韓羽 楊健 李寧新

摘要：為避免工程實踐中因勘察策劃缺乏工程地質(zhì)問題預判導致地質(zhì)災害發(fā)生，維護工程邊坡穩(wěn)定，利用“先建假設模型，后做勘察驗證”的工程地質(zhì)問題勘察思路，結(jié)合大量工程實踐，根據(jù)地質(zhì)結(jié)構(gòu)控制論原理，在河谷地質(zhì)結(jié)構(gòu)分類基礎(chǔ)上對岸坡穩(wěn)定問題進行了初判。在此基礎(chǔ)上，將層狀巖質(zhì)岸坡地質(zhì)結(jié)構(gòu)分為三大類（共9個亞類），結(jié)合地貌差異，建立了山區(qū)河谷層狀巖質(zhì)岸坡穩(wěn)定問題的判別原理，并據(jù)此提出了相應的預判方法。論文研究成果對工程地質(zhì)問題勘察策劃具有借鑒作用，且對類似樞紐工程岸坡穩(wěn)定分析具有指導意義。

關(guān)鍵詞：地質(zhì)結(jié)構(gòu);岸坡穩(wěn)定;控制作用;勘察思路;納壩水庫;貴州省

中圖法分類號：TV861

文獻標志碼：A

DOI： 10.15974/j.cnki.slsdkb.2020.08.004

水利水電工程中樞紐建筑物多涉及邊坡問題，岸坡穩(wěn)定與否對工程選址、工程建設及運營將產(chǎn)生重大影響。通過總結(jié)大量的水利水電工程勘察設計案例，利用地質(zhì)結(jié)構(gòu)控制論原理[1-2]，在河谷地質(zhì)結(jié)構(gòu)分類[3]基礎(chǔ)上提出岸坡地質(zhì)結(jié)構(gòu)分類，并預判邊坡存在的風險，為水利工程選址提供指導意見;同時提出了山區(qū)河谷水利水電工程岸坡穩(wěn)定問題工程地質(zhì)勘察思路。

1 岸坡工程地質(zhì)穩(wěn)定問題判別思路

1.1 提出岸坡穩(wěn)定問題

在山區(qū)河谷開展工程地質(zhì)勘察，岸坡穩(wěn)定問題是主要工程地質(zhì)問題。工程實踐中，不少勘察人員困守于“先有勘探，后有地質(zhì)分析”的勘察思路，勘察策劃缺乏工程地質(zhì)問題預判，僅按規(guī)范平均布置勘探試驗，有些項目競把移民安置點或工程建筑物選址放在古滑坡上，直接導致工程存在重大風險。

將勘察對象（與工程有關(guān)的地質(zhì)體）作為系統(tǒng)加以考察[4]，提出了“先建假設模型，后做勘察驗證”的系統(tǒng)工程地質(zhì)勘察思路，把查明工程地質(zhì)問題作為工程地質(zhì)勘察的中心任務，要基于“假設的地質(zhì)模型”進行工程地質(zhì)問題（預）分析，據(jù)此安排勘察工作。建立起自然地質(zhì)系統(tǒng)與自然地質(zhì)體、工程地質(zhì)系統(tǒng)與工程地質(zhì)體等基本概念[5]，提出工程地質(zhì)問題分析主要就是對工程地質(zhì)體行為的預測性分析，為進一步理解工程地質(zhì)問題并開展工程地質(zhì)問題預判提供良好的基礎(chǔ)。

工程地質(zhì)問題分析就是對上述不良行為和不良功能的預測分析，是工程地質(zhì)工作的中心環(huán)節(jié)[6];還能夠起到指導勘察的作用，為合理選用勘察手段，布置勘察工作量提供依據(jù)。這種指導勘察的工程地質(zhì)問題（預）分析就是對工程地質(zhì)問題的預判。

判別工程地質(zhì)問題時，首先是對“是否”可能存在問題作出定性分析，追求找全問題（不遺漏）;然后是對存在問題的類型進行定性分析，追求找對問題（不誤判）。

在資料不完備時的宏觀定性分析階段（勘察策劃和外業(yè)過程）開展工程地質(zhì)問題判別，不僅能滿足勘察策劃時找出勘察重點的需要，且能滿足勘察過程中重大方案比選（規(guī)避重大地質(zhì)風險）需要，并據(jù)此及時調(diào)整勘察方案。

1.2 岸坡問題判別的技術(shù)思路

運用“先建假設模型，后做勘察驗證”的系統(tǒng)工程地質(zhì)勘察基本思路，工程地質(zhì)問題的判別采用“先有宏觀預判，后做勘察驗證”的技術(shù)思路。結(jié)合勘察流程，工程地質(zhì)問題判別分別進行預判、初判和復判。

