西南某工程場區(qū)邊坡穩(wěn)定性分析

唐嘯宇，吳俊峰，蔣發(fā)森

（成都理工大學地質災害防治與地質環(huán)境保護國家重點實驗室，成都610059）

0 引言

該項目位于九寨溝縣城西南方向九寨海池所在的高臺地上，與九寨溝縣城的水平距離約3.3km，縣城至場地有連接省道S301的專用公路，公路里程約20km，交通較為方便。工程區(qū)場地高程2 365～2 680m之間（九寨溝縣城高程為1 405m～1 420m），占地約2 066 666.667m2，合約2 070 000m2。為查明場區(qū)東側基巖高陡邊坡的結構并分析其穩(wěn)定現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢，需對邊坡進行巖土工程勘察及穩(wěn)定性評價工作。

1 邊坡工程地質條件

1.1 地形地貌

該工程場地位于青藏高原與四川盆地的大地貌單元過渡的深切高山峽谷高原地帶，屬于構造侵蝕中高山地貌，其東側為由北向南流經九寨溝縣城的涪江支流白河，西側高程約3 720m的山峰，場地位于該山峰與白河河谷之間的邊坡中部平緩臺地帶。場地附近北側山脊最大高程約2 700m，南側為約2 400m高程的山脊，場地主體位于南北山脊之間的溝槽內。

圖1 場區(qū)邊坡平面圖

1.2 地質構造和地震

位于北西—南東向塔藏—雙河—何家壩斷裂以北，九寨溝復向斜北東翼，受斷層構造影響嚴重，區(qū)內巖層褶皺強烈，構造裂隙發(fā)育。

根據GB 50011—2001《建筑抗震設計規(guī)范》（2008年局部修訂），結合GB 18306—2001《中國地震動參數區(qū)劃圖國家標準第1號修改單》確定場區(qū)抗震設防烈度為Ⅷ度，設計基本地震加速度值為0.20g，設計地震分組為第三組，特征周期0.45s。

2 滑坡體基本特征

2.1 滑坡邊界、規(guī)模及形態(tài)特征

評價區(qū)最低高程約2 000m；坡頂高程約2 400m，坡體上部順坡向長約1 100m，底部順坡向長約1 300m，縱向長約500m，面積約600 000m2

工程區(qū)東側邊坡頂部平臺為白水江谷肩，根據臺地與谷底高差、坡頂臺地風化程度及區(qū)域對比，臺地應形成于中更新世。工程區(qū)東側邊坡整體呈波狀，頂面由南西向北東傾斜，坡度約6°，高差120m，北東邊界為古河道凹槽出口，高程約2 310m，南西側為邊坡最高位置，海拔高程2 430m；邊坡中上部（海拔高程2 000～2 400m）較陡，整體大于坡度40°，坡體表面多處基巖裸露，巖體較為破碎，坡緣近于直立，且發(fā)育有次級不穩(wěn)定斜坡體，在緩坡部位可見塊碎石堆積，巖性以灰?guī)r、砂巖為主，結構松散，有架空現(xiàn)象；邊坡中下部（海拔高程1 800～2 000m）較緩，整體坡度約25°，由多個崩滑堆積體構成，形成年代久遠，堆積體的結構較為密實，個別早期滑坡后緣保留拉陷槽谷。

2.2 邊坡巖土結構特征

工程東側邊坡出露地層主要為三疊系雜谷腦組（T2z）和第四系堆積層（Q4）地層。其中第四系堆積層（Q4）為耕植土層、殘坡積層黏土與粉質黏土、崩積碎塊石土；三疊系雜谷腦組（T2z）為淺灰色、灰綠色、灰褐色薄—中層狀砂巖板巖夾砂質灰?guī)r。各層巖性特征由老到新分述于下：

（1）三疊系雜谷腦組（T2z）

灰白色、灰褐色薄—中層狀砂巖、板巖夾結晶灰?guī)r；該層風化程度較強，節(jié)理及裂隙發(fā)育，巖層產狀200°～270°∠10°～30°。

（2）第四系堆積層（Q4）

第四系黏土、粉質黏土層（Qpd4）：黃褐色為主，中密—密實，稍濕，頂部少量人工耕植土，以黏土、粉質黏土、板巖風化物等為主，局部混少量小碎石。厚度0.5～1.3m，廣泛分布于坡頂表層。

