什么是边坡稳定性？

如果一个边坡可以承受自身的重量以及外部的压力，并且不发生位移，那么就可以认为这个边坡是稳定的。边坡是通过计算安全系数（FOC）来分析的，安全系数是抗剪切力与驱动力的比值。如果安全系数小于1，表明边坡是不稳定的。在岩土工程设计中，安全系数介于1.1到1.4之间是可以接受的，尽管使用的值取决于不确定的数值模拟参数以及边坡的风险情况。

影响边坡稳定性的因素主要是边坡的角度和边坡材料的粘聚力，其中边坡角度决定了驱动力，通常是重力，而粘聚力是由边坡材料抗剪强度产生的阻力。除此之外，还有很多因素会影响边坡是否稳定，包括坚硬岩石的破碎和风化，对于土质边坡，坡高、地下水位、排水情况、侵蚀、是否存在稳定植被等，都是影响土质边坡稳定性的因素。

边坡破坏有时是一个漫长累积的过程，例如，侵蚀或冻融循环，有时是重要事件造成的突发瞬时过程，例如强降雨、地震、火山活动或土方开挖和采矿等人为因素引起的。

随着时间的推移，可能会累积一些独立的事件，导致边坡最终破坏。空间方法使用无人机、飞机和卫星激光测距技术，可以经济高效地绘制边坡轮廓。危险特征可以被识别出来，边坡轮廓随着时间推移发生的变化可以识别破坏前的前兆，这些使得勘察更加详细。

哪些地方需要进行边坡管理？

城市化发展空间受限于山区地形，需要慎重管理边坡，确保不会发生滑坡风险，但现实是城市向更加陡峭的边坡扩张。香港就是一个好例子，香港的边坡管理是非常重要的，因为可供建造建筑物的土地非常稀缺，基岩为火山岩，含有问题严重的风化花岗岩，同时香港区域经常遭遇台风和暴雨。地震活动频繁的区域，需要对不稳定边坡采取更多的预防措施，防止因地震引发的滑坡。其它的一些城市可能由于城市化监管不到位，开挖山坡用于建造房屋，降低了边坡的稳定性。随之而来的道路施工、植被清除以及渗漏的水和排水不畅造成的积水，使情况进一步恶化。公路、铁路和航道等形式的线性基础设施，可能需要穿越丘陵或山区。为了最大限度减少高程变化，可能需要进行开挖，这需要谨慎设计和维护，以确保基础设施上方和下方的边坡稳定性。

采矿活动，由于不断产生边坡、改变边坡，所以需要对这些活动进行管理，确保工作安全开展。对于地表或露天采矿，覆盖在目标矿体上的覆盖层，被移走并且堆积。通过岩土工程勘察（例如，井下电视勘测），使得开采面间斜坡角度更高，以实现矿坑边坡稳定，减少废料剥离，可以带来显著的成本效益。对于覆盖层和尾矿的堆积，也需要进行管理。特别是对于建有大坝用于阻挡矿物提炼后的液化物质的情况，更需要进行边坡管理。

即使是在很平坦地方的大坝和堤坝，也要进行边坡管理，以防止洪水。填土堤坝通常是用来阻挡河流及海岸附近的洪水。

地球物理钻孔探测在边坡稳定性评价中的应用

地球物理钻孔探测可以为边坡稳定性分析提供重要的数据，可以补充其它岩土勘察技术，例如空间测绘、地表地震以及CPT。钻孔探测适用于各种地层，无论是未固结的淤泥，还是最坚硬的岩石，都可以获取数据，可以方便地载入到结构数据库中。非常自然的边坡意味着勘测人员需要灵活地顺利地对钻孔进行测试，因为有些钻孔位置可能难以到达，很多钻孔是带有角度的甚至是水平的。这可能需要隔着一定的距离进行探测，可能需要使用便携设备，对于浅的带有角度的钻孔可能需要推入工具。一旦勘测人员安全顺利地进行测试的条件达到后，就可以将各种地球物理探头放入一个钻孔中，快速地、经济高效地进行测试。边坡勘察中常用的探头，如表1。