工程地質(zhì)問題的宏觀預判是指：在分析已有資料的基礎(chǔ)上，提出初擬的分區(qū)（段）地質(zhì)模型后，結(jié)合規(guī)劃設計圖，開始識別各初擬分區(qū)（段）的不利因素，預判工程地質(zhì)問題，為現(xiàn)場查勘提出重點區(qū)段和重要巖土層;在現(xiàn)場查勘初步驗證基礎(chǔ)上，進一步識別重點區(qū)（段）不利地質(zhì)結(jié)構(gòu)，預判重大工程地質(zhì)問題，為編制工程地質(zhì)勘察方案（大綱）提供重點勘察范圍，并選擇合適的勘察手段（組合）。

勘察驗證是指在勘察過程中不斷驗證或修正分區(qū)（段）工程地質(zhì)結(jié)構(gòu)模型的基礎(chǔ)上，逐步驗證和修正工程地質(zhì)問題的判別（初判），在外業(yè)結(jié)束前完成工程地質(zhì)問題的復判。

顯然，宏觀預判是工程地質(zhì)問題判別的首要環(huán)節(jié)。由于勘察策劃時資料較少，這一環(huán)節(jié)難度最大且屬于薄弱環(huán)節(jié)。

本文進一步把工程地質(zhì)問題定義為在工程作用和環(huán)境下相關(guān)地質(zhì)體的不良行為和不良功能，把勘察策劃和外業(yè)過程中對工程地質(zhì)問題的定性分析界定為對工程地質(zhì)問題的判別，運用“先建假設模型，后做勘察驗證”的系統(tǒng)工程地質(zhì)勘察思路，提出工程地質(zhì)問題判別的技術(shù)思路。針對山區(qū)河谷層狀巖質(zhì)岸坡穩(wěn)定問題的預判，在完善河谷地質(zhì)結(jié)構(gòu)分類的基礎(chǔ)上完善河谷層狀巖質(zhì)岸坡地質(zhì)結(jié)構(gòu)分類，并根據(jù)自然地質(zhì)系統(tǒng)的功能規(guī)律，揭示自然地質(zhì)體的性能與行為規(guī)律，建立山區(qū)河谷層狀巖質(zhì)岸坡穩(wěn)定問題的判別原理并據(jù)此提出相應的預判方法。

2 山區(qū)河谷層狀巖質(zhì)岸坡穩(wěn)定問題判別

2.1 自然地質(zhì)體的性能與行為規(guī)律

根據(jù)自然系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)功能規(guī)律：雖然元素、結(jié)構(gòu)、環(huán)境3者共同決定系統(tǒng)的性狀與功能，但自然系統(tǒng)的性狀與功能主要是由結(jié)構(gòu)決定的[7]。據(jù)此得到自然地質(zhì)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)功能規(guī)律：雖然元素（組成）、結(jié)構(gòu)、環(huán)境3者共同決定自然地質(zhì)系統(tǒng)的性狀與功能，但自然地質(zhì)系統(tǒng)的性狀與功能主要是由地質(zhì)結(jié)構(gòu)決定的。

采用“自然地質(zhì)體”及其性能、行為和功能等概念，得到自然地質(zhì)體的性能與行為規(guī)律：雖然元素（組成）、結(jié)構(gòu)、環(huán)境3者共同決定自然地質(zhì)體的性能與行為，但自然地質(zhì)體的性能與行為主要是由地質(zhì)結(jié)構(gòu)決定的。

2.2 岸坡穩(wěn)定問題的地質(zhì)結(jié)構(gòu)控制原理

如上所述，地質(zhì)體的性能與行為主要是由地質(zhì)結(jié)構(gòu)決定的。據(jù)此得到地質(zhì)問題的地質(zhì)結(jié)構(gòu)控制原理：在組成性能不差和外部環(huán)境變化不大的情況下，地質(zhì)問題主要由岸坡地質(zhì)結(jié)構(gòu)控制。

對于某具體工程，勘察范圍內(nèi)的岸坡地質(zhì)體組成（尤其是分層）基本明確而且性能良好（能夠自穩(wěn)）。岸坡地質(zhì)體的穩(wěn)定問題（不良行為）主要由岸坡地質(zhì)結(jié)構(gòu)控制，本文稱之為岸坡穩(wěn)定問題的地質(zhì)結(jié)構(gòu)控制原理。

2.3 山區(qū)河谷岸坡地貌差異的地質(zhì)結(jié)構(gòu)控制原理

3.1.3 加入裂隙因素的河谷地質(zhì)結(jié)構(gòu)

