韩羽 杨健 李宁新

摘要：为避免工程实践中因勘察策划缺乏工程地质问题预判导致地质灾害发生，维护工程边坡稳定，利用“先建假设模型，后做勘察验证”的工程地质问题勘察思路，结合大量工程实践，根据地质结构控制论原理，在河谷地质结构分类基础上对岸坡稳定问题进行了初判。在此基础上，将层状岩质岸坡地质结构分为三大类（共9个亚类），结合地貌差异，建立了山区河谷层状岩质岸坡稳定问题的判别原理，并据此提出了相应的预判方法。论文研究成果对工程地质问题勘察策划具有借鉴作用，且对类似枢纽工程岸坡稳定分析具有指导意义。

关键词：地质结构;岸坡稳定;控制作用;勘察思路;纳坝水库;贵州省

中图法分类号：TV861

文献标志码：A

DOI： 10.15974/j.cnki.slsdkb.2020.08.004

水利水电工程中枢纽建筑物多涉及边坡问题，岸坡稳定与否对工程选址、工程建设及运营将产生重大影响。通过总结大量的水利水电工程勘察设计案例，利用地质结构控制论原理[1-2]，在河谷地质结构分类[3]基础上提出岸坡地质结构分类，并预判边坡存在的风险，为水利工程选址提供指导意见;同时提出了山区河谷水利水电工程岸坡稳定问题工程地质勘察思路。

1 岸坡工程地质稳定问题判别思路

1.1 提出岸坡稳定问题

在山区河谷开展工程地质勘察，岸坡稳定问题是主要工程地质问题。工程实践中，不少勘察人员困守于“先有勘探，后有地质分析”的勘察思路，勘察策划缺乏工程地质问题预判，仅按规范平均布置勘探试验，有些项目竞把移民安置点或工程建筑物选址放在古滑坡上，直接导致工程存在重大风险。

将勘察对象（与工程有关的地质体）作为系统加以考察[4]，提出了“先建假设模型，后做勘察验证”的系统工程地质勘察思路，把查明工程地质问题作为工程地质勘察的中心任务，要基于“假设的地质模型”进行工程地质问题（预）分析，据此安排勘察工作。建立起自然地质系统与自然地质体、工程地质系统与工程地质体等基本概念[5]，提出工程地质问题分析主要就是对工程地质体行为的预测性分析，为进一步理解工程地质问题并开展工程地质问题预判提供良好的基础。

工程地质问题分析就是对上述不良行为和不良功能的预测分析，是工程地质工作的中心环节[6];还能够起到指导勘察的作用，为合理选用勘察手段，布置勘察工作量提供依据。这种指导勘察的工程地质问题（预）分析就是对工程地质问题的预判。

判别工程地质问题时，首先是对“是否”可能存在问题作出定性分析，追求找全问题（不遗漏）;然后是对存在问题的类型进行定性分析，追求找对问题（不误判）。

在资料不完备时的宏观定性分析阶段（勘察策划和外业过程）开展工程地质问题判别，不仅能满足勘察策划时找出勘察重点的需要，且能满足勘察过程中重大方案比选（规避重大地质风险）需要，并据此及时调整勘察方案。

1.2 岸坡问题判别的技术思路

运用“先建假设模型，后做勘察验证”的系统工程地质勘察基本思路，工程地质问题的判别采用“先有宏观预判，后做勘察验证”的技术思路。结合勘察流程，工程地质问题判别分别进行预判、初判和复判。

工程地质问题的宏观预判是指：在分析已有资料的基础上，提出初拟的分区（段）地质模型后，结合规划设计图，开始识别各初拟分区（段）的不利因素，预判工程地质问题，为现场查勘提出重点区段和重要岩土层;在现场查勘初步验证基础上，进一步识别重点区（段）不利地质结构，预判重大工程地质问题，为编制工程地质勘察方案（大纲）提供重点勘察范围，并选择合适的勘察手段（组合）。

勘察验证是指在勘察过程中不断验证或修正分区（段）工程地质结构模型的基础上，逐步验证和修正工程地质问题的判别（初判），在外业结束前完成工程地质问题的复判。

显然，宏观预判是工程地质问题判别的首要环节。由于勘察策划时资料较少，这一环节难度最大且属于薄弱环节。

本文进一步把工程地质问题定义为在工程作用和环境下相关地质体的不良行为和不良功能，把勘察策划和外业过程中对工程地质问题的定性分析界定为对工程地质问题的判别，运用“先建假设模型，后做勘察验证”的系统工程地质勘察思路，提出工程地质问题判别的技术思路。针对山区河谷层状岩质岸坡稳定问题的预判，在完善河谷地质结构分类的基础上完善河谷层状岩质岸坡地质结构分类，并根据自然地质系统的功能规律，揭示自然地质体的性能与行为规律，建立山区河谷层状岩质岸坡稳定问题的判别原理并据此提出相应的预判方法。

