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什么是邊坡穩定性？

如果一個邊坡可以承受自身的重量以及外部的壓力，并且不發生位移，那么就可以認為這個邊坡是穩定的。邊坡是通過計算安全系數（FOC）來分析的，安全系數是抗剪切力與驅動力的比值。如果安全系數小于1，表明邊坡是不穩定的。在巖土工程設計中，安全系數介于1.1到1.4之間是可以接受的，盡管使用的值取決于不確定的數值模擬參數以及邊坡的風險情況。

影響邊坡穩定性的因素主要是邊坡的角度和邊坡材料的粘聚力，其中邊坡角度決定了驅動力，通常是重力，而粘聚力是由邊坡材料抗剪強度產生的阻力。除此之外，還有很多因素會影響邊坡是否穩定，包括堅硬巖石的破碎和風化，對于土質邊坡，坡高、地下水位、排水情況、侵蝕、是否存在穩定植被等，都是影響土質邊坡穩定性的因素。

邊坡破壞有時是一個漫長累積的過程，例如，侵蝕或凍融循環，有時是重要事件造成的突發瞬時過程，例如強降雨、地震、火山活動或土方開挖和采礦等人為因素引起的。

隨著時間的推移，可能會累積一些獨立的事件，導致邊坡最終破壞。空間方法使用無人機、飛機和衛星激光測距技術，可以經濟高效地繪制邊坡輪廓。危險特征可以被識別出來，邊坡輪廓隨著時間推移發生的變化可以識別破壞前的前兆，這些使得勘察更加詳細。

哪些地方需要進行邊坡管理？

城市化發展空間受限于山區地形，需要慎重管理邊坡，確保不會發生滑坡風險，但現實是城市向更加陡峭的邊坡擴張。香港就是一個好例子，香港的邊坡管理是非常重要的，因為可供建造建筑物的土地非常稀缺，基巖為火山巖，含有問題嚴重的風化花崗巖，同時香港區域經常遭遇臺風和暴雨。地震活動頻繁的區域，需要對不穩定邊坡采取更多的預防措施，防止因地震引發的滑坡。其它的一些城市可能由于城市化監管不到位，開挖山坡用于建造房屋，降低了邊坡的穩定性。隨之而來的道路施工、植被清除以及滲漏的水和排水不暢造成的積水，使情況進一步惡化。公路、鐵路和航道等形式的線性基礎設施，可能需要穿越丘陵或山區。為了最大限度減少高程變化，可能需要進行開挖，這需要謹慎設計和維護，以確保基礎設施上方和下方的邊坡穩定性。

采礦活動，由于不斷產生邊坡、改變邊坡，所以需要對這些活動進行管理，確保工作安全開展。對于地表或露天采礦，覆蓋在目標礦體上的覆蓋層，被移走并且堆積。通過巖土工程勘察（例如，井下電視勘測），使得開采面間斜坡角度更高，以實現礦坑邊坡穩定，減少廢料剝離，可以帶來顯著的成本效益。對于覆蓋層和尾礦的堆積，也需要進行管理。特別是對于建有大壩用于阻擋礦物提煉后的液化物質的情況，更需要進行邊坡管理。

即使是在很平坦地方的大壩和堤壩，也要進行邊坡管理，以防止洪水。填土堤壩通常是用來阻擋河流及海岸附近的洪水。

地球物理鉆孔探測在邊坡穩定性評價中的應用

地球物理鉆孔探測可以為邊坡穩定性分析提供重要的數據，可以補充其它巖土勘察技術，例如空間測繪、地表地震以及CPT。鉆孔探測適用于各種地層，無論是未固結的淤泥，還是最堅硬的巖石，都可以獲取數據，可以方便地載入到結構數據庫中。非常自然的邊坡意味著勘測人員需要靈活地順利地對鉆孔進行測試，因為有些鉆孔位置可能難以到達，很多鉆孔是帶有角度的甚至是水平的。這可能需要隔著一定的距離進行探測，可能需要使用便攜設備，對于淺的帶有角度的鉆孔可能需要推入工具。一旦勘測人員安全順利地進行測試的條件達到后，就可以將各種地球物理探頭放入一個鉆孔中，快速地、經濟高效地進行測試。邊坡勘察中常用的探頭，如表1。