除了钻孔电视以外，表1中所示的所有探头都可以用于边坡稳定性的评价。3臂井径探头可以获得自然伽马剖面，这个对于地层描述以及不同钻孔之间关联地层分层是非常有用的。直径数据对于风化地层识别是非常有用的，并且可以对钻进过程中的冲刷物质对其它探头的影响进行质量控制。

地球物理数据是如何用于边坡分析的

评价天然边坡或设计人造边坡的任务主要是由岩土工程师负责，但可能需要工程地质、结构工程和水文地质专业信息的输入。他们的职责范围包括识别危险区域、确定边坡破坏机制、研究触发边坡破坏的敏感因素、安全的可靠的经济的边坡设计、减缓并且降低边坡灾害。

这个过程需要详细的、准确的信息，包括边坡的几何尺寸（空间方法）、地质信息（坑探或钻探）、土体岩体特性、地下水特性等，这些信息需要通过地球物理方法包括钻孔探测来获取。

历史上，极限平衡法通常用于边坡稳定性分析。随着现代计算机和复杂软件的应用，出现了一系列分析技术，包括有限元极限分析、不连续布局优化和有限差分法。最近，风险评价的概念被用于计算边坡破坏以后的后果和边坡破坏的概率。钻孔探测的数据简化了这些大型计算机模型的输入任务。

工程师们有很多加固边坡的方法可供选择，包括岩石锚杆和锚钉、改善边坡排水性能、促进表层植被生长以加固表层、防止风化、侵蚀和堆积。

未来发展

随着城市空间的快速扩张，对潜在危险的边坡进行评价、分析、治理，对于今天而言越来越重要了。气候专家预测，随着全球气温上升，发生重大天气事件的可能性在增加，这些事件可能引发边坡破坏，特别是滑坡。与其冒着人的生命危险和边坡破坏后采取补救措施付出高昂代价，倒不如提前进行预防和治理。钻孔地球物理方法，通过提供详细准确的地下数据，将在潜在危险边坡调查中发挥越来越大的作用，从而提高工程师在计算安全系数和管理边坡时的信心。

便携式探测设备用于某海岸铁路危险边坡调查

台湾地区边坡稳定性研究

推荐的探头

PS波速探头

高分辨率声学井下电视探头

用于液体或泥浆填充的钻孔中进行成像。该探头可以生成一个360度展开的、方向确定的钻孔孔壁超声图像。该探头是破碎地层识别及方向测定（倾角和倾向）、地层学研究、区域应力分析（岩爆）、取芯定向等理想的工具。

高分辨率光学井下电视探头

可以得到一幅连续的、高分辨率的、方向确定的钻孔孔壁图像。该探头可以用于干钻孔中，也可以用于水（清澈液体）填充的钻孔中。该探头可以获取一幅全彩色钻孔图像，这个可以帮助识别矿物质。该探头是破碎地层识别及方向测定（倾角和倾向）、地层学研究、矿物识别、取芯定向等理想的工具。

全波形三阵列探头

该探头是专门设计用于岩土工程和采矿应用的。它同时从一个发射器和三个接收器采集传播时间和全波数据。地层波速一次测试进行了三次计算，不受钻孔流体路径的影响，波形数据用于计算压缩波速（P波）、剪切波速（S波）和斯通利波速。

自然伽马探头

测量自然出现的同位素或者人造同位素的活动。

地层密度探头

利用多个传感器进行精确的钻孔补偿密度测量，基岩界面分辨率极高。这种方法如果结合了声波探头，就可以用来确定岩性、密度、孔隙率、岩石强度、弹性参数等，还可以用于风化岩层或破碎岩层的探测。

3臂井径探头

通过三个机械臂接触钻孔孔壁，记录钻孔的直径，生成一幅连续的钻孔直径记录图。该探头是进行测井前检查钻孔状况的理想工具。