1.湖南省交通建设质量安全监督管理局,湖南长沙,410116;2.湖南省核地质调查所,湖南长沙,410000
摘 要
地质安全评估对于保障各类工程的安全建设和运营至关重要。通过结合施工检测和监测,可以实现更精准、全面的地质安全评估,降低工程风险,保障人员安全,优化工程设计。本文详细讨论了如何在地质安全评估中结合施工检测和监测,主要涉及地质安全评估与监控量测的结合、探地雷达在地质灾害评估预测中的应用、各类地质灾害预测分级以及防治措施等方面。文章强调了实时监测数据在地质安全评估中的重要性,以及如何利用这些数据预测和预警可能发生的地质灾害,以保障工程安全和人员安全。
关键词:监控量测;探地雷达;安全评估;防治措施
引言
地质安全评估在各类工程的施工建设和运营中具有重要意义。通过结合施工检测和监测,我们可以实现对地质条件的实时监测和预警,从而降低工程风险,保障人员安全,优化工程设计。本文将详细讨论如何在地质安全评估中结合施工检测和监测,主要涉及以下几方面:1、地质安全评估与监控量测结合;2、探地雷达在地质灾害评估预测中的应用;3、各类地质灾害预测分级;4、防治措施。1 地质安全评估与监控量测结合
1.1监测与检测手段
1.1.1地质条件分析与岩性检测
地质条件分析与岩性检测是地质安全评估的基础,通过对地质条件的深入了解,可以确定岩土体的稳定性、潜在的地质灾害等,通过检测地层的岩性,如岩石的成分、结构和物理性质,可以了解地层的力学特性和稳定性。这对于边坡设计、隧道开挖和地基处理等具有重要意义,监控量测则可以对地质条件的变化进行实时监测,提供实时的数据反馈,为地质安全评估提供有力的支持。主要包括地面调查、钻探、物探、遥感等技术。这些技术可以对地质结构、岩土性质、地下水状态等进行详细调查,为后续的地质灾害评估提供数据支持。
1.1.2岩土力学参数获取
岩土力学参数的获取是地质安全评估的重要环节,这些参数对于预测岩土体的变形、稳定性等具有重要意义。监控量测可以实时监测岩土体的变形情况,为获取更准确的岩土力学参数提供数据支持。
1.1.3变形监测
变形监测是监控量测的重要内容,通过对建筑物的沉降、位移等进行实时监测,可以及时发现并预警潜在的安全隐患。同时,这些监测数据也可以为地质安全评估提供重要依据。通过对岩土体的位移进行监测,可以及时发现异常位移,评估其可能对工程安全造成的影响。例如,在边坡和隧道等工程中设置位移监测点,能够及时预警滑坡和塌方等地质灾害。
1.1.4地下水状态监测与检测
地下水状态对于地质安全具有重要影响,通过地下水状态的实时监测,可以了解地下水位的变化、水流的方向等,为地质安全评估提供数据支持。同时,地下水状态的变化也可能预示着地质灾害的发生,如滑坡、泥石流等。通过检测地下水位、水质和水动力条件,可以评估其对边坡和隧道等工程结构的影响,并为地基处理和水文环境保护提供依据。
1.2地质灾害预警与评估
1.2.1地质灾害预警
地质灾害预警是地质安全评估的重要目标之一,通过对地质条件、岩土力学参数、变形监测和地下水状态等的综合分析,可以预测可能发生的地质灾害,并及时发出预警。监控量测在这方面发挥着重要作用,通过对各种监测数据实时收集整理分析,能及时发现异常情况,为地质灾害预警提供依据。结合施工检测和监测数据,可以分析并预警可能发生的地质灾害,如滑坡、泥石流和地震等。通过建立地质灾害预警系统,能够降低灾害造成的损失,保障人员安全。在地质安全评估过程中,对地质灾害进行全面评估是关键环节,通过结合监控量测数据,评估这些灾害发生的风险等级,以及可能对工程设施产生的影响。风险等级的确定有助于指导施工决策,以便在灾害发生前采取有效的预防措施。
1.2.2施工影响评估
施工活动可能对地质环境产生影响,如挖方、填方等。通过监控量测,可以对施工活动的影响进行实时监测,及时发现并解决可能出现的安全问题。同时,监控量测的数据也可以用于施工影响评估,为施工活动的安全性提供保障。
1.2.3安全风险评估
