孔內攝像技術在滑坡勘察中的應用

周孝宇

[摘要]本文結合高速公路滑坡勘察工程實踐，闡述了孔內攝像技術的原理及應用，說明該方法結合鉆探成果的綜合解譯，在對公路滑坡地質勘察中的良好效果。對此類勘察任務有借鑒作用。

[關鍵詞]孔內攝像技術 滑坡勘察

[中圖分類號] F407.1 [文獻碼] B [文章編號] 1000-405X（2015）-8-283-3

滑坡是組成邊坡的部分巖土體沿貫通的剪切面向臨空面發生整體下滑的一種地質現象。地層巖石物理性質和地質構造構成邊坡的物質基礎和地質環境，層面、斷裂等軟弱結構面常常成為滑坡面和切割面。造成滑坡的因素很多，歸納起來分為兩種，一種是自然因素例如局部地質構造環境、地質巖性、坡度、植被覆蓋情況、降雨量、排水方式、水文地質影響等；第二是人為因素的影響，例如人工爆破、邊坡開挖過陡、庫水位日變幅過大等。上述幾個因素的綜合影響更易引起滑坡的產生。

在多山或丘陵地區，滑坡是一種嚴重的自然災害，它直接或間接地威脅著鐵路、公路、大壩、水庫等的安全。因此，研究有效的方法對滑坡體進行檢測與預測顯得十分必要。早期的滑坡研究主要依賴于地質剖面與鉆探相結合的方法，由于鉆探巖芯已經被機械破壞及鉆探擾動等因素，該方法存在如下不足：1、滑動面判識精度不足，個別小型滑動面易漏判；2、無法了解鉆孔內的滑面及構造節理裂隙的原始產狀；3、不夠直觀、真實反映原始地質情況。

孔內攝像技術采用最新科技及硬件設備，完善了工程應用的軟件處理手段，彌補了目前地質勘察工作的不足，在實際工程應用中取得了較好的效果。

1工作原理及適用條件

1.1工作原理及特點

孔內攝像系統由主機、直流電源、綜合電纜、防撞設備、照明設備及防水攝像頭等組成，沿空心樁或鉆孔的孔道，采用孔內照明及高清晰360度全景成像攝像頭對孔內壁進行孔內攝像，獲得孔內四周的影像資料，識別孔壁的土層及構造面的情況。同時，結合儀器內置的定位系統及記錄設備，測量巖土層及裂隙等目標體的產狀等要素。通過對攝取圖像的現場觀察和后期分析，達到了解滑坡體地質構造情況和分析其穩定性等工作目的。

孔內攝像技術特點：直觀、客觀，可以識別判斷滑坡體地層分布情況、各層巖土體的天然狀態、大致成分、層面產狀等信息，能夠判斷滑動面位置、產狀。

1.2適用條件

首先，需要具備放入攝像頭和電纜的地下空間，如鉆孔或者大的裂隙、空洞等。

其次，由于該方法主要獲得的資料為直接可視的視頻或者照片，因此需要鉆孔或空隙內具備良好的可視性，如：孔內無地下水或者地下水需要清澈；觀察對象（如：巖土層、裂隙、滑動面等）表面無遮擋物（泥漿遮蓋）等，如采用泥漿護壁鉆孔則在鉆孔完成后需要進行清水洗孔及沉淀泥漿作業。

通過攝像資料與鉆探、地質調繪等資料的綜合解譯，能夠較全面的了解：邊坡巖土體整體特征、分布以及巖土體內是否存在軟弱滑動面、擾動帶或坡體滑塌底界面等。

2工程實例

2.1項目概況

廣東省連州（湘粵界）至懷集公路項目位于廣東省西北部山區，北端與二廣高速公路湖南段相接，全長169.038km。本項目是規劃的國家高速公路網“7放9縱18橫”中的第6縱，同時也是《廣東省高速公路網總體布局規劃》中的第7條縱線。

二廣高速公路連山段茅田界隧道出口YK89+070-YK89+160路塹右側邊坡原設計范圍：YK89+070～YK89+160 右側，長90m，最大坡高為50m。設計類型為路塹高邊坡，線路走向225°，邊坡傾向145°。原設計邊坡按坡率1：0.5、1：0.75、1：0.75、1：0.75、1：1 分五級設置，第一級錨桿格梁、第二級錨索框梁、第三級錨索框梁、第四級錨桿格梁、第五級錨桿格梁。