岸坡地質(zhì)結(jié)構(gòu)控制邊坡穩(wěn)定，層狀順向邊坡受結(jié)構(gòu)控制尤為明顯;但裂隙結(jié)構(gòu)亦為優(yōu)勢面，在不同的岸坡結(jié)構(gòu)中加入裂隙因素，岸坡結(jié)構(gòu)穩(wěn)定問題將更為豐富，其中水平層狀結(jié)構(gòu)邊坡和層狀逆向結(jié)構(gòu)邊坡穩(wěn)定受裂隙結(jié)構(gòu)控制更為突出。

受裂隙影響，特別是傾向坡外的裂隙切割，將水平層狀結(jié)構(gòu)邊坡分為緩傾裂隙、中傾裂隙、陡傾裂隙3個亞類，將層狀逆向邊坡分為緩傾裂隙、中傾裂隙、陡傾裂隙3個亞類。

水平層狀巖質(zhì)結(jié)構(gòu)邊坡中的陡傾角裂隙常為卸荷裂隙，在勘察方案策劃時應為重點，如常見的水平層狀灰?guī)r地區(qū)拱壩方案的選址;中傾裂隙和緩傾裂隙的裂隙的切割，類似層狀順層機構(gòu)的結(jié)構(gòu)面控制。層狀逆向邊坡總體穩(wěn)定性較好，但受傾向坡外的中傾、緩傾裂隙切割后亦為不利組合。

3.2 三維宏觀差異分區(qū)建模方法

勘察策劃時，通過已有資料分析和現(xiàn)場查勘初步驗證，采用三維宏觀差異分區(qū)建模方法，建立初擬的河谷分區(qū)（段）地質(zhì)結(jié)構(gòu)模型。

宏觀預判重點關(guān)注河谷分區(qū)（段）的三維宏觀差異。三維差異是指空間三維差異，如上下游+左右岸（側(cè)）+不同高程。根據(jù)山區(qū)河谷局域地貌單元差異的地質(zhì)成因控制原理，勘察策劃（尤其是現(xiàn)場查勘）可根據(jù)宏觀地貌差異識別地質(zhì)體差異。

橫河向（X）：如果兩岸地質(zhì)體（巖性或結(jié)構(gòu)）存在差異，經(jīng)常反映在兩岸地形地貌上有明顯差異，如對稱河谷與不對稱河谷等差異。

順河向（Y）：如果不同河段河谷地質(zhì)體（巖性或結(jié)構(gòu)）存在差異，經(jīng)常反映在不同河段的地貌差異，如寬谷與峽谷、對稱河谷與不對稱河谷等差異。

垂向（Z）：不同巖性在不同高程存在的巖溶或風化差異，也經(jīng)常反映在不同高程的地形地貌差異，如軟巖緩坡與硬巖陡坡差異。

3.3 不利岸坡地質(zhì)結(jié)構(gòu)預判

3.3.1 初擬岸坡地質(zhì)結(jié)構(gòu)

根據(jù)不同河段的初擬河谷地質(zhì)結(jié)構(gòu)模型，可以進一步獲得相應河段初擬岸坡地質(zhì)結(jié)構(gòu)。

（1）橫向谷。兩岸均呈橫（切）向坡，岸坡走向為垂直巖層走向，兩岸岸坡巖層傾上游或下游，軟弱層面不構(gòu)成控制天然岸坡穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)面。

（2）斜向谷。兩岸均呈斜向坡，坡走向與巖層走向斜交，但其中一岸屬于斜順向坡，當其中的層面傾角為中等或存在緩傾軟弱夾層時，構(gòu)成控制岸坡穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)面。

（3）縱向谷。一岸為順向坡，一般屬于不利結(jié)構(gòu)，當層面傾角為中等或存在緩傾軟弱夾層時，構(gòu)成控制岸坡穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)面;另一岸呈反向坡，傾向坡內(nèi)，不構(gòu)成控制岸坡滑動穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)面，但具有上硬下軟結(jié)構(gòu)時，軟層構(gòu)成控制岸坡傾倒變形乃至崩塌的結(jié)構(gòu)層。

3.3.2 不利岸坡地質(zhì)結(jié)構(gòu)預判

根據(jù)初擬岸坡的地質(zhì)結(jié)構(gòu)，據(jù)此可以預判是否（或哪一岸）存在不利岸坡地質(zhì)結(jié)構(gòu)。最為典型的有：

（1）具有上硬下軟結(jié)構(gòu)的水平層狀岸坡地質(zhì)結(jié)構(gòu)，軟層構(gòu)成控制岸坡穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)層，兩岸均可能存在傾倒變形乃至崩塌問題;

（2）緩傾、中傾層狀順向岸坡地質(zhì)結(jié)構(gòu)，層面或緩傾軟弱夾層構(gòu)成控制岸坡穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)面，可能存在滑坡問題。

