彭軍

(福建省水文地質(zhì)工程地質(zhì)勘察研究院 福建 漳州 363000)

在巖土工程中，通過巖土勘察工作可以確定邊坡結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，落實(shí)針對性的邊坡防護(hù)措施。不僅如此，通過具體的勘察數(shù)據(jù)還可以確定場地本身的適宜性，應(yīng)該得到重視。但考慮到雨水滲透環(huán)境中會對巖土邊坡的縱向抗剪強(qiáng)度造成較大的負(fù)面影響，進(jìn)而威脅到工程的施工質(zhì)量和施工安全，因此相應(yīng)的勘察技術(shù)還需要得到進(jìn)一步優(yōu)化，從而展開更加具體的風(fēng)險控制和修復(fù)工作。

1 巖土邊坡縱向抗剪強(qiáng)度勘察技術(shù)發(fā)展概述

從過往巖土工程工作開展情況來看，邊坡縱向抗剪強(qiáng)度勘察工作的高效落實(shí)，可以確保邊坡結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，讓邊坡保護(hù)工作得到落實(shí)，同時進(jìn)一步判定場址適合性。不僅如此，縱向抗剪強(qiáng)度參數(shù)數(shù)據(jù)也是巖土工程施工安全評價與監(jiān)控的關(guān)鍵參數(shù)指標(biāo)之一。在對巖土邊坡縱向抗剪強(qiáng)度進(jìn)行勘察過程中，需要對巖石材料的物理特性、構(gòu)造特征以及工程地質(zhì)環(huán)境等重要指標(biāo)提高重視，以此判斷巖土的壓縮強(qiáng)度、剪切強(qiáng)度等，分析巖土的物理特性，如韌性、黏聚力、摩擦角等。在實(shí)際發(fā)展過程中，根據(jù)巖土邊坡縱向抗剪強(qiáng)度數(shù)據(jù)能夠進(jìn)一步確定接觸面的巖土性質(zhì)、基巖性質(zhì)、坡度、高程等基礎(chǔ)性參數(shù)指標(biāo)。在落實(shí)相應(yīng)的縱向抗剪強(qiáng)度勘察工作時，需要對上述內(nèi)容提高重視，以此讓勘察工作穩(wěn)定有序地進(jìn)行，依據(jù)調(diào)查的成果，選用相應(yīng)的設(shè)計(jì)方法，以保證巖土工程施工的安全和質(zhì)量。

2 巖土邊坡縱向抗剪強(qiáng)度勘察技術(shù)作用分析

巖土邊坡的縱向抗剪強(qiáng)度是邊坡構(gòu)造穩(wěn)定的一個主要指標(biāo)，對其進(jìn)行勘察有助于工程人員發(fā)現(xiàn)可能存在的滑坡穩(wěn)定性問題，并基于觀測資料對其進(jìn)行結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化。在巖土工程中，如果邊坡構(gòu)造不穩(wěn)定，極易引發(fā)滑坡，從而對周邊的建筑物、道路以及居民的生活等構(gòu)成嚴(yán)重的危害。并且由于邊坡的不穩(wěn)定，會引起巖石、土壤等物質(zhì)流失，最終影響到周邊的生態(tài)系統(tǒng)。目前，我國大部分區(qū)域已出臺了相應(yīng)的建筑工程技術(shù)規(guī)范，對巖土邊坡進(jìn)行了規(guī)定，以求在保證工程滿足相應(yīng)技術(shù)規(guī)范的同時，表示數(shù)目減少不能使用“倍”施工成本，確保工程的設(shè)計(jì)與維修工作可以高效開展。

在實(shí)際巖土工程施工過程中，邊坡防護(hù)工作不容小覷。設(shè)計(jì)人員需要對周圍環(huán)境進(jìn)行勘察，綜合分析各種防護(hù)方法的可行性與執(zhí)行效果，這樣才能確保對周邊的地面與房屋進(jìn)行有效的保護(hù)，避免出現(xiàn)裂縫、滑坡等邊坡穩(wěn)定問題。邊坡防護(hù)工作如果出現(xiàn)問題，很有可能會給周圍建筑、生產(chǎn)生活帶來較大的安全風(fēng)險，增強(qiáng)其安全性需要采取恰當(dāng)?shù)姆绞健＿@就需要落實(shí)巖土邊坡縱向抗剪強(qiáng)度勘察技術(shù)，降低或防止邊坡上的水土流失，在某種意義上減輕對生態(tài)環(huán)境的沖擊。