2 山区河谷层状岩质岸坡稳定问题判别

2.1 自然地质体的性能与行为规律

根据自然系统的结构功能规律：虽然元素、结构、环境3者共同决定系统的性状与功能，但自然系统的性状与功能主要是由结构决定的[7]。据此得到自然地质系统的结构功能规律：虽然元素（组成）、结构、环境3者共同决定自然地质系统的性状与功能，但自然地质系统的性状与功能主要是由地質结构决定的。

采用“自然地质体”及其性能、行为和功能等概念，得到自然地质体的性能与行为规律：虽然元素（组成）、结构、环境3者共同决定自然地质体的性能与行为，但自然地质体的性能与行为主要是由地质结构决定的。

2.2 岸坡稳定问题的地质结构控制原理

如上所述，地质体的性能与行为主要是由地质结构决定的。据此得到地质问题的地质结构控制原理：在组成性能不差和外部环境变化不大的情况下，地质问题主要由岸坡地质结构控制。

对于某具体工程，勘察范围内的岸坡地质体组成（尤其是分层）基本明确而且性能良好（能够自稳）。岸坡地质体的稳定问题（不良行为）主要由岸坡地质结构控制，本文称之为岸坡稳定问题的地质结构控制原理。

2.3 山区河谷岸坡地貌差异的地质结构控制原理

3.1.3 加入裂隙因素的河谷地质结构

岸坡地质结构控制边坡稳定，层状顺向边坡受结构控制尤为明显;但裂隙结构亦为优势面，在不同的岸坡结构中加入裂隙因素，岸坡结构稳定问题将更为丰富，其中水平层状结构边坡和层状逆向结构边坡稳定受裂隙结构控制更为突出。

受裂隙影响，特别是倾向坡外的裂隙切割，将水平层状结构边坡分为缓倾裂隙、中倾裂隙、陡倾裂隙3个亚类，将层状逆向边坡分为缓倾裂隙、中倾裂隙、陡倾裂隙3个亚类。

水平层状岩质结构边坡中的陡倾角裂隙常为卸荷裂隙，在勘察方案策划时应为重点，如常见的水平层状灰岩地区拱坝方案的选址;中倾裂隙和缓倾裂隙的裂隙的切割，类似层状顺层机构的结构面控制。层状逆向边坡总体稳定性较好，但受倾向坡外的中倾、缓倾裂隙切割后亦为不利组合。

3.2 三维宏观差异分区建模方法

勘察策划时，通过已有资料分析和现场查勘初步验证，采用三维宏观差异分区建模方法，建立初拟的河谷分区（段）地质结构模型。

宏观预判重点关注河谷分区（段）的三维宏观差异。三维差异是指空间三维差异，如上下游+左右岸（侧）+不同高程。根据山区河谷局域地貌单元差异的地质成因控制原理，勘察策划（尤其是现场查勘）可根据宏观地貌差异识别地质体差异。

横河向（X）：如果两岸地质体（岩性或结构）存在差异，经常反映在两岸地形地貌上有明显差异，如对称河谷与不对称河谷等差异。

顺河向（Y）：如果不同河段河谷地质体（岩性或结构）存在差异，经常反映在不同河段的地貌差异，如宽谷与峡谷、对称河谷与不对称河谷等差异。

垂向（Z）：不同岩性在不同高程存在的岩溶或风化差异，也经常反映在不同高程的地形地貌差异，如软岩缓坡与硬岩陡坡差异。

3.3 不利岸坡地质结构预判

3.3.1 初拟岸坡地质结构

根据不同河段的初拟河谷地质结构模型，可以进一步获得相应河段初拟岸坡地质结构。

（1）横向谷。两岸均呈横（切）向坡，岸坡走向为垂直岩层走向，两岸岸坡岩层倾上游或下游，软弱层面不构成控制天然岸坡稳定的结构面。

（2）斜向谷。两岸均呈斜向坡，坡走向与岩层走向斜交，但其中一岸属于斜顺向坡，当其中的层面倾角为中等或存在缓倾软弱夹层时，构成控制岸坡稳定的结构面。

（3）纵向谷。一岸为顺向坡，一般属于不利结构，当层面倾角为中等或存在缓倾软弱夹层时，构成控制岸坡稳定的结构面;另一岸呈反向坡，倾向坡内，不构成控制岸坡滑动稳定的结构面，但具有上硬下软结构时，软层构成控制岸坡倾倒变形乃至崩塌的结构层。

3.3.2 不利岸坡地质结构预判

根据初拟岸坡的地质结构，据此可以预判是否（或哪一岸）存在不利岸坡地质结构。最为典型的有：

（1）具有上硬下软结构的水平层状岸坡地质结构，软层构成控制岸坡稳定的结构层，两岸均可能存在倾倒变形乃至崩塌问题;