安全风险评估是地质安全评估的重要环节之一,通过对各种可能影响安全的因素进行综合分析,可以对项目的安全性进行全面评估。监控量测可以提供实时的数据反馈,帮助及时发现并解决存在的安全隐患,为项目的安全性提供有力保障。
1.3监控量测系统建立与数据分析
1.3.1监控量测的需要
监控量测是一种通过测量地表或地下的物理参数(如位移、应力、温度等)来监测地质环境变化的技术。这些参数的变化可能预示着地质灾害的发生,如地震、滑坡、地面塌陷等。通过对这些参数的长期监测和分析,可以预测地质灾害的可能性和规模,从而为防灾减灾提供科学依据。
在建立监控量测系统时,应充分考虑各种因素,如系统的稳定性、可靠性、精度等。同时,还应考虑到实际应用中的各种问题,如输入、存储、备份等。此外,为了确保数据的准确性和可靠性,还应定期对系统进行校准和维护。
1.3.2监控量测数据分析及预测
数据分析与预测是监控量测的重要内容之一,通过对收集到的数据进行深入分析,可以对未来的趋势进行预测。这些数据可以为地质安全评估提供重要依据,帮助预测未来的安全性状况。
2 探地雷达在地质灾害评估预测中的应用
2.1探地雷达介绍
探地雷达(GPR)是一种无损、快速、高效的地球物理探测方法,广泛应用于地质勘探、考古、环境监测、城市规划等多个领域。通过探地雷达,我们可以获取地下土壤湿度、地下水位、岩石类型、地质构造、土壤电阻率、地下管线分布、建筑物基础以及土地利用历史等多方面的信息,对前方的地质情况做出准确评估。例如,通过探地雷达可以发现地下的空洞和裂缝,这些地方可能会发生塌陷或滑坡。
2.2理论基础
2.2.1三振相
瞬时相位、瞬时频率和瞬时振幅被称为三振相。
图1 单道波形图
2.2.2相位
如图1所示对于一个垂直的单道波形来说,右边的峰尖为波峰,左边的峰尖为波谷,就表述出了波形的相位,对于探地雷达这样利用电磁波的反射原理来进行探测的设备,地下不同介质的接触面都会至少有一个完整的反射信号周期,即至少有一个波峰和波谷
2.2.2振幅
如图一所示,“A”处的红标线的长度表示出了此处信号峰值的大小,即振幅的大小,“A”处的红标线的长度越长,表示此处反射信号越强,波谷的振幅幅值为负值,波峰的振幅幅值为正值,这个振幅幅值没有单位,有时可以用电压值来表示。
2.2.3频率
如图一所示,”B”处的红标线的长度(也即波长宽度)表示出了此处信号的频率的高低,如果越长,则此处的信号频率越低,越短,则此处的信号频率就越高。
2.3典型图谱
2.3.1断层破碎带
断层破碎带的信号一般呈现不均匀的低频和中频特征,信号频率在断层破碎带的位置急剧变化,没有规律性,同相轴不连续,存在错段,呈带状区域化杂乱分布,信号的振幅较强。图2显示了。如图2中的。
图2 断层破碎带
2.3.2富水带
富水带的电磁波信号一般表现为均匀的低频信号,电磁波信号快速变低,同相轴连续均一,呈层面状反射,信号振幅强,且有多次震荡,如图3所示:
图3 富水带
2.3.3岩溶
通常,富含水分的地区会产生均匀的低频电磁波信号,这些信号会迅速降低,并且其同相轴保持连续和一致,形成层次性的反射。此外,这些信号的振幅较大,并且会经历多次的振荡,如图3展示的那样。通常,裂缝的两侧边缘的信息非常接近,仿佛经历了多次的振动,然而,岩石的两侧边缘的信息则有着明显的距离(取决于其规模大小),详细情况请参见图4。
图4 岩溶(非填充性)
岩溶(充填型):对于充填型的岩溶来说,其电磁波反射信号表现出来的是均匀的低频信号,频率有规律的急剧变化,同相轴较为连续、规则,波形均一,信号振幅强,且存在多次震荡信号,当然也存在规模大于测试面(如图5)和小于测试面(如图6)的情况:
图5 岩溶(填充性大于测试面) 图6 岩溶(填充性小于测试面)
3各类地质灾害预测分级
3.1工程建设中、建设后可能引发或加剧地质灾害危险性预测评估
3.1.1滑坡
根据滑坡危险性预测评估分级(表1-1),工程建设对滑坡稳定性影响,引发或加剧滑坡的可能性,危害程度,危险性。