除了上述兩個方面之外，巖土邊坡縱向抗剪強(qiáng)度勘察可以讓工作人員了解施工地點(diǎn)的適應(yīng)性。根據(jù)巖土邊坡縱向抗剪強(qiáng)度數(shù)據(jù)，確定區(qū)域內(nèi)的土體、巖體的性質(zhì)，確保區(qū)域內(nèi)施工的可行性。在巖土工程領(lǐng)域，如何選取合理的施工方案，將直接關(guān)系到地基的穩(wěn)定性和安全性。在實(shí)際勘察過程中，不僅需要判斷地基的實(shí)際情況，確定地基的整體狀態(tài)，還要對地基的巖土特性進(jìn)行評價與研究，進(jìn)一步確定地基的合理與安全，確保地基的穩(wěn)定性。同時，在巖土建筑中，基礎(chǔ)的承載力也是一個重要的因素，通過對基礎(chǔ)的適合度評價，能夠?yàn)榛A(chǔ)承載力參數(shù)的選擇奠定基礎(chǔ)。巖土邊坡縱向抗剪強(qiáng)度勘察得到的數(shù)據(jù)既可以作為相應(yīng)的試驗(yàn)資料，還可以為后續(xù)的評價工作提供支撐。尤其是在數(shù)字時代背景下，通過巖土邊坡縱向抗剪強(qiáng)度勘察工作，工作人員可以及時了解項(xiàng)目運(yùn)行狀態(tài)，對巖石邊坡穩(wěn)定性進(jìn)行穩(wěn)定預(yù)報與監(jiān)控，讓工程符合建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范要求，為對可能出現(xiàn)的問題與隱患展開全面的剖析與評價。根據(jù)數(shù)據(jù)與監(jiān)控結(jié)果來進(jìn)行相關(guān)的風(fēng)險管理，這對整個項(xiàng)目的質(zhì)量與安全有著非常重要的影響，也可以通過巖土邊坡縱向抗剪強(qiáng)度勘察進(jìn)行長期的監(jiān)控與評價。

3 巖土邊坡縱向抗剪強(qiáng)度勘察技術(shù)方法分析

首先，在進(jìn)行實(shí)地勘察前，必須對相關(guān)地質(zhì)、地貌以及周邊的基本條件有所了解，這樣才能更好地展開巖土邊坡縱向抗剪強(qiáng)度勘察，確定邊坡穩(wěn)定性情況，從而為巖土工程項(xiàng)目的開展奠定基礎(chǔ)。其次，通過對采集到的土體和巖石樣品進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室測試，獲得相應(yīng)的力學(xué)、壓縮、剪切、變形等指標(biāo)，為各種條件下的土體和巖石樣品的穩(wěn)定評價和預(yù)測奠定基礎(chǔ)。與此同時，在勘察工作中，測量和監(jiān)測是十分關(guān)鍵的一部分，在此過程中，利用位移計(jì)、地下水位測量儀、激光掃描、邊坡表面水位計(jì)等的測量儀表進(jìn)行勘測，而利用這些監(jiān)測數(shù)據(jù)，可以及時了解和處理巖土邊坡上出現(xiàn)的各種意外狀況和問題，及時應(yīng)對。除此之外，還可以使用有關(guān)的建模分析軟件，如Plaxis等，對邊坡的穩(wěn)定進(jìn)行研究。