第四系殘坡積粉質黏土、黏土及碎石土（Qel＋dl4）：結構松散，大多為可塑—硬塑狀，覆蓋于基巖之上，厚度1.00～6.00m，粗顆粒含量一般10%～20%，棱角狀，塊徑1.0～8.0cm，母巖成分主要為風化后的砂巖、板巖褐結晶灰?guī)r，整個坡體均有分布。第四系崩積碎、塊石土（Qcol4）：主要分布于邊坡中下部、偶見于坡體上，巖性為碎塊石，結構松散，碎塊石呈棱角—次棱角狀，塊徑3.0～85cm，最大1.30m，母巖成分主要為全—強風化的砂質板巖和結晶灰?guī)r。

根據對探槽及鉆孔資料的分析，工程區(qū)東側邊坡由3部分組成（見圖2）：坡頂部殘積層、斜向傾坡內的雜谷腦組砂板巖（邊坡主體），坡體中部表層重力堆積體。坡頂覆蓋層由耕植土層，殘、坡積層和崩積層構成，主要為灰褐色粉質黏土夾碎石層，稍濕、稍密，其次為粉質黏土夾角礫、塊石，覆蓋層厚度約1.8～11.6m；基巖為三疊系中統(tǒng)雜谷腦組砂巖、板巖夾砂質灰?guī)r；坡體中部表層堆積體以崩滑、崩積體為主。邊坡的工程地質分區(qū)也可按上述巖土結構特征劃分，具體可分為3個大區(qū)4個亞區(qū)：

圖2 邊坡巖土結構示意圖

Ⅰ區(qū)：第四系殘坡積堆積區(qū)，位于邊坡頂部平臺，地形較為平緩，覆蓋第四系殘坡積堆積物，厚度1.8～11.6m不等，分區(qū)面積約38.42×104m2，占總面積的20.14%；

Ⅱ區(qū)：第四系崩坡積堆積區(qū)，分布于邊坡平臺后側斜坡以及邊坡體中部，地形坡度在40°左右，覆蓋第四系崩坡積堆積物，局部存在崩滑堆積體，分區(qū)面積約97.59×104m2，占總面積的51.15%；

Ⅲ－1區(qū)：反傾斜坡區(qū)，分布于邊坡西南側地形較陡，總體坡度40°～90°，巖體為反傾坡內的三疊系雜谷腦組（T2z）砂巖夾板巖，坡緣部位地形陡峻，局部存在落石垮塌災害，分區(qū)面積約26.37×104m2，占總面積的13.82%；

Ⅲ－2區(qū)：斜—橫向谷分布區(qū)，分布于邊坡北東側，區(qū)內地形較陡，總體坡度40°～80°，巖體主要為斜傾坡內的三疊系雜谷腦組（T2z）板巖夾砂巖，局部轉為橫向谷坡，坡緣部位地形陡峻，存在小規(guī)模落石、不穩(wěn)定斜坡等災害，分區(qū)面積約28.4×104m2，占總面積的14.89%。

3 邊坡變形破壞特征

3.1 變形破壞現(xiàn)狀

東側邊坡在中更新世臺面形成后，隨著干流的下切，形成斜向谷坡，北側由于海池溝谷的形成，具有側向臨空條件，軟硬相間的砂板巖曾發(fā)生側向傾倒變形，這種變形隨海池后山崩塌堰塞臨空條件改變而停止。根據實地調查與訪問，邊坡表面未出現(xiàn)明顯變形破壞跡象，坡頂殘積層未見拉裂變形跡象，僅在坡緣部位有局部小規(guī)模變形?！?.12”汶川大地震期間，坡緣陡壁位置有零星的塊石滾落或塌落現(xiàn)象，塊石母巖體為厚層狀砂巖，粒徑一般大于1m。

3.2 變形破壞模式

根據對該邊坡成因的分析，以及現(xiàn)場地質環(huán)境條件的調研，該邊坡整體破壞的可能性較小，僅在邊坡頂部坡緣位置有產生變形破壞的可能，這些部位變形破壞的模式可分為以下4種：

（1）邊坡頂部表層土體有可能沿土層內部破裂面滑移，其破壞面形態(tài)為圓弧型，由于局部坡頂表層土體較厚，在自重、暴雨及地震等作用下，土體強度降低，易引發(fā)牽引式土質滑坡；

（2）邊坡頂部巖體沿強變形帶（距坡緣約5m）產生傾倒（彎曲—拉裂）變形，其后由于巖體結構破碎，結構面發(fā)育，可視為散體結構的蠕滑變形模式，破壞面呈圓弧型；

（3）邊坡頂部巖體沿強卸荷中限（距坡緣約25m）形成蠕滑—拉裂模式的巖質滑坡，該范圍內巖體裂隙發(fā)育程度較高，裂隙連通率接近70%，鎖固段為板巖，破壞面呈折線型；