表1-1 滑坡危险性预测评估分级
工程建设引发或加剧滑坡发生的可能性 | 危害程度 | 发育程度 | 危险性等级 |
工程建设位于滑坡的影响范围内,对其稳定性影响大,引发或加剧滑坡的可能性大 | 大 | 强 | 大 |
中等 | 大 | ||
弱 | 中等 | ||
工程建设部分位于滑坡的影响范围内,对其稳定性影响中等,引发或加剧滑坡的可能性中等 | 中等 | 强 | 大 |
中等 | 中等 | ||
弱 | 中等 | ||
工程建设对滑坡稳定性影响小,引发或加剧滑坡的可能性小 | 小 | 强 | 中等 |
中等 | 中等 | ||
弱 | 小 |
3.1.2崩塌
根据表1-2,工程建设活动对崩塌(危岩)稳定性的影响,引发或加剧崩塌的可能性,危害程度,危险性。
表1-2 崩塌(危岩)危险性预测评估分级
工程建设引发或加剧崩塌(危岩)发生的可能性 | 危害程度 | 发育程度 | 危险性等级 |
工程建设位于崩塌(危岩)影响范围内,工程建设活动对崩塌(危岩)稳定性影响大,引发或加剧崩塌的可能性大 | 大 | 强 | 大 |
中等 | 大 | ||
弱 | 中等 | ||
工程建设临近崩塌(危岩)影响范围内,工程建设活动对崩塌(危岩)稳定性影响中等,引发或加剧崩塌的可能性中等 | 中等 | 强 | 大 |
中等 | 中等 | ||
弱 | 中等 | ||
工程建设位于崩塌(危岩)影响范围外,工程建设活动对崩塌(危岩)稳定性影响小,引发或加剧崩塌的可能性小 | 小 | 强 | 大 |
中等 | 中等 | ||
弱 | 小 |
3.1.3泥石流
地形条件决定了建设工程不易引发泥石流灾害的发生,根据表1-3,预测评估工程建设引发、加剧泥石流的可能性,危害程度,危险性。
表1-3 泥石流危险性预测评估分级
工程建设引发或加剧泥石流发生的可能性 | 危害程度 | 发育程度 | 危险性等级 |
工程建设位于泥石流影响范围内,弃渣量大,堵塞沟道,水源丰富,引发或加剧泥石流的可能性大 | 大 | 强 | 大 |
中等 | 大 | ||
弱 | 中等 | ||
工程建设位于泥石流影响范围内,弃渣量较大,沟道基本通畅,水源较丰富,引发或加剧泥石流的可能性中等 | 中等 | 强 | 大 |
中等 | 中等 | ||
弱 | 小 | ||
工程建设位于泥石流影响外,引发或加剧泥石流的可能性小 | 小 | 强 | 中等 |
中等 | 小 | ||
弱 | 小 |
3.1.4地面塌陷
根据采空塌陷危险性预测评估分级(表1-4)。根据岩溶塌陷危险性预测评估分级(表1-5),工程建设在岩溶塌陷影响范围外,引发或加剧岩溶塌陷的可能性,危害程度,发育程度,危险性等级。
表1-4 采空塌陷危险性预测评估分级
工程建设引发或加剧采空塌陷发生的可能性 | 危害程度 | 发育程度 | 危险性等级 |
工程建设位于采空区及采空塌陷影响范围内,引发或加剧采空塌陷的可能性大 | 大 | 强 | 大 |
中等 | 大 | ||
弱 | 大 | ||
工程建设位于采空区范围内,引发或加剧采空塌陷的可能性中等 | 中等 | 强 | 大 |
中等 | 中等 | ||
弱 | 中等 | ||
工程建设临近采空区及其影响范围,引发或加剧采空塌陷的可能性小 | 小 | 强 | 中等 |
中等 | 中等 | ||
弱 | 小 |
表1-5 岩溶塌陷危险性预测评估分级
工程建设引发或加剧采空塌陷发生的可能性 | 危害程度 | 发育程度 | 危险性等级 |
工程建设位于岩溶强塌陷及其影响范围内,引发或加剧岩溶塌陷的可能性大 | 大 | 强 | 大 |
中等 | 大 | ||
弱 | 大 | ||
工程建设位于岩溶塌陷影响范围内,引发或加剧岩溶塌陷的可能性中等 | 中等 | 强 | 大 |
中等 | 中等 | ||
弱 | 中等 | ||
工程建设临近岩溶塌陷影响范围,引发或加剧岩溶塌陷的可能性小 | 小 | 强 | 中等 |
中等 | 中等 | ||
