CN116258025A - 一种基于物探数据的构造混杂岩滑坡稳定性模拟方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于物探数据的构造混杂岩滑坡稳定性模拟方法，通过对滑坡区出露地层进行电阻率物性测试，再对滑坡体整个剖面进行物探数据采集和处理，反演得到电阻率剖面图；根据现场测得电阻率物性的测试结果，对电阻率剖面图进行解译分区，得到相应的滑坡地质模型；将典型岩土体的抗剪强度参数及其物性参数构建关系模型，根据关系模型换算出实际岩土体的抗剪强度参数；将预设条件加载至滑坡地质模型中，输出滑坡稳定性数值模拟结果，并进行稳定性评价。该方法借助物探手段，获得电阻率剖面图，克服复杂地质环境条件下对滑坡空间结构认识不清、判识不准等问题，进行滑坡稳定性数值模拟计算，实现快速评估滑坡稳定性。

Description

一种基于物探数据的构造混杂岩滑坡稳定性模拟方法

技术领域

本发明涉及滑坡防治技术领域，特别涉及一种基于物探数据的构造混杂岩滑坡稳定性模拟方法。

背景技术

滑坡防治是指在无法绕避滑坡地段或斜坡不稳定地段进行工程建设时所采取的防治措施。滑坡稳定性分析是滑坡防治的基础工作，是后续防治工作的前提。对于构造混杂岩区域的潜在不稳定斜坡或者滑坡，受长期构造演化和断裂活动影响，岩体呈碎裂-层状结构，岩层皆遭受强烈挤压揉皱、片理化明显，在岩体中发育若干节理裂隙及蚀变岩带。蚀变软岩夹层成为软弱带，黏土化现象明显，手捏即碎。在外部作用下（如降雨、河流侵蚀、人类工程活动等作用），斜坡体可能会发生失稳滑动。所以对构造混杂岩滑坡进行稳定性研究的意义在于它不仅可为工程施工提供科学的理论依据，而且对滑坡发展趋势的预警预报也具有重要的指导作用。

目前国内外学者通常结合定性分析和定量分析的方式对滑坡稳定性进行评价或研究，以数值模拟的结果作为滑坡稳定性的参考依据。但是由于在传统的数值模拟滑坡建模过程中，存在以下几点问题：

（1）人为地受地形地貌、地质构造、地层岩性等复杂地质环境因素的影响，导致地质建模速度较慢；

（2）工程地质勘察精度不高，获取岩土体参数的速度慢、准确度较低；

（3）人们对构造混杂岩滑坡体空间结构认识存在差异性，地质建模相对比较粗略，建立的滑坡地质模型精度不够。

最终导致数值模拟的结果与实际情况差异较大，不能真实反映滑坡体的稳定性状态。

因此需要研发一种准确性较高的反映滑坡体的稳定性的方法以克服滑坡防治现有技术的不足。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于物探数据的构造混杂岩滑坡稳定性模拟方法，解决了现有技术中无法快速建立符合滑坡实际情况的精细化地质模型、快速获取岩土体抗剪强度参数从而快速进行滑坡稳定性评价的问题。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：

本发明提供一种基于物探数据的构造混杂岩滑坡稳定性模拟方法，包括以下步骤：

S10、通过对滑坡区出露的地层岩性进行电阻率物性测试，再对滑坡体整个剖面进行高密度物探数据采集和处理，反演得到电阻率剖面图；

S20、对所述电阻率剖面图进行解译分区，得到相应的滑坡地质模型；

S30、将典型岩土体的抗剪强度参数及其物性参数构建关系模型，根据关系模型换算出实际岩土体的抗剪强度参数；

S40、将预设条件加载至所述滑坡地质模型中，输出滑坡稳定性数值模拟结果，并进行稳定性评价。

进一步地，所述步骤S20包括：

S201、根据所述电阻率剖面图，结合现场调查及基础地质资料，对物探结果进行解译分析；

S202、对出露的地层岩性进行物性测试，得到岩石相对应的电阻率值，分析出现场各地层岩性分区的电阻率ρ值，对滑坡地层岩性分布特征进行划分，并对滑坡体内的预设地质体进行圈定；

S203、建立包含所述电阻率ρ值的滑坡地质模型。

进一步地，所述步骤S30包括：

通过构建典型岩土体的抗剪强度参数c、φ值及其物性参数电阻率ρ值的关系模型，结合物探电阻率剖面图的结果，得到滑坡岩土体抗剪强度参数值；其中，c表示粘聚力，φ表示内摩擦角。

