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崩塌調查與評估的技術方法

崩塌地質災害調查評價涉及多種技術方法,主要包括:遙感影像解譯、工程地質填圖、物探、鉆探、山地工程、室內試驗和野外試驗、模型試驗和模擬試驗、動態監測等。

(1)遙感圖像的解譯

1.基本要求

1)遙感影像解譯應在資料收集階段完成,並編制工程地質解譯圖,為野外踏勘和設計編制服務。

2)區域解譯采用1: 50000 ~ 1: 67000的航片,塌陷部分采用大比例尺航片(1:10000 ~ 1:1000)。有條件時,應利用多時相彩色紅外、紅外線、彩色、黑白、側視雷達等航空照片進行綜合解譯。

3)壹般采用目視解譯,盡可能對航拍照片進行光學和數字化處理,突出有效信息,提高解譯水平和效果。

4)建立直觀的解釋標誌(形狀、大小、陰影、灰度、色調、圖案等。)和間接解釋標誌(水系、植被、土壤、自然景觀和人文景觀等。)的不同航空照片;進行室內解釋,編制和解釋地質圖和照片鑲嵌圖,規劃調查工作和需要解決的關鍵問題。

5)進行解釋驗證,建立準確的解釋標誌,建立健全解釋卡和驗證卡,積累詳細準確的地質資料。

6)提交的成果有:①災害地質圖解譯;②解讀卡片;③驗證卡;④典型照片收集;⑤解讀報告;⑥調查所需的其他解釋圖件。

2.解讀內容

1)劃分地貌單元,建立地貌形態、成因類型、微地貌形態和發育特征;確定地形與地質構造、地層巖性、工程地質條件的關系;確定崩塌體產生的地貌單元,分析判斷崩塌與地貌的關系。

2)解釋崩塌體的地層和巖性特征。

3)解讀坍塌與結構的關系。確定主要構造特征(褶皺和斷層)的分布和規模以及與塌陷形成的關系。

4)說明地表水和地下水對崩塌形成及其堆積物穩定性的作用和影響。確定大泉、泉群和地下水溢出帶,確定窪地、漏鬥、天坑、落水洞等巖溶現象的分布,圈定地表水體的分布範圍,了解水系的發育特征。

5)解釋崩塌體的邊界,推斷其厚度和體積,判斷其形成機制和類型。根據塌陷區的地貌、植被和彩色紅外圖像特征,初步分析了塌陷的形成時間和穩定性。

6)推斷危巖體未來崩塌的體積、範圍、方位、位移距離,圈定災區,分析衍生災害,初步評估災情。

(2)工程地質測繪

1.基本要求

1)比例尺的確定:綜合區域工程地質填圖為1:25000 ~ 1:50000;崩塌災害環境地質測繪初勘為1:10000 ~ 1:1000,可研階段測繪為1: 2000 ~ 1: 500。

2)測繪範圍:外圍環境地質調查,以查明小區域內與崩塌體形成有關的地質環境和崩塌發育規律為基礎;崩塌體的測繪範圍應為其初步長寬的1.5 ~ 3倍,並應包括可能造成危害及衍生災害的範圍。

3)使用的地形圖必須與滿足精度要求的測繪比例尺相同或更大。

4)實測地質體的最小尺寸壹般為對應圖上2mm。特別重要的是,小於2mm可以展開,但必須註明實際數據。圖上地質點與地質界線的誤差不應超過2mm。

5)測繪前應測量地層剖面,建立地層巖性柱狀圖,確定測繪單位。

6)測繪方式采用穿越與追索相結合。應該追求重要的界限。覆蓋區域應手動曝光。

7)觀測點的布設應目的明確,密度合理,並有足夠的點位控制崩塌邊界、地質構造和裂縫。觀測點的類型分為:巖性點、地貌點、地質構造點、斷裂統計點、水文地質點、外部動力地質現象點、斷裂調查點、崩壁調查點、塌陷變形點、災害調查統計點、人類工程活動調查點、采樣點、測試點、長期觀、監測點等。