邊坡完工一段時間后發現邊坡二級平臺塌陷及三、四級坡面部分框架梁出現開裂錯位，之后邊坡變形進步發展，四級坡面大里程一側出現淺層滑塌，現場坡面偶有石塊掉落。二級坡大里程一側巖體出現嚴重變形，二級坡其他區部分巖體節理出現張裂，坡頂背后約60m 范圍內多處出現了裂縫。直至坡頂出現多處明顯的地表裂縫及滑塌陡壁，已經開挖支護的邊坡坡體多處發生明顯的滑塌破壞，支護結構多處變形（或已經錯斷），同時該邊坡靠近隧道出口一側山體已經發生淺層塌滑區，初步估算該滑坡體體積約為14000m3，屬小型滑坡，滑坡體對已完工工程和設計施工造成危害。

為滿足該邊坡處理方案設計和施工的需要，后期采用了鉆探和孔內攝像等手段進一步開展滑坡地質勘察工作，以查明該路段滑坡的成因及其工程特性，為處治、施工提供依據。

2.2外業工作布置

在高邊坡坡體范圍，結合實際場地條件，以能夠查清高邊坡在設計線上分布范圍內的地質情況為原則，共布置鉆孔3個，并進行孔內攝像作業。

2.3綜合分析解譯

2.3.1滑面判斷依據

鉆探特征：勘察鉆孔過程中若出現縮徑、鉆進加快、塌孔及卡鉆、漏水等位置；巖芯土體松散、層位變化、粘性土含量較高，含水量明顯偏高等位置。則有可能是滑動面或滑動帶的位置。

孔內攝像（孔內攝像）：孔內攝像成果圖中，如發現鉆孔周壁發現較大的裂縫、且發育數條基本平行的雁列式小裂縫，土體被擾動明顯時，則有可能為一個主滑動裂隙及數組次生剪切裂隙。

土工試驗：對鉆孔中重點層位取土樣進行直接剪切、反復剪切試驗等，滑面土體的抗剪強度較正常未擾動土體強度低，據此，可判別為滑面，并可獲取滑面土體抗剪強度資料。

本滑坡滑動面的確定，除了考慮以上鉆探過程中變化情況、孔內攝像外，還綜合考慮地表裂縫、陡壁發育情況、地層分布情況、聯合滑坡周界特征綜合判定。

2.3.2滑面特征及綜合分析

本次滑坡為新近發生的滑坡，滑坡滑動面主要位于全～強風化巖層中，上部滑面切過坡殘積土及全風化巖，順著全風化及強風化巖層界面滑動，往下切過強風化層（夾有中風化）后與二級、三級邊坡坡面相交?；瑒用娣较蚧九c邊坡坡向同向?；媸軒r層性質、結構面（順層）、坡腳處的斷層破碎帶等控制。

BPZK2號孔：鉆孔揭示深度4.2～25.8m處全強風化層軟硬不均，相互夾雜，土體內張裂隙發育，擾動明顯，鉆進時孔內漏水漏漿，異常情況特征突出?？變葦z像發現此層有明顯擾動跡象，多處見明顯張裂隙，推測地層中此深度段（強風化層頂面）為滑動面。

BPZK3號孔：鉆探揭示9.2～18.8m處強風化巖體極其破碎，鉆進時漏水漏漿，孔壁多次出現掉塊現象；孔內攝像發現此層亦有明顯擾動跡象，程度較BPZK2號鉆孔輕微，表明此孔區該深度處（強風化層內）為滑動面位置，且該孔區處于滑坡范圍邊緣處。

值得指出的是，以上滑動面的位置為依據已有的資料綜合分析、大致確定，如需精確確定，建議進行深孔位移監測。

2.3.3滑床及其特征

該山體滑坡滑床均為強風化變質砂巖，其巖體破碎，風化不均，多夾有中風化層?；轮芙鐪\部少部分為全風化粉砂巖及坡殘積粉質粘土。

2.4滑坡形成機制分析

2.4.1地層巖性及巖體分級

構成坡體的巖層主要為全～強風化變質砂巖，屬軟巖；節理裂隙極發育，巖體呈小碎塊狀或半巖半土狀，隙面由泥質、灰黑色鐵錳質薄膜膠結，結構面結合差；巖體完整程度屬破碎、極破碎（散體狀結構～碎裂狀結構）。經計算，巖體基本質量指標（BQ）=146.7，巖體基本質量級別為Ⅴ級。該巖體破碎，強度低，層間結合力差，浸水后易軟化，在暴雨誘使下極易產生失穩滑塌。