3.4 山區(qū)河谷地質(zhì)結(jié)構(gòu)異常預判

根據(jù)山區(qū)河谷兩岸地貌明顯差異的地質(zhì)結(jié)構(gòu)控制原理，提出山區(qū)河谷宏觀地貌異常預判的2個判據(jù)：

（1）縱向谷兩岸地貌正常情況下不對稱，縱向谷一旦出現(xiàn)對稱岸坡，可以預判為順向坡一側(cè)地貌異常，即順向坡地質(zhì)結(jié)構(gòu)異常;

（2）橫向谷兩岸地貌正常情況下是對稱的，橫向谷一旦出現(xiàn)不對稱岸坡，可以預判為緩坡地貌異常，即緩坡地質(zhì)結(jié)構(gòu)異常。

通過宏觀地貌異常識別岸坡地質(zhì)結(jié)構(gòu)異常，預判岸坡不利地質(zhì)結(jié)構(gòu)，據(jù)此找出勘察重點。在勘察周期普遍較短的現(xiàn)實面前，仍困守于“先有勘探，后有地質(zhì)分析”的勘察思路，勘察策劃缺乏工程地質(zhì)問題預判，容易誤判乃至遺漏岸坡穩(wěn)定問題而導致工程設計重大失誤。

4 方法應用

在貴州省望謨縣納壩中型水庫[10]建筑物區(qū)勘察中，因把該河段的縱向谷誤判為橫向谷、勘察策劃沒有識別出左岸存在的河谷地貌等異常，因而未對此開展針對性勘察而遺漏古滑坡，左岸溢洪道大部分均處于古滑坡堆積體中下部。施工圖設計被迫做出重大設計變更，增設二排抗滑樁（加錨索）進行滑坡處理。

補充勘察發(fā)現(xiàn)，建筑物區(qū)河段河谷兩岸地貌差異明顯：右岸山體陡峭，基巖呈陡坡（70°-80°），770 m高程以上為土質(zhì)斜坡，坡度35°左右;左岸為土質(zhì)緩坡，坡度15°。即“橫向谷”呈現(xiàn)出明顯不對稱岸坡，左岸緩坡地貌存在異常，其中隱含地質(zhì)結(jié)構(gòu)異常，勘察策劃缺乏預判識別。此外，壩軸線左岸溢洪道附近個別巖石露頭巖層產(chǎn)狀緩傾坡外，與上下游巖層產(chǎn)狀明顯不同，地質(zhì)測繪過程中沒有及時識別?？碧娇捉衣叮鹤蟀毒徠螺^厚堆積層與下伏基巖之間缺乏全強風化（漸變）層，弱風化基巖為黏性土夾塊石、碎石層呈“突變”接觸。但勘察過程中沒有及時識別。

5 結(jié)論

（1）地質(zhì)問題是在外部環(huán)境作用下地質(zhì)體的不良行為和功能。地質(zhì)問題分析就是對地質(zhì)體不良行為和不良功能的預測分析。

（2）工程地質(zhì)問題的判別，是在工程（新）作用和工程（新）環(huán)境下對相關(guān)地質(zhì)體是否可能產(chǎn)生不良行為和不良功能進行判別。采用“先有宏觀預判，后做勘察驗證”的技術(shù)思路，從勘察策劃就可以開展工程地質(zhì)問題的宏觀預判。

（3）根據(jù)自然地質(zhì)系統(tǒng)的功能規(guī)律，揭示自然地質(zhì)體的性能與行為規(guī)律，可以建立山區(qū)河谷層狀巖質(zhì)岸坡穩(wěn)定問題的判別原理，并據(jù)此提出相應的預判方法。

（4）采用三維宏觀差異分區(qū)建模方法，建立初擬的河谷分區(qū)（段）地質(zhì)結(jié)構(gòu)模型，可進一步獲得相應河段岸坡地質(zhì)結(jié)構(gòu)，并通過預判不利地質(zhì)結(jié)構(gòu)對岸坡穩(wěn)定問題作出預判。如縱向谷兩岸地貌正常情況下不對稱，縱向谷一旦出現(xiàn)對稱岸坡，可以預判為順向坡一側(cè)地貌異常，即順向坡地質(zhì)結(jié)構(gòu)異常;橫向谷兩岸地貌正常情況下是對稱的，橫向谷一旦出現(xiàn)不對稱岸坡，可以預判為緩坡地貌異常，即緩坡地質(zhì)結(jié)構(gòu)異常。

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（編輯：唐湘茜）

作者簡介：韓羽，男，高級工程師，碩士，主要從事水利水電工程地質(zhì)勘察研究工作。E-mail： 398911423@qq.com