进一步地，所述典型岩土体的抗剪强度参数c、φ，是根据所述各地层岩性分区的电阻率ρ值，代入预设公式计算获得。

进一步地，所述预设公式为：

对于碎块石、土体：

公式（1）

公式（2）

对于岩体：

公式（3）

公式（4）

式中，ρ表示电阻率值；c，φ值表示岩土体抗剪强度参数值。

进一步地，所述步骤S40中，预设条件包括：

降雨、地震的加载边界条件；

地层岩性分布深度条件；

滑坡各地层岩性分区抗剪强度参数c、φ；c表示粘聚力，φ表示内摩擦角。与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

（1）本发明可以借助物探反演成像技术，获得物探电阻率剖面图，克服复杂地质环境条件下对滑坡空间结构认识不清、判识不准等问题，进而快速建立精细化滑坡地质模型；

（2）通过构建物性参数（电阻率ρ值）与滑坡岩土体抗剪强度参数（c、φ值）之间的关系模型，结合物探电阻率剖面图的结果，快速得到滑坡岩土体抗剪强度参数值，克服了在勘察阶段获取岩土参数速度慢、准确度低等问题；

（3）基于快速建模以及快速获取得到的岩土体抗剪强度参数，通过数值模拟软件进行精细化滑坡地质模型的稳定性数值模拟计算并进行滑坡稳定性分析。

附图说明

图1为本发明实施例提供的基于高密度物探数据的滑坡稳定性模拟方法流程图；

图2为本发明实施例提供的基于高密度物探数据的滑坡稳定性模拟方法的原理图；

图3为本发明实施例提供的通过物探数据反演得到的滑坡物探电阻率剖面图；

图4为本发明实施例提供的精细化地质模型的示意图；

图5为滑坡数值模拟计算过程-X方向位移云图；

图6为滑坡数值模拟计算结果-X方向位移云图；

图7为滑坡数值模拟计算过程-最大剪应力增量云图；

图8为滑坡数值模拟计算结果-最大剪应力增量云图。

具体实施方式

为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”“前端”、“后端”、“两端”、“一端”、“另一端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

参照图1所示，本发明提供的基于高密度物探数据的构造混杂岩滑坡稳定性评价方法，包括以下步骤：

S10、通过对滑坡区出露的地层岩性进行电阻率物性测试，再对滑坡体整个剖面进行高密度物探数据采集和处理，反演得到电阻率剖面图；

S20、对所述电阻率剖面图进行解译分区，得到相应的滑坡地质模型；

S30、将典型岩土体的抗剪强度参数及其物性参数构建关系模型，根据关系模型换算出实际岩土体的抗剪强度参数；

S40、将预设条件加载至所述滑坡地质模型中，输出滑坡稳定性数值模拟结果，并进行稳定性评价。

其中，对构造混杂岩的说明：构造混杂岩指的是由板块沿海沟俯冲过程中的构造作用形成的基质包裹着各种粒径岩块的岩体，主要由基质和岩块组成。可以这样理解构造混杂岩是一种岩性比较复杂的岩体（岩性主要有蛇纹岩、片岩、板岩、玄武岩等），受长期构造演化和断裂活动影响，斜坡岩体呈碎裂-层状结构，岩层皆遭受强烈挤压揉皱、片理化明显，在岩体中发育若干节理裂隙及蚀变岩带。蚀变软岩夹层成为软弱带，黏土化现象明显，手捏即碎。在外部作用下（如降雨、河流侵蚀、人类工程活动等作用），对滑坡体稳定性存在着一定的影响。所以，如果通过物探的手段，一方面圈定构造混杂岩的精准范围，另一方面，通过物探结果（电阻率值）反推算出构造混杂岩的抗剪强度参数（c，φ值），不仅提高了滑坡建模的准确度，而且可快速取得相应岩土体的抗剪强度值，为进一步滑坡稳定性数值模拟计算提供了依据。

该方法借助物探手段，获得物探电阻率剖面图，克服复杂地质环境条件下对滑坡空间结构认识不清、判识不准等问题，进而快速建立精细化滑坡地质模型；并快速得到滑坡岩土体参数值；进一步进行精细化滑坡地质模型的稳定性数值模拟计算，实现准确的对滑坡稳定性的评价分析。

参照图2所示，为本发明的基于高密度物探数据的构造混杂岩滑坡稳定性模拟方法的原理图：对上述各个步骤进行详细的说明：

首先，在步骤S10中，本发明需要借助地球物理勘探技术（简称“物探”）对滑坡空间结构进行数据采集，需要沿滑坡轴线方向上部署合理的物探测线，采用高密度电阻率法，部署好电极进行野外数据的采集，然后对采集的数据进行处理，反演得到滑坡轴方向上的电阻率剖面图。