（4）邊坡頂部巖體沿強卸荷下限（距邊坡緣40～60m）形成巖質滑坡，破壞面由陡傾的強卸荷裂隙與緩傾坡內的層面組合形成，呈折線型。

3.3 變形影響因素

從邊坡所處的地質環(huán)境條件、成因、變形現(xiàn)象等，分析影響其變形的主要因素有：地形地貌、坡體結構、降雨和地震。

工程區(qū)東側邊坡的變形主要位于邊坡坡折，靠近坡頂位置，地形坡度陡，臨空條件好，并且位于卸荷張應力的集中部位，在暴雨及地震振動作用下，易產生臨空方向小規(guī)模的變形破壞。表層巖體風化強烈是另一影響因素，表層巖體多為強風化巖體，力學強度低，完整性差，在重力作用下易形成危巖體或潛在不穩(wěn)定斜坡。

3.4 邊坡穩(wěn)定性計算及結果

根據前述滑坡變形破壞模式分析，當滑坡沿巖土界面附近形成滑動帶時，其滑面結構為折線型。GB 50330—2002《建筑邊坡工程技術規(guī)范》的相關要求，并結合該滑坡災害的特點，采用剛體極限平衡法的傳遞系數法定量分析計算其穩(wěn)定性與剩余下滑推力。具體計算公式如下：

式中：Fs—— 穩(wěn)定系數；

θi—— 第i塊滑動面與水平面的夾角（°），與滑動方向相反時為負值；

Ri—— 作用于第i塊滑塊的抗滑力（kN／m）；

Ni—— 第i條塊段滑動面的法向分力（kN／m）；

Ti——作用于第i塊段滑動面上的滑動分力（kN／m），出現(xiàn)與滑動方向相反的滑動分力時，Ti取負值；

φi—— 第i塊段土的內摩擦角（°）；

ci—— 第i塊段土的黏聚力（kPa）；

Li—— 第i塊段滑動面長度（m）；

ψj——第i條塊的剩余下滑力傳遞至第i＋1條塊時的傳遞系數（j＝i）。

根據滑坡地質災害防治工程地質勘察技術要求，主要考慮邊坡自重工況、暴雨工況和地震工況的組合。根據GB 18306—2001《中國地震動參數區(qū)劃圖》?？ɡ娬編靺^(qū)地震動峰值加速度等于0.20g，相應地震基本烈度等于Ⅷ度。運用Geoslope程序計算結果見表1。在自重及暴雨工況下，該邊坡均為穩(wěn)定狀態(tài)。

表1 穩(wěn)定性計算工況組合

穩(wěn)定性計算分析得出，工程邊坡在天然工況下處于穩(wěn)定狀態(tài)；暴雨工況下破壞面為基本穩(wěn)定，沿其余破壞面均處于穩(wěn)定狀態(tài)；地震工況下沿為欠穩(wěn)定狀態(tài)。

4 結語

（1）工程東側邊坡位于海池臺地，為侵蝕構造高山地貌；出露地層為三疊系雜谷腦組變質砂巖、板巖夾砂質灰?guī)r地層，上覆第四系殘坡積碎石土層和第四系耕植土層；區(qū)內水文地質條件比較簡單，受地質構造影響較大，位于塔藏—雙河—何家壩斷裂北側；九寨溝縣抗震設防烈度為Ⅷ度，設計基本地震加速度值為0.2g；

（2）該工程邊坡走向北東—南西；坡體傾向90°～133°，平均坡度約 40°；評價區(qū)最低高程約2 000m，坡頂高程約2 400m；頂部順坡走向長約1 100m，底部順坡走向長約1 100m，縱向長約500m，面積約600 000m2；

（3）該邊坡形成于中更新世，有側向傾倒變形跡象，但整體穩(wěn)定性較好?！?.12”地震過程中，僅在邊坡頂部局部有落石；

（4）穩(wěn)定性計算分析得出，暴雨工況下破壞面為基本穩(wěn)定，沿其余破壞面均處于穩(wěn)定狀態(tài)；地震工況下沿為欠穩(wěn)定狀態(tài)。

（5）據現(xiàn)場調查及室內綜合分析，建筑物在天然及暴雨工況下的安全距離為坡折以里5m；考慮地震工況強卸荷帶外帶安全儲備低，坡體高陡，在無任何防治措施下建筑物在坡折25m以里較為安全，若該帶經過工程處理后安全儲備會有較大幅度提高，建筑物安全距離仍可按天然工況下安全距離考慮。但坡折以里5m范圍內建議禁止任何工程開挖、道路修建，以免破壞坡緣帶現(xiàn)有平衡狀態(tài)。

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