8)觀測點的測量要求:當測繪比例尺小於1∶5000時,采用目測和羅盤交會法定位,可根據地形圖和氣壓計估算標高。測繪比例尺為1∶5000時,必須用儀器測量。重要的觀測點、勘探點和監測點,無論規模大小,都必須用儀器測量。

9)野外記錄要求:①用專用卡片記錄觀測點,分類系統號與位置號壹致;(2)記錄必須與現場草圖壹致;③描述要全面,重點突出;④描述並記錄點與點之間的路線。

10)采集代表性巖土樣本和水樣進行鑒定和實驗室試驗。

11)在測繪過程中,要經常校對原始數據,及時進行分析,及時編制各種分析圖表,及時整理匯總數據,及時發現和解決問題,指導下壹步工作。

12)測繪工作結束,原始資料整理完畢後,組織實地驗收。在全面系統的資料整理和初步分析的基礎上,應提出以下原始成果:①實際材料圖;②野外地質草圖;③實測地層直方圖;④實測地層剖面;(5)觀測點記錄卡;6.山地工程記錄和草圖;⑦長期觀測記錄和監測記錄;(8)土工和水樣試驗結果清單;⑨相冊;⑩文字總結;?基於數據的信息。

2.測繪內容

1)巖體工程地質填圖:查明巖體的地質時代、成因類型、巖性及接觸關系。

2)土壤工程地質填圖:查明土壤的粒度組成、礦物成分、密實度或稠度、孔隙度、土壤結構、成因類型和地質年代。

3)地貌和斜坡結構調查:①微地貌調查,包括分水嶺、山脊、斜坡、谷肩、坡腳、懸崖、山谷、河谷、河漫灘、階地、剝蝕面、巖溶微地貌、崩塌地貌和人工地貌。調查和描述各地貌單元的形態特征(面積、長度、寬度、高程、高差、深度、坡度、物理特征及其變化),微地貌的組合特征、過渡關系和相對年齡;(2)重點調查崩塌體產生的地貌單元,重點調查溝谷地貌和斜坡地貌,查明斜坡的構造類型和坡度特征;③分析巖溶地貌、流水地貌與崩塌的關系;④調查人工地貌(采場、水庫大壩、道路、人工邊坡等)之間的關系。)而崩潰。

4)地質構造調查:查明調查區的構造輪廓和特征,調查褶皺、斷層和節理的位置、產狀、規模、力學性質及其與塌陷的關系。

5)新構造運動和地震調查:主要是收集資料。

6)水文地質調查:調查地表水體與地下水的位置、範圍和動態關系,地下水的補給、直徑和排泄條件,地下水露頭的位置、流出特征和動態變化等。在此基礎上,綜合分析了地表水和地下水對塌陷的影響。

7)人類活動調查:調查人類工程活動、不良地質現象或人類活動誘發的地質災害的現狀和規劃。

8)塌陷區調查:①查明塌陷區的地質構造,包括地層巖性、地貌、地質構造、巖土結構類型、邊坡組構類型及其對塌陷形成的控制和影響。巖土結構應重點記錄軟弱夾層、斷層、褶皺、裂隙、裂縫、巖溶、采空區、空區、側界、底界;(2)查明塌陷區的水文地質特征,包括地表水的入滲和徑流,塌陷體內地下水的數量、質量和侵蝕性;③早期塌陷的遷移和聚集;(4)未來崩塌和災害條件下可能的遷移和聚集;⑤可能的災害類型(如泥石流、滑坡、湧浪等。),本次崩塌災害的規模、災害範圍、災害預評估。