（2）缓倾、中倾层状顺向岸坡地质结构，层面或缓倾软弱夹层构成控制岸坡稳定的结构面，可能存在滑坡问题。

3.4 山区河谷地质结构异常预判

根据山区河谷两岸地貌明显差异的地质结构控制原理，提出山区河谷宏观地貌异常预判的2个判据：

（1）纵向谷两岸地貌正常情况下不对称，纵向谷一旦出现对称岸坡，可以预判为顺向坡一侧地貌异常，即顺向坡地质结构异常;

（2）横向谷两岸地貌正常情况下是对称的，横向谷一旦出现不对称岸坡，可以预判为缓坡地貌异常，即缓坡地质结构异常。

通过宏观地貌异常识别岸坡地质结构异常，预判岸坡不利地质结构，据此找出勘察重点。在勘察周期普遍较短的现实面前，仍困守于“先有勘探，后有地质分析”的勘察思路，勘察策划缺乏工程地质问题预判，容易误判乃至遗漏岸坡稳定问题而导致工程设计重大失误。

4 方法应用

在贵州省望谟县纳坝中型水库[10]建筑物区勘察中，因把该河段的纵向谷误判为横向谷、勘察策划没有识别出左岸存在的河谷地貌等异常，因而未对此开展针对性勘察而遗漏古滑坡，左岸溢洪道大部分均处于古滑坡堆积体中下部。施工图设计被迫做出重大设计变更，增设二排抗滑桩（加锚索）进行滑坡处理。

补充勘察发现，建筑物区河段河谷两岸地貌差异明显：右岸山体陡峭，基岩呈陡坡（70°-80°），770 m高程以上为土质斜坡，坡度35°左右;左岸为土质缓坡，坡度15°。即“横向谷”呈现出明显不对称岸坡，左岸缓坡地貌存在异常，其中隐含地质结构异常，勘察策划缺乏预判識别。此外，坝轴线左岸溢洪道附近个别岩石露头岩层产状缓倾坡外，与上下游岩层产状明显不同，地质测绘过程中没有及时识别。勘探孔揭露：左岸缓坡较厚堆积层与下伏基岩之间缺乏全强风化（渐变）层，弱风化基岩为黏性土夹块石、碎石层呈“突变”接触。但勘察过程中没有及时识别。

5 结论

（1）地质问题是在外部环境作用下地质体的不良行为和功能。地质问题分析就是对地质体不良行为和不良功能的预测分析。

（2）工程地质问题的判别，是在工程（新）作用和工程（新）环境下对相关地质体是否可能产生不良行为和不良功能进行判别。采用“先有宏观预判，后做勘察验证”的技术思路，从勘察策划就可以开展工程地质问题的宏观预判。

（3）根据自然地质系统的功能规律，揭示自然地质体的性能与行为规律，可以建立山区河谷层状岩质岸坡稳定问题的判别原理，并据此提出相应的预判方法。

（4）采用三维宏观差异分区建模方法，建立初拟的河谷分区（段）地质结构模型，可进一步获得相应河段岸坡地质结构，并通过预判不利地质结构对岸坡稳定问题作出预判。如纵向谷两岸地貌正常情况下不对称，纵向谷一旦出现对称岸坡，可以预判为顺向坡一侧地貌异常，即顺向坡地质结构异常;横向谷两岸地貌正常情况下是对称的，横向谷一旦出现不对称岸坡，可以预判为缓坡地貌异常，即缓坡地质结构异常。

参考文献：

[1]谷德振.岩体工程地质力学基础[M].北京：科学出版社，1979.

[2] 尚彦军，李坤.从施工地质灾害看岩体结构看岩体结构控制作用[J].岩石力学与工程学报，2013，32（6）：1129-1136.

[3]水利电力部水利水电规划设计院，水利水电工程地质手册[M].北京：水利电力出版社，1985.

[4]李宁新.工程地质勘察学若干理论问题探讨[J].人民珠江，2005 （4）：15-17.

[5]李宁新，陈杰.工程地质系统若干基本概念[A].水利勘测技术成就与展望一中国水利学会勘测专业委员会2018年年会暨学术交流会论文集[C].武汉：武汉理工大学出版社，2018.

[6]张成恭，王思敬，张倬元.中国工程地质学[M].北京：科学出版社，2000.

[7]张华夏，叶侨健，现代自然哲学与科学哲学[M].广州：中山大学出版社，1996.

[8]陈德基.中国水利百科全书水利工程勘测分册[M].北京：中国水利水电出版社，2004.

[9]SL 55-2005中小型水利水电工程地质勘察规范[S].

[10]中水珠江规划勘测设计有限公司.贵州省望谟县纳坝水库工程左岸溢洪道边坡处理设计变更报告[R].广州：中水珠江规划勘测设计有限公司，2014.

（编辑：唐湘茜）

作者简介：韩羽，男，高级工程师，硕士，主要从事水利水电工程地质勘察研究工作。E-mail： 398911423@qq.com