弱 | 小 |
3.1.5地裂缝
根据地裂缝危险性预测评估分级(表1-6),引发不均匀沉降的可能性,危害程度、发育程度、危险性等级。
表1-6 地裂缝危险性预测评估分级
工程建设引发或加剧地裂缝发生的可能性 | 危害程度 | 发育程度 | 危险性等级 |
工程建设位于地裂缝影响范围内,工程活动引起地表不均匀沉降明显,引发或加剧地裂缝的可能性大 | 大 | 强 | 大 |
中等 | 大 | ||
弱 | 大 | ||
工程建设位于地裂缝影响范围内,工程活动引起地表不均匀沉降较明显,引发或加剧地裂缝的可能性中等 | 中等 | 强 | 大 |
中等 | 大 | ||
弱 | 中等 | ||
工程建设临近地裂缝影响范围,引发或加剧不均匀沉降的可能性小 | 小 | 强 | 大 |
中等 | 中等 | ||
弱 | 小 |
3.1.6地面沉降
根据地面沉降危险性预测评估分级(表1-7),工程活动引发地面沉降的可能性,危害程度、发育程度、危险性等级。
表1-7 地面沉降危险性预测评估分级
工程建设引发或加剧地面沉降发生的可能性 | 危害程度 | 发育程度 | 危险性等级 |
工程建设位于地面沉降影响范围内,工程活动引发或加剧地面沉降的可能性大 | 大 | 强 | 大 |
中等 | 大 | ||
弱 | 中等 | ||
工程建设位于地面沉降影响范围内,工程活动引发或加剧地面沉降的可能性中等 | 中等 | 强 | 大 |
中等 | 中等 | ||
弱 | 中等 | ||
工程建设临近地面沉降影响范围,工程活动引发或加剧地面沉降的可能性小 | 小 | 强 | 中等 |
中等 | 中等 | ||
弱 | 小 |
4 防治措施
4.1地质灾害防治原则
地质灾害防治的根本目标是为了最充分的减灾效果,保证建设工程的安全稳定运行,地质灾害防治应遵循以下原则:
4.1.1预防为主的综合防治原则
对地质灾害进行早期的预测,并采取相应的预防措施,彻底根治灾害可能造成的危害。
4.1.2防治地质灾害与工程建设相结合的原则
地质灾害防治与建设工程环境治理结合起来,并且把地质灾害防治纳入工程建设规划,工程建设的同时进行地质灾害治理,可以取得一举两得的效果。
4.1.3技术上可行、经济上合理的原则
地质灾害防治措施在现有的技术手段和方法上是可行的,有明显的防治减灾效果,且在经济上与社会发展水平相适应。
4.2地质灾害防治分区
根据评估区地质灾害危险性评估结果,将评估区地质灾害防治全部划为一般防治区,一般防治区为地质灾害危险性小区。
4.3地质灾害防治措施
使用阶段:建立地质灾害巡查检查和预警机制,做好场地排水设施,应设专人传讯、监测天气及气象情况,加强与气象部门的联系,密切注意大气变化,防止雨水浸泡、冲刷造成填方部位下沉,减少发生对人员、工程设施的危害。
结语
本文主要讨论了监控量测及探地雷达检测在地质安全评估中的应用。地质安全评估是保障各类工程安全建设和运营的关键环节,通过结合施工检测和监测,可以实现更精准、全面的地质安全评估。文章主要涉及以下方面:地质安全评估与监控量测结合的具体手段,如地质条件分析与岩性检测、岩土力学参数获取、变形监测和地下水状态监测与检测;监控量测在地质灾害预警与评估中的作用;探地雷达在地质灾害评估预测中的应用;各类地质灾害预测分级及防治措施。监控量测在实时监测地质条件变化、岩土体变形、地下水位及水流方向等方面发挥着重要作用,为地质安全评估提供数据支持。同时,文章还讨论了探地雷达在地质灾害评估预测中的应用,为地质安全评估提供了新的技术手段。
参考文献
[1]张修奇,地质雷达法在隧道超前预报检测中的应用[J].陕西建筑,2020
[2]白雪冰,超前地质预报数据处理基本理论知识-术语[OL],百度网站,2024-2-1
[3]DZ/T 0286-2015,地质灾害危险性评估规范[S].北京.地质出版社,2015
作者简介:胡翌刚(1976-),男,高级工程师,主要从事交通建设质量安全监督管理工作。