地质调查结果，追索某些地质现象和地质体的范围和形状等，给出地质地形图、断面图和剖面图，判断滑坡体的位置、大小、形状和范围。地质调查法(1)包括穿越调查(1.1)法和追索调查(1.2)法两种。
所述穿越调查(1.1)法是沿垂直或近似垂直于地质体的路线进行剖面调查，在较短时间内勘察较多的地质现象，填绘出地质界线，查明区域地层和地质构造。
所述追索调查(1.2)法是沿地层的界线或地质构造线进行剖面调查的方法，可以追索某些地质现象和地质体的范围和形状等。
其中第二步地质雷达法(2)是发射天线定向发射的短脉冲电磁波并在地下传播，检测被地下地质体反射回来的信号或透射通过地质体的信号，研究波在地下的传播时间、传播速度与动力学特征来探测地质目标勘探方法，由于电磁波的传播速度和衰减率取决于岩石的介电性和导电性，对岩石类型的变化和裂隙含水情况非常敏感，在传播过程中，电磁波遇到岩石导电特性变化，就会使部分透射波反射，接收机检测反射信号或直接透射信号，地质雷达系统一般在10～1000MHz频率范围内工作，电磁波穿透深度主要取决于电磁波的频率、能量大小以及传导介质的导电特性，当传导介质的电导率小于100mS/m时，传播速度基本上保持常数，信号不会弥散，经验表明，中心频率约为100MHz的雷达系统兼顾了测距、分辨率和系统轻便性这三个因素，根据雷达图像可划分地层、查明断层破碎带、滑动面、岩溶、土洞、地下硐室和地下管线，也可用于水文地质调查，所以本发明地质雷达法(2)是利用低频100MHz地质雷达探测滑坡体的滑动面位置、滑坡体的大小和形状。
其中第三步中的瞬变电磁法(3)是根据电磁感应定律，利用不接地回线或接地线源向地下发射一次脉冲磁场，在一次脉冲磁场间歇期间利用线圈或接地电极观测地下介质中引起的二次感应涡流场，电磁场衰减过程一般分为早、中和晚期，接收线圈测量接收到的感应电动势，通过测量断电后各个时间段的二次场随时间变化规律，可得到不同深度的地层的地电特征，划分地层和地质构造，探测地质介质电阻率的一种方法，本发明采用瞬变电磁法(3)进行滑坡体的滑动面位置、滑坡体的大小和形状圈定。
理论计算(4)方法采用数解法(4.1)、图解法(4.2)和概率统计法(4.3)中的一种或几种。
所述数解法(4.1)是首先假定有几个不同的滑动面，按力学平衡原理对每个滑动面进行验算，从中找到最危险的滑动面，再按最危险的滑动面的稳定程度来判断边坡的稳定性；
所述图解法(4.2)是根据力解和计算采用工程地质类比的方法制定带有一定的经验性和概念性的分析图表，边坡稳定分析时直接查表或/和图使用；
所述概率统计(4.3)法是根据边坡安全状态的不同条件，通过随机变量抽样模拟，找出安全系数的分布规律，近似地估算随机变量函数分布特征，求其安全系数小于1的破坏概率进行边坡稳定分析。
所述赤平投影(5)法是把物体的三维空间几何要素(面和线)投影到平面上来进行研究线、面的方位及其相互间的角度关系和运动轨迹。
所述隧道-滑坡体的稳定系数按最不利组合原则(6)就是“最点背”的意思，即在全面的分析给定的条件，分析最不利的因素，以最小的滑坡体稳定系数作为隧道-滑坡的稳定系数，做到万无一失。其中滑坡体稳定系数是沿假定滑裂面上全部抗滑力与滑动力之比，即滑面抗剪强度与剪应力之比，在理论分析计算时，通常采用整体的极限平衡方法来进行分析，假定边坡失稳的破裂面形状按土质和成因不同而不同，粗粒土或砂性土的破裂面多呈直线形，细粒土或粘性土的破裂面多为圆弧形，滑坡的滑动面为不规则的折线或圆弧状，根据边坡不同破裂面形状而分别采用直线法、圆弧法、折线法和台阶法等分析模式进行理论计算；发明的优点
本发明一种隧道-滑坡体多手段综合探测和稳定性评价方法是一种系统地程序化的探测和确定滑坡体稳定系数的方法，具有以下主要特征：
(1)按照滑坡体稳定性分析的逻辑关系，遵循有整体到局部，由高级到低级和由感性认识和物探确定的三项基本原则，快速准确地确定滑坡面位置，滑坡体的大小和形状。
(2)按照隧道-滑坡体定性分析和定量计算相结合的原则，确定滑坡体最危险的滑动面和隧道-滑坡体的稳定系数。
(3)按辩证唯物主义认识论，实践是认识的基础、认识的来源、认识发展的动力、检验认识真理性的唯一标准、认识的目的和归宿，按最不利原则确定的隧道-滑坡体的稳定系数进行检验和实践，全面的分析滑坡体的条件，分析最不利的因素，然后选用万无一失的方法。
一种隧道-滑坡体多手段综合探测和稳定性评价方法具有以下优点：