9)環境地質體調查:調查塌陷區外地質體的穩定性,為防治工程持力層的選擇提供依據。

10)易發災害因素調查:調查易發災害因素(如降雨、地表水侵蝕、地下水活動、人工爆破、地下開采、渠道滲漏等)的強度和周期。)與坍塌的形成有關。

(3)地球物理勘探

物探技術要求按現行專業標準執行,主要物探剖面應與工程地質剖面壹致。

(4)鉆井

1.基本要求

1)應編制鉆井設計書(包括鉆井的目的、類型、深度、結構和鉆井工藝)。

2)鉆孔深度應穿過崩塌體的底部邊界。進入穩定巖(土)3m(土)至5m(巖體)。

3)孔徑應滿足取芯和測試的要求。

4)應進行簡單的水文地質觀測。

5)鉆孔後,應按要求封孔並保留巖心。

2.鉆井地質記錄

這是最基本的第壹手成果數據,在現場要及時記錄;應註意剩余巖心的分布和巖心采取率的計算;鉆孔地質錄井應使用統壹的表格。

1)巖芯描述:硬巖層,應描述名稱、顏色、成分、結構、節理裂隙、風化破碎程度、巖芯長度、完整性等。卵礫石層應描述其名稱、顏色、巖性、成分、大小、形狀、填充物含量和膠結情況;砂土層,應描述其名稱、顏色、成分、粒度、幹濕狀態、內含物等。;粘性土應描述其名稱、顏色、成分、結構特征、可塑性、稠度等。