在此基礎(chǔ)上，本文針對雨水滲透條件下巖石邊坡的縱向抗剪強(qiáng)度問題，提出一系列新穎的地質(zhì)調(diào)查技術(shù)與方法。例如：以現(xiàn)場實(shí)測資料為基礎(chǔ)，以高精度的3D成像技術(shù)為基礎(chǔ)，構(gòu)建出一種精確的巖土邊坡的3D物理模型，可以有助于勘察人員對其進(jìn)行深入的分析，對其在各種條件下的應(yīng)力狀態(tài)進(jìn)行仿真，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行大規(guī)模的仿真計(jì)算，從而找到并修補(bǔ)邊坡中存在的問題。同時，將光纖作為一種新的檢測手段，用于對邊坡進(jìn)行長時間、高精度、高精度的檢測，也是一種非常新穎的檢測手段。其中，所測得的數(shù)據(jù)包括應(yīng)變、水壓力、溫度、位移等，可以用來進(jìn)行自動化處理和分析，并對問題進(jìn)行及時發(fā)現(xiàn)和處理。再如：將GIS與衛(wèi)星技術(shù)相融合，對巖土體邊坡處的含水層、受載區(qū)等進(jìn)行研究。將基于人工智能與大數(shù)據(jù)技術(shù)的邊坡數(shù)據(jù)融合，逐步將其運(yùn)用到實(shí)際地質(zhì)調(diào)查項(xiàng)目中，進(jìn)而將其運(yùn)用到地質(zhì)調(diào)查項(xiàng)目中去，從而更加深入地認(rèn)識邊坡狀況，并對其將來可能出現(xiàn)的問題做出準(zhǔn)確的判斷，進(jìn)而為后續(xù)的工程建設(shè)提供依據(jù)。

很多地區(qū)氣溫、降水季節(jié)及非周期性波動明顯，巖土邊坡常年處在干濕交替的氣候條件下，雨水滲透問題突出，工程機(jī)械性能退化更加明顯。需要結(jié)合具體情況，設(shè)計(jì)出更加多元化的巖土邊坡縱向抗剪強(qiáng)度勘察技術(shù)，對不同含水量下的巖土邊坡縱向抗剪強(qiáng)度指標(biāo)進(jìn)行了分析，重點(diǎn)針對雨水滲透下的巖土邊坡縱向抗剪強(qiáng)度進(jìn)行分析。根據(jù)過往的分析工作來看，雨水滲透下抗剪強(qiáng)度的衰變與降雨次數(shù)、降雨振幅、初始含水量等因素密切相關(guān)。雨水滲透作用下，膨脹土的黏性會隨著雨水滲透作用而逐步衰減。

4 巖土邊坡縱向抗剪強(qiáng)度勘察技術(shù)實(shí)例分析

為深入探討雨水滲透作用下，巖土邊坡縱向抗剪強(qiáng)度變化情況，揭示雨水對巖土邊坡縱向抗剪強(qiáng)度的作用機(jī)理，本問以某工程項(xiàng)目的巖土邊坡為例，通過室內(nèi)實(shí)驗(yàn)，并針對當(dāng)?shù)氐慕邓畻l件，開展典型的室內(nèi)實(shí)驗(yàn)，采用室內(nèi)、室外實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的方法，進(jìn)行有限元計(jì)算和有限元仿真。

4.1 工程概述

以某項(xiàng)目工程為例，該建設(shè)項(xiàng)目用地在平緩的丘陵地帶，整體走勢為坡地，在實(shí)際施工過程中，涉及諸多不同的邊坡施工環(huán)節(jié)，需要展開相應(yīng)的邊坡支護(hù)設(shè)計(jì)，為了確保設(shè)計(jì)工作的穩(wěn)定性，展開了相應(yīng)的巖土邊坡縱向抗剪強(qiáng)度的勘察，并且考慮到當(dāng)?shù)貧夂颦h(huán)境，分析在雨水滲透條件因素下，巖土邊坡縱向抗剪強(qiáng)度變化情況，明確邊坡穩(wěn)定性，進(jìn)一步確定具體的支護(hù)方案。以該施工項(xiàng)目為例，在實(shí)際施工過程中，具體包括3 個巖土工程邊坡內(nèi)容，分別為兩個一級邊坡和一個三級邊坡。以基坑周邊東部為主，多為陡峭基坑，其斜率為1類，最高巖土邊坡為70 m。另外，還有一些基坑周邊為土質(zhì)邊坡，以基坑周邊為重點(diǎn)，最高巖土邊坡高度為38 m，為一類邊坡。還有一些開挖方邊坡，也有少數(shù)的填筑方邊坡，多為三級斜率，多為4～8 m的巖土邊坡高度。為了確保施工項(xiàng)目的順利開展，針對巖土邊坡縱向抗剪強(qiáng)度進(jìn)行了探討，從過往的施工經(jīng)驗(yàn)來看，巖土邊坡縱向抗剪強(qiáng)度參數(shù)會影響到邊坡殘余下滑力，因此，確定巖土邊坡縱向抗剪強(qiáng)度是確保邊坡穩(wěn)定的重要依據(jù)。