(1)方法优选：按照滑坡面浅埋和多变，隧道-滑坡体结构复杂和相互影响的特征，选择程序化的探测和分析方法；
(2)理论基础可靠：按辩证唯物主义认识论，由感性认识到力学计算分析，再进行实践验证；
(3)应用价值高：具有可复制性和可推广性；
(4)社会效益明显：滑坡灾害占总地质灾害的65％以上，严重地影响到公路，铁路，建筑和人民的生活安全问题，快速、准确地进行隧道-滑坡体的圈定和稳定性分析，具有重要的社会意义和历史意义。
附图说明
图1隧道-滑坡体多手段综合探测和稳定性评价方法步骤结构图。
具体实施方式
针对目前勘察阶段勘察的精度有限，图纸中常常遗漏很多严重地影响施工的地质构造或不良地质，甚至还会出现严重的失误的普遍情况，为了快速、准确地进行隧道-滑坡体的圈定和稳定性分析，评定隧道-滑坡体的安全性，按以下探测和分析方法步骤实施，如图1所示：
第一步：根据勘察资料，采用地质调查(1)法沿地质界线或地质构造线，按穿越调查(1.1)法和追索调查(1.2)布置地质调查路线，确定地层层序，地质时代和岩性，测量构造线的产状，推断滑裂面位置，滑坡体的形状和大小；
第二步：根据地质雷达(2)法对对岩石类型的变化和裂隙含水情况非常敏感特点，探测滑裂面的位置，形状，圈定滑坡体的范围和大小；
第三步：采用瞬变电磁(3)法测量电磁场在岩层中早、中和晚期衰减过程，划分地层和地质构造；
第四步：基于地质调查(1)法的结果，把地质雷达(2)法和瞬变电磁(3)法探测结果进行相互印证和分析，确定滑坡面位置，滑坡体的大小和形状；如果不符的地方再进行地质调查和探测，直到相互印证；
第五步：采用数解(4.1)法、图解(4.2)法和概率统计(4.3)法等理论计算(4)方法，分别按确定滑坡面位置，滑坡体的大小和形状，对每个滑动面进行验算，从中找到最危险的滑动面，再按最按最危险的滑动面的稳定程度来判断隧道-滑坡体的稳定性；
第六步：采用赤平投影(5)法，把滑隧道-滑坡体的三维空间几何要素(面和线)投影到平面上，研究隧道-滑坡体的线、面的方位及其相互间的角度关系和运动轨迹。
第七步：根据力学计算(4)方法和采用赤平投影(5)法结果，全面的分析给定的条件，分析最不利的因素，按最不利原则确定隧道-滑坡体的稳定性；
第八步：根据计算出的隧道-滑坡体稳定系数和确定的隧道-滑坡体的线、面的方位及其相互间的角度关系和运动轨迹，进行实践检验，如果有不符的地方再进行地质调查、探测和分析计算，直到相互印证。
本发明包括但不限于以上内容。
有益的工程应用
以地质调查为基础，以地质雷达和瞬变电磁等多种工程物探探测方法对后坪隧道出口处隧道-滑坡体系进行综合探测，确定了滑坡体的大小、范围和滑裂面位置等，探测结果表明：保康至神农架高速公路后坪隧道右线出口处滑坡体后缘有明显滑裂面，滑坡舌部有明显水流渗出，地面明显隆起，坡面植物倾斜，滑裂面与隧道中线在里程YK4+320附近相交，距离出口约80米，滑裂面后缘距离隧道出口水平距离约350米，滑坡舌在河道右侧，距离隧道出口约50米，滑坡前端河流冲刷严重，出口处滑裂面在隧道下方，埋深约30米，滑坡体上部为积块石、滚石、碎石、角砾等碎石土，底部为强风化的页岩或板岩，地下水较为丰富，分布不均匀，主要为裂隙水，同时给出了隧道滑坡体的断面图等。隧道施工开挖过程验证结果表明多种工程物探探测方法探测结果与实际十分吻合。
Claims (8)
1.一种隧道-滑坡体多手段综合探测和稳定性评价方法，其特征在于,包括以下步骤：
第一步，根据勘察资料，并采用地质调查法(1)布置地质调查路线，追踪确定地层层序、地质时代和岩性，测量构造线的产状，推断滑裂面位置、滑坡体的形状和大小；
第二步，采用地质雷达法(2)探测滑裂面的位置、形状，圈定滑坡体的范围和大小；
第三步，采用瞬变电磁法(3)进行测量电磁场在岩层中早、中和晚期衰减过程，划分地层和地质构造，圈定的滑坡体的滑动面位置、滑坡体的大小和形状；
第四步，基于第一步地质调查(1)法追踪确定地层层序、地质时代和岩性，测量构造线的产状，推断滑裂面位置、滑坡体的形状和大小，并与第二步中地质雷达法(2)探测的滑裂面的位置、形状、圈定滑坡体以及第三步采用瞬变电磁法(3)圈定的滑坡体的滑动面位置、滑坡体的大小和形状进行相互印证和分析，确定滑动面位置，滑坡体的大小和形状是否一致；如果不一致的地方再进行第一步的地质调查法(1)、第二步的地质雷达法(2)、第三步的瞬变电磁法(3)并相互分析印证，直至一致；