2)節理裂隙描述:確定節理裂隙的類型、成因、連續性、張開度、充填物、破碎率;斷層描述:斷層性質、破碎帶寬度(深度)、擦痕、構造巖、巖心完整性、漏水、突水等。

應註意巖溶、裂隙、滑帶、軟弱夾層的描述,地質記錄、水文地質觀測記錄、鉆探異常記錄、取樣記錄。

3.鉆探結果

最終成孔後,應及時整理並提交鉆探成果,包括鉆探設計、鉆探柱狀圖、巖心草圖、巖心照片、簡易水文地質觀測記錄、樣表、鉆探報告等。

鉆孔柱狀圖的比例尺壹般為1: 100至1: 200,以能清晰代表主要地質現象的為準。圖紙的內容、樣式和標註應符合相應的規範。

4.鉆井方法解決的主要問題

1)查明崩塌體的巖性、地質構造、巖土結構、風化帶、巖溶、邊界條件、形態特征和規模。

2)查明塌陷區水文地質條件,抽取地下水樣品。

3)檢測隱伏裂縫和地表裂縫的深度、發育特征、充填情況、充水情況及連通性。

4)取巖土物理力學室內試驗樣品,進行水文地質現場試驗(壓水、抽水、註水、擴散試驗等。)和長期觀測,確定水文地質參數,核實滑坡帶的位置和特征。

5)開展地球物理綜合測井和井間測井,擴大探測範圍。

6)塌陷變形長期監測和施工期變形監測。

(5)山地工程

1.山地工程解決的問題

1)探坑:深度小於3m。用於剝離浮土,暴露基巖,了解巖石和風化,或用於載荷試驗和滲透試驗。

2)海溝:深度壹般小於3m。用於剝離浮土,揭示基巖,多垂直於巖層走向布置。用於追蹤構造線、斷層和滑坡的邊界,了解殘積物的厚度和巖性。

3)淺井和豎井:淺井深度小於15m,豎井深度大於15m。用於勘探風化巖體的劃分、巖土體的結構構造、軟弱夾層、裂隙和溶洞等。,並開展原位測試和變形監測。

4)平斜平硐:壹般斷面為1.8m×2m,適用於巖層傾角大、坡度大的地段。用於探測地層巖性、巖體結構、斷層、裂縫和洞穴等。,也用於取樣、現場原位測試和現場監測。

5)巷道和石門:與豎井相連的近水平巷道,沒有直接的地面出口,不常用。

2.山地工程地質工作

(1)地質目錄目錄

1)揭示的巖土名稱、顏色、巖性、結構、構造、層理特征、厚度、接觸關系、地質年代、成因類型、產狀。軟弱夾層應放大繪制,並註意其延展性和穩定性。

2)巖石的風化特征和風化卸荷帶的劃分,以及風化與裂隙的關系。

3)斷層:產狀、規模、斷層距離、斷層形態及分布特征、斷裂帶寬度、構造巖石、兩側巖性、斷層性質等。

4)裂縫、裂隙:對滲透性好的裂縫、節理逐壹描述,記錄其性質、壁面特征、成因、裂縫開合、充填、連通性、相互切割關系、錯動變形、漏水情況。

5)滑坡帶和重力變形帶是描述的重點,並有所放大。需要描述其厚度、巖性、物質成分、結構巖石、產狀和含水量。

6)水文地質現象:註意滴水點、湧水點、滲水點、連通試驗出水點、臨時出水點。註意其產位、水量、與裂縫、裂隙、巖溶、老洞穴的關系、水量與降雨量的關系。

7)記錄各種測試點、物探點、長期視點、采樣點、攝影點、監測點的位置、功能、層位、巖性及相關地質條件。

(2)地質素描的有關規定。

1)規模壹般為1: 20 ~ 1: 100。

2)繪制溝渠草圖,以繪制墻和底部顯示。如果兩堵墻的地質現象不同,畫出兩堵墻的草圖。槽底長度可水平投影,槽壁可根據實際長度和坡度繪制,也可采用壁底平行展開法。

3)淺井和豎井示意圖。展示圖壹般由兩個相鄰的墻組成,平行展開,表示墻的朝向。圓形井顯示分為90等分,兩個相鄰的墻平行繪制。斜井顯示器應顯示其傾斜度。

4)用平硐示意圖繪制洞頂和兩壁。擴展格式是基於洞穴的天花板和兩個墻壁從頂部擡起。當孔的方向發生變化時,需要指明轉彎的方向,孔的頂部是連續繪制的。兩壁轉折時,凸出的壹面呈三角形,撕開叉子。孔深的計算主要以孔頂中心線為依據。洞頂的坡度壹般用高差曲線來表示。

5)開挖過程中的編目:及時記錄開挖過程中遇到的裂縫、滑移帶、出水點、水量、頂底板變形等現象。壹般每隔5米畫壹張工作面草圖。對圍巖不穩定、必須支護的地段,應及時進行素描、拍照、錄像、取樣和埋設監測儀器。

(3)取樣和原位測試

根據有關規定和設計要求,在原位測試平硐段按要求進行地質素描和標本素描。

(4)錄像

有條件處理重山工程視頻。錄像時應記錄方位和主要地質內容。

3.山地工程提交的成果

地質草圖、重要地段施工記錄、相冊、視頻、取樣送樣單、各種點位記錄、重山工程勘探總結等。

(6)測試

目的是查明崩塌地質體及其發生環境,為穩定性評價、模型試驗、模擬試驗和防治工程設計提供必要的巖土物理力學參數和水文地質參數。

1.測試工作的安排原則

1)巖土成分的鑒定和基本物性、水力性質的測試應以巖性層或工程地質組、段為基本單位,每個單位取3 ~ 5組。

2)測試工作的重點應放在滑坡地帶。滑坡帶的力學性質是不均勻的,應著重測試主要的軟弱面(最弱面)。有必要控制地表的滑坡帶。參與統計的力學指標數量不應少於6個。

3)實驗工作應與其他工作緊密結合,充分利用其他手段進行取樣和測試。比如標準貫入試驗、旁壓試驗、深層取樣、水文地質試驗,可以充分利用鉆探;地表取樣和原位測試可以充分利用山地工程。

4)試驗工作的布置應室內和現場相結合。現場測試費用高,限制多,不宜投入過多。要根據工作階段和實際需要合理安排。

5)對於初步選定的防治工程持力層中的巖土,可根據防治工程的類型、荷載、受力方式和可能的變形形式選擇試驗項目。如評價持力層抗滑穩定性、巖體抗拉穩定性、地基承載力、抗滑性質等。

2.測試內容和方法

測試的對象、內容和方法取決於工作階段及其精度要求。

1)初步勘探階段:對於崩塌危巖體,試驗應能評價其變形破壞特征和穩定性計算。對於相關環境巖體(圍巖體、受崩塌和位移影響的地質體、防治工程的支護巖體、可能危及崩塌體的其他災害巖體等。),試驗主要以定性評價能滿足其穩定性和環境地質問題為主。這個階段主要基於數據收集和實驗室測試。

2)預可行性階段:對崩塌危巖體進行測試分析和穩定性計算。應對相關環境巖體進行穩定性評價等簡要試驗。承載巖體的定性或半定量分析和評估所需的簡單試驗。方法以現場試驗為主,同時進行相應的室內試驗。