4.2 數(shù)據(jù)分析

因?yàn)樵摴こ添?xiàng)目位于一個高差109.0 m 的巖土邊坡上，所以在進(jìn)行縱向抗剪強(qiáng)度勘察之前，還需要確定具體的施工方案、施工要求、施工標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)而展開相應(yīng)的檢驗(yàn)。該工程項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)利用巖土計(jì)算軟件和Bishop條分法，對開挖邊坡的現(xiàn)有穩(wěn)定進(jìn)行了研究。表1 為巖土物理力學(xué)性指標(biāo)參數(shù)，表2 為邊坡穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果分析。根據(jù)表1和表2的數(shù)據(jù)可以看出，該工程項(xiàng)目存在較大的安全風(fēng)險，必須要落實(shí)相應(yīng)的支護(hù)工作，以此避免出現(xiàn)邊坡失穩(wěn)等問題。但在實(shí)際落實(shí)過程中，還需要對巖土邊坡縱向抗剪強(qiáng)度衰減情況進(jìn)行分析，以此判斷具體的衰減積累量和單次雨水滲透下衰減量，公式（1）和公式（2）為具體的計(jì)算公式。從實(shí)際數(shù)據(jù)來看，縱向抗剪強(qiáng)度衰減主要由黏聚力的衰減作用產(chǎn)生，內(nèi)摩擦角的衰減作用較小?；诖?，進(jìn)一步計(jì)算分析抗剪強(qiáng)度衰減擬合，以此掌握衰減規(guī)律，公式（3）為擬合函數(shù)公式。其中T為黏聚力衰減累積量，N為雨水次數(shù)、C1和C2為擬合參數(shù)。

表1 巖土物理力學(xué)指標(biāo)

表2 邊坡穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果

4.3 結(jié)果分析

為了對雨水滲透下的巖土邊坡縱向抗剪強(qiáng)度的改變進(jìn)行深入分析，在每次降水之后，在巖土邊坡下2 cm和8 cm的位置，分別采集6個圓刀形的樣品，對它們進(jìn)行直接剪切實(shí)驗(yàn)，獲得它們在各種垂直載荷（50kPa、100kPa、200kPa、300kPa、400kPa）、相同深度（50kPa、100kPa、200kPa、300kPa、400 kPa）下的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。在這些樣品中，選取了最具有代表性的垂直載荷（100 kPa）下的樣品。在這些樣品的不同深度和重復(fù)范圍內(nèi)，它們的剪切強(qiáng)度會隨著時間的推移而發(fā)生相應(yīng)的改變。在雨水滲透的條件下，邊坡土壤的剪切強(qiáng)度與其干、濕周復(fù)變的關(guān)系。隨著雨水滲透增大，縱向抗剪強(qiáng)度逐步降低，直至達(dá)到一個相對平穩(wěn)的水平；在雨水滲透之后縱向抗剪強(qiáng)度的衰減程度最大，并且會隨著雨水循環(huán)持續(xù)降低，但隨后縱向抗剪強(qiáng)度達(dá)到一個相對穩(wěn)定的水平。雨水滲透下，2 cm 的土的抗剪強(qiáng)度的衰減大于8 cm，表明該效應(yīng)對表層土的作用較弱。在相同的厚度下，降水量較大的情況下，巖土邊坡縱向抗剪強(qiáng)度的衰減要大于輕微降水下的土壤。研究表明：隨著雨水滲透的增加，邊坡的安全指數(shù)逐漸減小，當(dāng)雨水滲透率達(dá)到最高時，安全指數(shù)趨于1，隨后就有可能出現(xiàn)滑坡問題。隨著雨水滲透的增大，邊坡的安全系數(shù)逐漸減小，因其層理及幾何學(xué)特征，在邊坡的薄弱點(diǎn)部位，首先發(fā)生了塑性形變，然后，屈服點(diǎn)逐漸上升，直至形成一條貫穿土壤的剪力斷裂[1]。