2.4.2地質構造

根據工程地質調繪成果，邊坡1-2級坡坡體存在2條斷層破碎帶，斷層破碎帶寬約1.0-1.5m，斷層破碎帶由角礫、泥質等充填膠結，膠結程度很差，對坡體發展不利。此外，坡體存在多組順向結構面（如HD23-X2，產狀138°∠30°；BPZK2號孔內攝像23～24m揭示的破碎帶產狀132°∠31°等），這組結構面為后緣臺階控制的結構面，極為有利于滑坡的形成。

2.4.3人類工程活動

該邊坡開挖后較長時間內未能進行邊坡支護，這樣在坡體下方形成了一個寬達60m的臨空面，加上坡體兩邊山體本就地勢陡峭，破壞了原來坡體平衡的條件，為滑坡滑移（下沉）提供了剪出空間。

2.4.4降雨的作用

邊坡支護完成后在場區范圍迎來了強降雨過程，其中，連續降雨天數達36天之久，降雨量相較往年也有大幅的增多，且個別降雨12小時降雨量達300mm（屬數十年一遇的特大暴雨）。在支護不及時（放置時間長）的情況下，雨水會沿基巖裂隙、破碎帶等下滲，使滑體飽和并降低滑帶土體抗剪強度，當下滑力大于粘阻力時，導致產生變形下滑失穩。

綜上所訴，該邊坡段山體滑坡的形成是自然地質條件、人類工程活動、雨水等綜合作用的結果。

2.5 滑坡發展變化趨勢及危害性預測

外業勘察期間，地表裂縫發展較為迅速，并且邊坡靠近隧道出口一側山體已經發生淺層塌滑區，表明該滑坡體現在仍處于滑動崩塌階段，同時Ia區繼續剪出變形，Ib區裂縫加大和處于蠕變下滑不穩定階段，滑體將會形成進一步下滑動且變形加大。

若滑坡得不到及時、綜合的工程治理，將會進一步加劇滑坡變形程度，變形區域也進一步擴大，從而引發更大的地質災害發生，而造成巨大的經濟損失和不良的社會影響，急需采取有效的措施進行整治。

根據工程地質測繪及地質勘探成果綜合分析，本路段滑坡對應主線樁號為YK89+030～YK89+160右15m～右125m，該滑坡目前仍處于變形階段，滑坡邊界的判定主要以滑坡的后緣錯落及滑坡前緣的隆起剪出等變形特征和微地貌特征為依據，圈定的平面形態主要分為Ia 深層下滑區、Ib 淺層滑塌區、II 蠕動變形區，其中Ia 深層下滑區、Ib 淺層滑塌區為扇形分布，其頂點位于BPZK2孔區以下24m，底邊位于邊坡的斷層破碎帶；II 蠕動變形區為月牙形分布，位于上述兩個分區之上，其頂邊位于BPZK2號鉆孔以上16m（裂縫3），詳見平面圖。

本滑坡平面整體形態呈舌狀，處于條狀突出的山嘴（龍脈），主滑方向為130-140°，前緣高程341.5m，后緣高程392m，相對高差50.5m，總體坡度角25-30°?；驴v向長約110m，前部寬約60m，后緣寬約75m，中部寬約65m，圈定的滑坡體面積共計10100m2（其中Ia 深層下滑區3100m2；Ib 淺層滑塌區2300 m2；II 蠕動變形區4700 m2）?；w最大厚度約24m，平均厚度約15m，滑坡總方量約15萬m3。

根據地表觀察的變形特征，結合地質鉆孔、孔內攝像資料：Ia 深層下滑區為中深層推移變形，變形速度較快；Ib 淺層滑塌區為在雨水作用下的滑塌；II 蠕動變形區為下部先產生變形之后，使該區失去支撐而變形滑動，一般變形速度較慢。綜上，本山體滑坡類型屬大型牽引、推移式土質（類土質）混合型滑坡。

3結論

由于鉆探為點探測方法，且其所取得的土芯已被擾動破壞，一般較難分辨出小范圍構造層面及還未引起明顯滑動的擾動層面，存在勘探范圍不足的缺點。工程實踐中，采用孔內攝像結合鉆探及地質調繪等地質資料所進行的綜合勘探方法，在對滑坡的地質評價方面能夠取得良好的效果，能夠使滑坡評價結果更加真實可靠，對滑坡治理具有重要的指導作用，該技術在工程中具備較高的參考價值、安全和經濟意義。

參考文獻

[1]基樁孔內攝像檢測技術規程（CECS253：2009） 北京.中國計劃出版社.2009 .