3)可行性研究階段:應對崩塌體進行詳細測試,為變形分析、穩定性計算、模型試驗和模擬試驗提供所需參數。為滿足穩定性定性評價和環境地質問題定性研究的需要,對相關環境巖體進行了簡要試驗。對承載巖體進行了壹些試驗,為穩定性計算和防治工程方案設計提供所需參數。試驗方法主要是現場試驗和相應的室內試驗。

3.測試項目的選擇

應根據崩塌失穩機理和變形破壞的力學機理分析,選擇必要的試驗項目。

1)滑坍的測試項目有:①巖土成分、物理性質、水力性質;②彈性波速度;③弱平面抗剪強度;④水文地質試驗。

2)傾倒坍塌試驗項目有:①巖土成分、物理性質、水力性質;②彈性波速度;③底部弱面的抗拉強度;④巖塊間巖石表面的摩擦強度;⑤巖體的抗拉強度。

3)拉塌試驗項目有:①巖土的成分和物理性質;②抗拉強度。

4)脹塌試驗項目有:①巖石成分、物性、水力性質;②彈性波速度;③底部軟弱層的無側限抗壓強度。

5)交錯坍塌的測試項目有:①巖石成分、物理性質、水力性質;②彈性波速度;③底部巖土的抗剪強度。

4.測試方法和測試條件的選擇

應根據崩塌巖土的特性和發生環境,選擇合適的試驗方法和條件。

1)室內滲透試驗適用於砂土和粘性土。混合土和碎石土應考慮現場試驗。

2)室內壓縮試驗適用於淤泥和粘性土,其他土類應選擇現場試驗。

3)室內直剪試驗適用於粘性土和砂土(應挑出試樣中大於2mm的礫石和石塊)。角礫狀滑帶土或混合級配的碎屑狀滑帶土應考慮現場試驗。

4)當土樣中有許多粒徑大於10mm的顆粒時,不宜做室內三軸剪切試驗。選擇實地測試為宜。

5)砂土、粘性土和黃土應采用靜力觸探試驗。

6)淺埋防治工程選用的地基土,可采用承壓板壓縮試驗;對於埋深較大的地基土(5 ~ 15m),宜采用螺旋板載荷試驗或旁壓試驗。

7)鉆孔壓水試驗不能用於土體坍塌;當崩塌體內有壹定水位和水量時,可以進行提水試驗或適當抽水試驗;當崩塌體內無水或輕微含水時,在穩定條件允許的情況下,可采用控制鉆孔註水試驗或地表入滲試驗。

8)在巖體中進行現場試驗極其困難,應根據彈性波觀測和室內試驗進行選擇。

9)風化巖體和軟弱巖土可用於鉆前旁壓試驗。

10)未形成連通性弱面的危巖體應進行現場直剪試驗;沿某壹軟弱面滑動的危巖體應進行原位直剪試驗。

11)水庫型落石-危巖體,當巖體裂隙發育時,認為水庫高水位淹沒了部分危巖體,可進行抽水試驗或鉆孔壓水試驗。水壓試驗前,需要論證是否影響危巖體的穩定性。

12)人工快速對裂隙巖土崩塌體裂隙註水進行充水試驗和連通試驗是非常危險和有害的,任何情況下都不能進行。

5.測試結果的分析和應用

承擔測試的單位應提交崩塌地質體綜合測試報告,包括:①測試對象、測試方案、測試項目的確定及依據;②試驗要求和相關規範;③試驗技術和過程(試驗概述、標本制備、標本數量和特性、試驗儀器、試驗程序和結果安排);④測試結果及綜合分析;⑤試驗結果的建議值。

試驗結果只能作為穩定性計算和防治工程設計的參考。計算參數和設計參數的取值應在反分析和其他分析的基礎上,結合試驗結果、模型試驗、模擬試驗和專家經驗綜合確定。

(7)動態監控

1.動態監測的目的和任務

1)動態監測的目的是:①評價地質災害的活動性和穩定性;(2)監測滑坡變形塊體的分布、規模、位移方式、方向和速度,為分析滑坡變形特征和變形機理提供服務,為防治工程設計提供重要依據;(3)為勘探施工安全提供預警預報,及時反饋重山工程施工引起的崩塌擾動,控制勘探施工場地和強度,為防治工程設計提供參考;④為今後該站的長期監測打下良好的基礎。