5 雨水滲透下巖土邊坡縱向抗剪強(qiáng)度勘察工作分析

雨水滲透是影響巖土體縱剖面剪切性能的主要因素之一，結(jié)合上述實(shí)際案例來看，其顯著影響了巖土體的黏結(jié)力、減少了內(nèi)部摩擦力、加劇了裂縫擴(kuò)展、影響了基巖的穩(wěn)定等，給巖土工程的安全帶來了巨大的威脅。具體表現(xiàn)在以下幾點(diǎn)。

5.1 加強(qiáng)黏性，減少內(nèi)摩擦

在雨水滲透后，巖石中的黏性將得到加強(qiáng)，從而提高巖石的力學(xué)性能。雨水滲透效應(yīng)使巖石與土體之間的摩擦減小，使巖石與土體之間的縱向抗剪強(qiáng)度下降。為解決該問題，需要通過增加土壤有機(jī)質(zhì)含量、調(diào)整土壤結(jié)構(gòu)、使用合適的土壤改良劑來改善土壤的黏性與穩(wěn)定性。另外，地面上的植物能夠提高土體的水分吸收，維持地面上的植物或表層的草皮可以降低雨水對土體的直接侵蝕，進(jìn)而減少土體的摩擦系數(shù)。此外，適當(dāng)?shù)墓喔确椒ㄟ€有助于增加土體的凝固性，減少內(nèi)摩擦力，比如利用滴灌、噴灌等方法，使水分的分配更加合理，避免了過多的水分損失，減小了沖刷[2]。

5.2 使裂隙擴(kuò)大

在坡度較大的地方，由于雨水滲透頻繁，有沖擊作用，使裂隙擴(kuò)大由于雨水滲透的存在，使巖石的裂隙擴(kuò)展速度加快，更多的水分進(jìn)入巖石中，從而導(dǎo)致巖石的裂隙擴(kuò)展更加嚴(yán)重。為解決這一問題，本項(xiàng)目擬通過修建防護(hù)墻、增加植被、種植耐旱性較好的植被等方式，減少地下水侵蝕，減少地表裂紋擴(kuò)展[3]。在此基礎(chǔ)上，提出了一套合理、有效的儲水措施，并提出了相應(yīng)的防滲措施。例如：在雨季來臨前，可以設(shè)置一個蓄水池，將雨水集中起來，這樣既能防止快速損失，又能緩慢地滲入土地。除此之外，對于比較明顯的地面裂縫，還必須通過對其進(jìn)行擠出或填充的方法來對其進(jìn)行修補(bǔ)，從而減小其擴(kuò)展的幅度。除此之外，對其進(jìn)行合理的強(qiáng)化，還可以對其進(jìn)行固化，減少其對土壤的侵蝕，從而顯著減少其下沉的危險[4]。

5.3 對基礎(chǔ)巖體穩(wěn)定的影響

雨水滲透的浸潤還會將基礎(chǔ)巖體表層的泥土及疏松材料沖刷掉，從而將基礎(chǔ)巖體挖出表層，對基礎(chǔ)巖石的穩(wěn)定造成了很大的損害，進(jìn)而造成整個邊坡滑坡。為了應(yīng)對此問題，必須通過定時測定水位高度，實(shí)時監(jiān)控巖石內(nèi)孔隙內(nèi)的水汽對巖石內(nèi)的滲透作用，從而能夠?qū)矁?nèi)存在的隱患進(jìn)行有效防治。在地下水滲漏比較嚴(yán)重的地區(qū)，應(yīng)該在巖石表層涂以防滲層。例如：可以通過打孔灌漿來建立一個密閉的三維防水結(jié)構(gòu)。有了這個防水材料，雨水就會被擋在墻外，這樣就可以減少墻內(nèi)的滲水量。此外，為了減輕對巖體體系的沖擊，還應(yīng)在關(guān)鍵地段設(shè)置一條排泄管道，以便將雨水排入巖體中。這些被回收的水可以被重新使用，或者被用于周圍的純凈水系統(tǒng)[5-6]。

6 結(jié)語

綜上所述，雨水滲透下巖土邊坡縱向抗剪強(qiáng)度會隨著時間的推移而逐漸降低，且在斜坡中部因?qū)永?、幾何形態(tài)等原因形成的軟弱部位會發(fā)生塑變，進(jìn)而形成一條貫穿整個斜坡的剪力區(qū)，因此還需要在巖土邊坡中部較弱部位加設(shè)防滑支撐以增強(qiáng)其穩(wěn)定的方案。