除了鉆孔電視以外，表1中所示的所有探頭都可以用于邊坡穩定性的評價。3臂井徑探頭可以獲得自然伽馬剖面，這個對于地層描述以及不同鉆孔之間關聯地層分層是非常有用的。直徑數據對于風化地層識別是非常有用的，并且可以對鉆進過程中的沖刷物質對其它探頭的影響進行質量控制。

地球物理數據是如何用于邊坡分析的

評價天然邊坡或設計人造邊坡的任務主要是由巖土工程師負責，但可能需要工程地質、結構工程和水文地質專業信息的輸入。他們的職責范圍包括識別危險區域、確定邊坡破壞機制、研究觸發邊坡破壞的敏感因素、安全的可靠的經濟的邊坡設計、減緩并且降低邊坡災害。

這個過程需要詳細的、準確的信息，包括邊坡的幾何尺寸（空間方法）、地質信息（坑探或鉆探）、土體巖體特性、地下水特性等，這些信息需要通過地球物理方法包括鉆孔探測來獲取。

歷史上，極限平衡法通常用于邊坡穩定性分析。隨著現代計算機和復雜軟件的應用，出現了一系列分析技術，包括有限元極限分析、不連續布局優化和有限差分法。最近，風險評價的概念被用于計算邊坡破壞以后的后果和邊坡破壞的概率。鉆孔探測的數據簡化了這些大型計算機模型的輸入任務。

工程師們有很多加固邊坡的方法可供選擇，包括巖石錨桿和錨釘、改善邊坡排水性能、促進表層植被生長以加固表層、防止風化、侵蝕和堆積。

未來發展

隨著城市空間的快速擴張，對潛在危險的邊坡進行評價、分析、治理，對于今天而言越來越重要了。氣候專家預測，隨著全球氣溫上升，發生重大天氣事件的可能性在增加，這些事件可能引發邊坡破壞，特別是滑坡。與其冒著人的生命危險和邊坡破壞后采取補救措施付出高昂代價，倒不如提前進行預防和治理。鉆孔地球物理方法，通過提供詳細準確的地下數據，將在潛在危險邊坡調查中發揮越來越大的作用，從而提高工程師在計算安全系數和管理邊坡時的信心。

便攜式探測設備用于某海岸鐵路危險邊坡調查

臺灣地區邊坡穩定性研究

推薦的探頭

PS波速探頭

高分辨率聲學井下電視探頭

用于液體或泥漿填充的鉆孔中進行成像。該探頭可以生成一個360度展開的、方向確定的鉆孔孔壁超聲圖像。該探頭是破碎地層識別及方向測定（傾角和傾向）、地層學研究、區域應力分析（巖爆）、取芯定向等理想的工具。

高分辨率光學井下電視探頭

可以得到一幅連續的、高分辨率的、方向確定的鉆孔孔壁圖像。該探頭可以用于干鉆孔中，也可以用于水（清澈液體）填充的鉆孔中。該探頭可以獲取一幅全彩色鉆孔圖像，這個可以幫助識別礦物質。該探頭是破碎地層識別及方向測定（傾角和傾向）、地層學研究、礦物識別、取芯定向等理想的工具。

全波形三陣列探頭

該探頭是專門設計用于巖土工程和采礦應用的。它同時從一個發射器和三個接收器采集傳播時間和全波數據。地層波速一次測試進行了三次計算，不受鉆孔流體路徑的影響，波形數據用于計算壓縮波速（P波）、剪切波速（S波）和斯通利波速。

自然伽馬探頭

測量自然出現的同位素或者人造同位素的活動。

地層密度探頭

利用多個傳感器進行精確的鉆孔補償密度測量，基巖界面分辨率極高。這種方法如果結合了聲波探頭，就可以用來確定巖性、密度、孔隙率、巖石強度、彈性參數等，還可以用于風化巖層或破碎巖層的探測。

3臂井徑探頭

通過三個機械臂接觸鉆孔孔壁，記錄鉆孔的直徑，生成一幅連續的鉆孔直徑記錄圖。該探頭是進行測井前檢查鉆孔狀況的理想工具。