第五步，采用理论计算方法(4)，按第四步确定的滑动面位置、滑坡体的大小和形状，对每个滑动面进行验算，从中找到最危险的滑动面，用所找到的最危险的滑动面即二维空间结构的稳定程度来判断隧道-滑坡体的稳定性；
第六步：采用赤平投影法(5)，把滑隧道-滑坡体的三维空间几何要素即面和线投影到平面上，研究隧道-滑坡体的线、面的方位及其相互间的角度关系和随时间的运动轨迹，得到三维空间结构的稳定程度；
第七步：根据第五步理论计算方法(4)和第六步采用赤平投影法(5)的结果，全面的分析条件，分析最不利的因素，按最不利原则(6)确定隧道-滑坡体的稳定系数；
第八步：根据第七步计算出的隧道-滑坡体稳定系数和第六步确定的隧道-滑坡体的线、面的方位及其相互间的角度关系和随时间运动轨迹，进行实践检验，如果有不符的地方再进行第一步至第七步地质调查、探测和分析计算，直到相互印证。
2.按照权利要求1所述的一种隧道-滑坡体多手段综合探测和稳定性评价方法，其特征在于，其中第一步所述的地质调查法(1)是基于地质调查结果，追索某些地质现象和地质体的范围和形状等，给出地质地形图、断面图和剖面图，判断滑坡体的位置、大小、形状和范围。地质调查法(1)包括穿越调查(1.1)法和追索调查(1.2)法两种；
所述穿越调查(1.1)法是沿垂直或近似垂直于地质体的路线进行剖面调查，在较短时间内勘察较多的地质现象，填绘出地质界线，查明区域地层和地质构造；
所述追索调查(1.2)法是沿地层的界线或地质构造线进行剖面调查的方法，可以追索某些地质现象和地质体的范围和形状。
3.按照权利要求1所述的一种隧道-滑坡体多手段综合探测和稳定性评价方法，其特征在于，其中第二步地质雷达法(2)是发射天线定向发射的短脉冲电磁波并在地下传播，检测被地下地质体反射回来的信号或透射通过地质体的信号，研究波在地下的传播时间、传播速度与动力学特征来探测地质目标勘探方法。
4.按照权利要求3所述的一种隧道-滑坡体多手段综合探测和稳定性评价方法，其特征在于，地质雷达法(2)是利用低频100MHz地质雷达探测滑坡体的滑动面位置、滑坡体的大小和形状。
5.按照权利要求1所述的一种隧道-滑坡体多手段综合探测和稳定性评价方法，其特征在于，其中第三步中的瞬变电磁法(3)是根据电磁感应定律，利用不接地回线或接地线源向地下发射一次脉冲磁场，在一次脉冲磁场间歇期间利用线圈或接地电极观测地下介质中引起的二次感应涡流场，电磁场衰减过程一般分为早、中和晚期，接收线圈测量接收到的感应电动势，通过测量断电后各个时间段的二次场随时间变化规律，可得到不同深度的地层的地电特征，划分地层和地质构造，探测地质介质电阻率的一种方法，采用瞬变电磁法(3)进行滑坡体的滑动面位置、滑坡体的大小和形状圈定。
6.按照权利要求1所述的一种隧道-滑坡体多手段综合探测和稳定性评价方法，其特征在于，理论计算(4)方法采用数解法(4.1)、图解法(4.2)和概率统计法(4.3)中的一种或几种；
所述数解法(4.1)是首先假定有几个不同的滑动面，按力学平衡原理对每个滑动面进行验算，从中找到最危险的滑动面，再按最危险的滑动面的稳定程度来判断边坡的稳定性；
所述图解法(4.2)是根据力解和计算采用工程地质类比的方法制定带有一定的经验性和概念性的分析图表，边坡稳定分析时直接查表或/和图使用；
所述概率统计(4.3)法是根据边坡安全状态的不同条件，通过随机变量抽样模拟，找出安全系数的分布规律，近似地估算随机变量函数分布特征，求其安全系数小于1的破坏概率进行边坡稳定分析。
7.按照权利要求1所述的一种隧道-滑坡体多手段综合探测和稳定性评价方法，其特征在于，所述赤平投影(5)法是把物体的三维空间几何要素即面和线投影到平面上来进行研究线、面的方位及其相互间的角度关系和随时间的运动轨迹。
8.按照权利要求1所述的一种隧道-滑坡体多手段综合探测和稳定性评价方法，其特征在于，所述隧道-滑坡体的稳定系数按最不利组合原则(6)就是“最点背”的意思，即在全面的分析给定的条件，分析最不利的因素，以最小的滑坡体稳定系数作为隧道-滑坡的稳定系数，做到万无一失。
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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