基于边坡工程的岩土工程勘察技术分析

摘 要：为进一步提高边坡勘察及稳定性分析质量，本文以某公路边坡为研究背景，采用探地雷达与常规勘察相结合的综合勘察技术，对研究对象进行深入分析。分析结果表明，探地雷达技术能够探明现状边坡挡土墙实际情况，使边坡内部结构可视化，可以为边坡稳定性计算分析或不良剖面选取提供依据。结合探地雷达与传统勘查技术能够定性且定量对现状边坡稳定性进行综合评价。本文研究结果可以为后续边坡稳定性评价工作提供新的思路。

关键词：地质工程勘察；稳定性分析；边坡评价；岩土工程测试

中图分类号：U 41 " 文献标志码：A

在工程建设过程中，岩土工程勘察是十分重要的过程，其主要目的是明确建筑工程所在场地的地下环境，为设计施工工作提供可靠的数据支撑[1]。随着建筑工程技术的不断进步，建筑工程数量不断增加，工程勘察的重要性也日益凸显[2]。众多学者也对边坡稳定性分析方法与技术进行了深入分析，例如黎德波[3]分析了赤平投影技术在边坡稳定性分析中的作用，康毅[4]分析了高密度电法、瞬态面波等方法在边坡勘察中的应用优势。这些研究使勘查技术得到飞速发展，但探地雷达勘测技术应用、现状边坡勘察以及稳定性分析的相关研究相对较少。基于此，本文以某工程为研究对象，深入分析探地雷达勘测技术在某现状边坡勘察及边坡稳定性分析中的应用方法与优势，以期为后续相关工作提供新思路。

1 研究方法

1.1 研究区概况

某公路边坡现状坡长约280m，最高处达到32.87m，自然斜坡坡度在25°～40°，植被覆盖较好，坡体采用台阶式建设，一级边坡高约5m，二级边坡高约7.02～28.87m，一级边坡采用混凝土挡墙护坡，挡墙角度较大，二级边坡采用浆砌片石护坡，角度约为30°～57°，现南段挡墙表面可见鼓胀变形，预测挡墙有垮塌可能性，破坏后果较严重，边坡存在地质灾害安全隐患，因此需要对其进行勘察并分析其稳定性条件。

1.2 研究区初步勘察成果

根据钻探揭露及室内土工试验结果，地层岩性特征如下。①人工填土层（Qml）：褐红色，主要由含碎石黏性土回填而成，局部含块石，中密状态，对本层进行11次标准贯入试验，击数为13击～29击，平均19击，层厚1.20～8.40m。②第四系坡残积层（Qdl+el）粉质黏土：褐红色、紫红色，主要由黏性土组成，对本层进行标准贯入试验83次，击数12击～49击，平均29击，层厚0.50～24.80m。③强风化砂岩：褐红色、紫红色，风化裂隙发育，岩石遭强烈风化呈硬土状，对本层进行标准贯入试验50次，击数大于50击或反弹，层厚1.00～23.50m。④中风化砂岩：褐灰色，裂隙极发育，裂隙面有铁锈，揭露厚度0.80～4.40m。⑤微风化砂岩：灰绿色，岩石节理裂隙较发育，多闭合或充填，揭露层厚1.80～2.40m。

各地层物理力学参数建议取值见表1。

工程所在地区属于亚热带季风气候，气候温和，雨量充足，夏季高温多雨，冬季低温干旱。常年主导风为东南风，每年5—9月为雨季，日最大暴雨量为385.8mm，全区日平均最大暴雨量为282mm，多年平均蒸发量为1322mm，最小年蒸发量为1107mm。场地内无常年性地表水，雨季有大气降水形成的临时性地面片流，但区内截、排水设施不甚完善，场地地面水对坡上岩土体的稳定性有一定影响。边坡场地地下水主要为基岩裂隙水，赋存于岩体中的节理裂隙，为弱含水、弱透水地层，地下水靠降水入渗补给，并渗透排入下部地层。

1.3 探地雷达工作机理

为进一步确定该边坡的实际状态，本研究采用探地雷达勘测和常规勘察与稳定性分析相结合的手段对研究区域稳定性进行评价。其中，探地雷达是一种宽带高频电磁波信号勘探介质分布的非破坏性勘探仪器，主要通过天线连续拖动的方式获得断面的扫描图像。探地雷达工作机理如图1所示，其作用机理主要是利用雷达向地下发射高频电磁波，根据电磁波信号在物体内部传播遇到不同介质的界面就会发生反射、透射和折射等特点，通过读取电磁波信号中异常点位获得地下环境中不同地质体之间的界面，进而对地下环境中的不同地质体进行判断。

使用Groundvision和Reflexw雷达数据处理软件处理探地雷达资料，采用预处理、增益调整、滤波和成图等手段，最终得到各测线的成果图，主要操作流程为数据输入→文件编辑→能量均衡→数字滤波→偏移→时深转换→图形编辑→注释→输出剖面图。

2 基于探地雷达的边坡稳定性分析

2.1 探地雷达勘察方法

本次勘察采用X3M型地质雷达，采样频率为6608MHz，采集时窗长度为77ns，样点数为512，道间距为0.02m，叠加次数为自动叠加。采样过程共布置5条探线，勘探线与挡土墙走向垂直，勘探线与钻探剖面基本重合。探测工作量见表2。