2)動態監測的任務:①查明崩塌體的主要塊體、主要部位、主要破壞模式、主要變形方向和變形速率;(2)進壹步了解滑坡的物理特征,分析其變形規律、發展趨勢和形成機制,分析評價滑坡的穩定性,論證防治工程設計;③監測與崩塌有關的致災因素(如降雨、地表水、地下水和人類活動等。)及其強度,並分析評價其對崩塌穩定性的影響。

2.動態監測的內容和方法

(1)絕對位移監控

1)監測內容:對崩塌體測點進行三維坐標監測,得出測點的三維變形位移量、位移方式、位移速率。

2)監測方法:大地測量、GPS測量、近景攝影測量、激光全息和激光散斑法。

(2)相對位移監測

1)監測內容:相對位移監測是壹種常用的變形監測方法,用來測量相對位移變化(張開、閉合、下沈、擡升和錯位等。)在滑坡關鍵變形部位的點之間。主要用於監測裂縫、滑坡帶和采空區的頂底板,是塌陷監測的主要內容。

2)監測方法:簡易監測法(標樁或埋樁、鋼尺直接測量等。)、機械監測法(用機械儀器監測裂縫、滑帶和頂底板的位移或沈降)和電氣監測法(常用感應調頻位移計監測)。

(3)傾斜監測

地面傾斜監測:監測內容為滑坡地面傾斜方向和傾斜角度的變化。監測儀器包括盤式測斜儀、桿式測斜儀和T型測斜儀。

深部傾斜監測:用鉆孔測斜儀測量滑坡體內鉆孔的傾斜變形,得到各孔段的水平位移。

(4)聲發射監測

1)監測內容:檢測巖體破裂時產生的聲發射信號,從而判斷巖體的變形和穩定性,並做出預測。

2)監測方法:采用進口或國產聲發射儀和檢波器進行監測。

(5)地應力觀測

1)觀測內容:測量滑坡體內地應力的變化,區分拉伸區、壓力區和壓力變化,推斷巖體變形。

2)監測方法:監測常用WL-60應力計、YJ-73三軸壓磁應力計等儀器。

(6)地下水監測

1)監測內容:對測區地下水露頭的水位、水量、水溫、水質進行長期監測。掌握區內地下水的變化規律,分析地下水和地表水與大氣降水的關系,進行地下水動態特征與崩塌體變形的相關性分析,為穩定性評價和防治工程設計提供水文地質資料。

2)監測方法:利用監測床、自動水位記錄儀、孔隙水壓力計、鉆孔滲壓計、流量計、水溫計、流量測量堰和取樣,對泉、井、坑、鉆孔、平洞和豎井等地下水露頭進行監測。

3)適用範圍:當崩塌的變形和破壞與地下水有關,且雨季或地表水位上升時崩塌內存在地下水時,應進行監測。

(7)地表水監測

1)監測內容:監測與崩塌有關的溝、溪、河的水位、流速、流量,分析其與地下水、降雨的關系。

2)監測方法:采用水位計、自動水位記錄儀和測流堰進行監測。

(8)常規氣象監測

1)監測內容和儀器:利用常規氣象監測儀器(溫度計、雨量計、蒸發器等)進行以降雨為主的氣象監測。).

2)適用範圍:壹般需要氣象監測,必須進行地下水監測的崩塌體。

(9)地震監測

1)監測內容:地震力是作用於崩塌體的特殊荷載之壹,對崩塌體的穩定性起著重要作用。應利用地震儀等儀器監測該地區及周邊地震的烈度、發生時間、震中位置和震源深度,分析該地區的地震烈度,評價地震作用對崩塌體穩定性的影響。

2)適用範圍:適用於所有的崩塌調查和評估。根據我國地震監測的現狀,不宜自行設站監測,而應收集地震資料。

(10)人員活動監控

應監測調查區內對崩塌有影響的工程的範圍、強度、速度與崩塌變形的關系。

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