其次，在步骤S20中，依据物探反演的结果（即物探电阻率剖面图），结合现场地面调查，包括可能存在的断裂带、出露的岩石岩性、地面及地下可能存在的汇水区等等，以及地层岩性、地质构造等基础地质资料，对物探结果进行解译。结合现场岩土体原始物性参数（电阻率ρ值）探测的结果，对滑坡地层岩性分布特征进行划分，同时对于滑坡体内特殊地质体（比如黏土化蚀变岩、蚀变软弱夹层、断裂破碎带、岩溶发育区、孤石等）进行圈定，最终建立包含滑坡物性参数（电阻率ρ值）的滑坡地质模型。

本步骤中，是通过现场对出露的地层岩性进行物性测试（就是对局部出露的构造混杂岩的岩石进行电阻率值测试），然后再进行对滑坡体整个剖面的物探数据采集工作，然后进行数据处理，反演得到物探剖面图（电阻率剖面图），然后根据现场测得物性测试结果，对物探剖面图进行分区，得到相应的滑坡地质模型。

然后，在步骤S30中，对于物探解译结果分区的情况，按照不同电阻率ρ值形成不同的地层岩性区，对不同地层岩性区按照电阻率差异赋数值模拟用的岩土体参数c、φ值（c表示土力学粘聚力，φ表示内摩擦角）。

该步骤中得到的c、φ值，是在基于大量的、前期已有的构造混杂岩的岩石物性参数（电阻率ρ值）和相对应的已知的岩石抗剪强度参数（c，φ值）进行归纳，或者统计分析并拟合得到相应的岩石物性参数与抗剪强度指标的关系模型，这样就可以通过现有物探反演结果（电阻率ρ值），反过来得到相应的岩石抗剪强度参数值。

通过数理统计，得出地层岩性转换公式：

对于碎块石、土体：

公式（1）

公式（2）

对于岩体：

公式（3）

公式（4）

建立起c值、φ值分别与电阻率值ρ之间的关系公式，通过该关系公式可快速通过电阻率ρ值得到c，φ值，进而快速进行滑坡稳定性数值模拟计算。

最后，在步骤S40中，将预设条件加载至所建立的地质模型中，预设条件包括①降雨、地震的加载边界条件；②地层岩性分布深度条件；③滑坡各地层岩性分区抗剪强度参数c、φ。通过地质模型建立相应的数值模型，在数值模拟软件中进行滑坡稳定性模拟计算，并对滑坡稳定性评价。

本发明实施例，可针对构造混杂岩区域复杂地质环境条件下，实现滑坡快速、精准建模，同时通过物探结果可快速获取滑坡体岩土体力学参数值（c，φ值），进行滑坡稳定性数值模拟计算，具有快速计算和准确率高等特点；进而有助于对滑坡空间结构的稳定性进行评价。

举例来说：

比如对某滑坡进行高密度电法野外数据的采集，通过物探数据的反演得到滑坡物探电阻率剖面图，如图3所示；结合地质背景资料，对物探结果进行解译，划分地层岩性，圈定特殊地质体（堆积体、滑带、断裂破碎带），快速建立精细化地质模型，如图4所示划分了A1-A21共21个区域（Zone Group）；结合物探电阻率剖面图的结果将电阻率值ρ带入物性参数与岩土体参数关系模型中（地层岩性转换公式1、2、3、4），可快速得到c、φ值（如表1所示）；

表1 物性参数与岩土体参数对应表

地层岩性（分区）	名称	电阻率值ρ(lg)	c/（kPa）	φ/（°）	K/ GPa	G/ GPa	密度ρ（kg/m3）
								A1	花岗岩	2.9	17000	60	60	25.64	2700
A2	花岗岩（强风化）	2.8	32	33	28	7	2300
								A3	破碎带	2.6	30	32	50	10	2000
A4	破碎带	2.3	28	28	50	10	2000
								A5	破碎带	2.4	29	30	50	10	2000
A6	花岗岩（全风化）	2.7	30	32	28	7	2300
								A7	花岗岩（破碎）	2.6	10000	40	60	25.64	2000
A8	花岗岩（河水入渗）	2.6	32	34	50	10	2000
								A9	花岗岩	3.3	19000	60	60	25.64	2700
A10	花岗岩（河水入渗）	2.5	30	32	50	10	2000
								A11	花岗岩（破碎）	2.4	9000	38	60	25.64	2000
A12	花岗岩（河水入渗）	2.4	28	30	50	10	2000
								A13	花岗岩（破碎）	2.3	8000	36	60	25.64	2000
A14	花岗岩（河水入渗）	2.4	28	30	50	10	2000
								A15	碎石土	2.4	25	26	22	6	1900
A16	花岗岩	3.4	19000	60	60	25.64	2700
								A17	花岗岩	3.3	19000	60	60	25.64	2700
A18	花岗岩	3.8	20000	60	60	25.64	2700
								A19	花岗岩	2.8	13000	45	60	25.64	2100
A20	花岗岩	2.7	13000	45	60	25.64	2100
								A21	花岗岩（全风化）	2.5	28	30	22	6	1900