2.2 探地雷达勘测成果

地质雷达勘测中的探线LD3勘探距离最长，探线LD3的地质雷达勘察结果如图2所示。根据初步勘察成果和边坡原始资料可知，一级边坡采用混凝土护坡，二级边坡采用浆砌石护坡，结合探地雷达勘察得到电磁波信号分布情况，可知在探线LD3的一级边坡处，探地雷达测得挡墙厚度约为0.8m，在距离起点约55m处发生突变，挡土墙厚度稳定在0.2m左右。在探地雷达结果中，除了距离侧线起点5m处有一个明显突变外，判定的挡土墙厚度并未发生明显突变，但在距离起点约28m至侧线结束处，能够看到标识挡土墙厚度的曲线起伏较大，但整体未对墙厚产生较大影响，推测其原有因是边坡护坡建设时间较长，在长期雨水冲刷下，上部坡体水土流失情况较为明显，导致原始护坡结构发生了一定程度破坏。

将5处地质雷达探线测得挡土墙厚度数据与坡地的距离绘制出来，如图3所示。由图3可知，在混凝土挡墙护坡的一级边坡挡土墙厚度为0.8m或1.2m左右。挡土墙有效位置在距侧线起点4～5m处，LD1、LD2处的一级边坡挡墙厚度明显大于其余探线，说明其护坡结构服役表现良好，并未发生变化，LD3、LD4侧线的挡土墙厚度为0.8m左右，与原设计内容基本保持一致。

探线LD5处已无法区分混凝土挡墙与浆砌石挡墙，由此推测此处混凝土挡墙已经发生影响其稳定性的内部变化，在LD5的探测范围内（19.64m），挡土墙厚度随距侧线起点距离增加而逐渐减少，且并未像其他侧线一样在距侧线起点4～5m处发生明显分界，说明此处挡土墙内部已发生变化，发生了类似滑坡的破坏情况，挡土墙结构已失效，因此需要进一步对边坡具体稳定性情况进行分析计算。

3 勘察成果概况与边坡稳定性计算

3.1 边坡稳定性分析

根据地质雷达勘测结果可知，LD5处挡土墙分解已不明显，且根据雷达勘测结果可知，此处可能已经发生滑坡，挡土墙失效，为进一步确定研究背景的边坡实际稳定性情况，须根据勘察结果结合地质类的勘测成果，采用规范要求的圆弧滑动法对特征断面进行稳定性计算。在计算过程中，根据上文所述勘察成果，将土层简化为人工填土、粉质黏土以及强风化砂岩，各土层参数取值见表1，计算工况采用自然状态和最不利的降雨状态，将计算过程中的地震烈度设置为7度，条分法的土条宽度为2m，地震作用综合系数为0.250，搜索时的圆心步长为1.000m。

以最不利的LD5所在剖面为例，其自然状态及降雨状态下的计算简图如图4所示，计算结果汇总见表3。LD3附近边坡在自然状态下的安全系数为1.232，它是基本稳定边坡，但安全储备较小，安全系数小于边坡规范中对二级边坡采用圆弧滑动法所得稳定安全系数的要求（1.25），在降雨状态下的安全系数降为1.077，略大于1，剖面LD5附近边坡在自然状态下的安全系数为1.162，它是基本稳定边坡，但安全储备较小，安全系数小于稳定安全系数要求（1.25），在降雨状态下的安全系数降为1.058，略大于1。综上所述，边坡在集中强降雨期间发生岩土体崩塌等地质灾害的可能性较大，因此，结合边坡现状，须对该处边坡进行进一步加固处理。

3.2 边坡稳定性综合评价

探地雷达勘测发挥了自身非侵入式探测的优势，可以对边坡状态进行评价，从探地雷达勘测结果可知，本文中的LD5测线位置存在原始边坡破坏问题，其原始挡墙已发生明显变形。除此之外，最长测线LD3中的坡顶位置也出现了一定程度的水土流失。而边坡稳定性的定量计算结果也表明LD3、LD5两处剖面在天然状态下的安全系数分别为1.232和1.162，小于相关规范要求，降雨条件下安全系数分别为1.077、1.058，可知边坡实际安全储备较小，安全系数小于相关规范要求。同时，通过两剖面对比可知，LD5在两种工况下的安全系数均小于LD3剖面，这也进一步验证了探地雷达勘察结果。

4 结论

为保障某公路边坡的安全性，本文对其进行了勘察工作，并对其现状边坡的稳定性进行了分析，研究得出以下结论。1）利用探地雷达技术发现研究区域一处挡土墙厚度随距侧线起点距离增加而逐渐减少，且并未像其他侧线一样有明显分界，说明此处挡土墙已发生破坏。2）采用圆弧滑动法，利用勘察成果对特征剖面进行稳定性计算，稳定性计算结果表明，在降雨条件下，两处特征边坡的安全系数分别为1.077、1.058，说明此边坡在集中强降雨期间发生岩土体崩塌等地质灾害的可能性大。

参考文献

[1]胡金政，张洁，黄宏伟，等.边坡勘察钻孔信息价值评价及优化布置方法[J].地球科学，2023，48（5）：1977-1988.

[2]杨争.岩土工程勘察在地质工程边坡治理中的运用分析[J].工程建设与设计，2022（11）：58-60.

[3]黎德波.岩土工程勘察中赤平投影判断边坡稳定性分析的应用[J].冶金与材料，2023，43（5）：178-180.

[4]康毅.勘察技术在边坡工程中的应用[J].城市建筑，2019，16（35）：123-124.