将数值模拟所需要的岩土体参数以及边界条件输入数值模型中，通过数值模拟软件快速进行滑坡稳定性数值模拟计算，如图5~图8所示；最终根据滑坡稳定性数值模型结果，参照表2，对该某滑坡结构的稳定性进行评价，如图6中所示通过数值模拟计算得到的滑坡稳定系数Fs=1.242，所以该滑坡处于稳定状态，但是从模拟结果可以看出，该滑坡具有高位剪出的特点，前缘也存在再次下滑可能。

表2 滑坡稳定状态划分表（滑坡防治工程勘察规范）

本发明根据滑坡物探电阻率剖面图，结合滑坡体中岩土体抗剪强度参数与电阻率值得转换关系，通过反演得到的不同电阻率值来获取对应的岩土体抗剪强度参数，然后基于数值模拟软件，建立考虑滑坡物探数据的地质模型，进而模拟计算滑坡体的稳定性。

本发明克服在构造混杂岩区域复杂地质环境条件下，对滑坡空间结构认识不清、判识不准等问题，进而快速建立更符合实际滑坡情况的滑坡地质模型；并快速得到滑坡岩土体抗剪强度参数值；进一步进行精细化滑坡地质模型的稳定性数值模拟计算，使得数值模拟结果更为准确，从而实现快速、准确地对滑坡稳定性的评价分析。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (6)

1.一种基于物探数据的构造混杂岩滑坡稳定性模拟方法，其特征在于，包括以下步骤：

S10、通过对滑坡区出露的地层岩性进行电阻率物性测试，再对滑坡体整个剖面进行高密度物探数据采集和处理，反演得到电阻率剖面图；

S20、对所述电阻率剖面图进行解译分区，得到相应的滑坡地质模型；

S30、将典型岩土体的抗剪强度参数及其物性参数构建关系模型，根据关系模型换算出实际岩土体的抗剪强度参数；

S40、将预设条件加载至所述滑坡地质模型中，输出滑坡稳定性数值模拟结果，并进行稳定性评价。

2.根据权利要求1所述的基于物探数据的构造混杂岩滑坡稳定性模拟方法，其特征在于，所述步骤S20包括：

S201、根据所述电阻率剖面图，结合现场调查及基础地质资料，对物探结果进行解译分析；

S202、对出露的地层岩性进行物性测试，得到岩石相对应的电阻率值，分析出现场各地层岩性分区的电阻率ρ值，对滑坡地层岩性分布特征进行划分，并对滑坡体内的预设地质体进行圈定；

S203、建立包含所述电阻率ρ值的滑坡地质模型。

3.根据权利要求1所述的基于物探数据的构造混杂岩滑坡稳定性模拟方法，其特征在于，所述步骤S30包括：

通过构建典型岩土体的抗剪强度参数c、φ值及其物性参数电阻率ρ值的关系模型，结合物探电阻率剖面图的结果，得到滑坡岩土体抗剪强度参数值；其中，c表示粘聚力，φ表示内摩擦角。

4.根据权利要求3所述的基于物探数据的构造混杂岩滑坡稳定性模拟方法，其特征在于，所述典型岩土体的抗剪强度参数c、φ，是根据所述各地层岩性分区的电阻率ρ值，代入预设公式计算获得。

5.根据权利要求4所述的基于物探数据的构造混杂岩滑坡稳定性模拟方法，其特征在于，所述预设公式为：

对于碎块石、土体：

公式（1）

公式（2）

对于岩体：

公式（3）

公式（4）

式中，ρ表示电阻率值；c，φ值表示岩土体抗剪强度参数值。

6.根据权利要求1所述的基于物探数据的构造混杂岩滑坡稳定性模拟方法，其特征在于，所述步骤S40中，预设条件包括：

降雨、地震的加载边界条件；

地层岩性分布深度条件；

滑坡各地层岩性分区抗剪强度参数c、φ；c表示粘聚力，φ表示内摩擦角。

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