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    山西某護(hù)坡工程滑塌的原因分析及經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)

    2012-03-10 00:19:52陳燕
    山西建筑 2012年26期
    關(guān)鍵詞:粘聚力粉質(zhì)摩擦角

    陳燕

    (山西省勘察設(shè)計(jì)研究院,山西太原 030013)

    1 基本情況

    山西某煤礦在整合過(guò)程中,對(duì)場(chǎng)地周邊的邊坡在未勘察的情況下已進(jìn)行了施工,分臺(tái)階進(jìn)行放坡,每級(jí)坡高10 m,臺(tái)階寬度3 m,坡比為1∶0.75;坡頂植被發(fā)育,以雜草和零星喬木為主;坡面已采用漿砌石進(jìn)行護(hù)面,厚度0.5 m左右,護(hù)面上留有泄水孔,間距2.0 m,梅花形布置,每級(jí)坡頂上間隔1.5 m均留有0.5 m× 0.5 m的種植花草的空地,其余的防排水措施在現(xiàn)場(chǎng)均未看到。

    2011年8月~9月,該區(qū)降水較多,并有暴雨出現(xiàn)。8月31日凌晨?jī)牲c(diǎn)左右,場(chǎng)地西北側(cè)一高30余米的邊坡發(fā)生滑塌,漿砌石護(hù)面被剪斷,土體向下滑塌,滑體寬度約50 m,長(zhǎng)度約40 m,邊坡后緣裂縫寬度最大約為50 cm,且局部有水流出,沒(méi)有生命財(cái)產(chǎn)的損失,滑坡現(xiàn)狀見(jiàn)圖1~圖4;其他地段在修筑好的漿砌石護(hù)面及護(hù)面臺(tái)階邊緣均出現(xiàn)多處裂縫,寬2 cm~5 cm左右。事故發(fā)生后,該煤礦首先采取應(yīng)急預(yù)案,對(duì)漿砌石護(hù)面進(jìn)行挖除,在開(kāi)挖過(guò)程中,坡體上可見(jiàn)大量積水外泄;其后,該煤礦主要負(fù)責(zé)人聯(lián)系勘察單位與各方面的專家,對(duì)滑塌區(qū)進(jìn)行鉆孔取樣、室內(nèi)化驗(yàn),對(duì)滑塌的原因進(jìn)行分析,并對(duì)后期的加固處理措施進(jìn)行論述。

    圖1 滑坡現(xiàn)狀正面圖

    圖2 滑坡現(xiàn)狀側(cè)面圖

    2 工程地質(zhì)條件

    1)地理位置及地形地貌。

    該煤礦位于山西省靈石縣靜升鎮(zhèn)斬?cái)鄩喆甯浇?。?chǎng)地中間為一條近東北向的大沖溝,其兩側(cè)分布有不同形態(tài)的黃土邊坡。該滑塌處在地貌上屬于黃土梁,兩側(cè)均為“V”形沖溝,且東側(cè)從形態(tài)上看屬于古滑坡。

    2)地質(zhì)構(gòu)造。

    對(duì)該區(qū)影響較大的構(gòu)造主要為孝義斷層與小山頭背斜,孝義斷層走向北20°~30°西,傾向北東,落差700 m左右,北東盤(pán)地層均被新生界覆蓋。

    圖3 滑坡后緣裂縫

    圖4 滑坡后緣擦痕

    3)水文地質(zhì)條件。該場(chǎng)地各沖溝基本常年無(wú)水,僅在雨季形成季節(jié)性水流,但各沖溝在暴雨期可形成洪水,且一瀉而去,雨停數(shù)小時(shí)即為細(xì)流直至干涸。

    4)地層結(jié)構(gòu)及物理力學(xué)指標(biāo)。根據(jù)后期在邊坡未發(fā)生滑塌前補(bǔ)充的邊坡勘察資料,該邊坡地層自上而下主要由第四系上更新統(tǒng)風(fēng)積層(Qeol3)、第四系中更新統(tǒng)沖洪積層(Qal+pl2)、上第三系靜樂(lè)組紅粘土(N)組成,簡(jiǎn)述如下:①層馬蘭黃土(Qeol3):褐黃色,含云母、白色菌絲、氧化物等,可見(jiàn)蟲(chóng)孔,大孔隙結(jié)構(gòu)明顯,稍濕,稍密~中密,具中等~高壓縮性和輕微~強(qiáng)烈濕陷性,揭露厚度3 m~5 m,主要分布在滑塌區(qū)后緣。天然狀態(tài)下重度15.4 kN/m3,粘聚力20 kPa,內(nèi)摩擦角25°;飽和狀態(tài)下重度19.0 kN/m3,粘聚力12 kPa,內(nèi)摩擦角22°。②層粉質(zhì)粘土(Qal+pl2):淺紅色~褐紅色,含云母、氧化物等,局部夾鈣質(zhì)結(jié)核層,呈硬塑~堅(jiān)硬狀態(tài),揭露厚度5 m左右,整個(gè)滑塌區(qū)均有分布。天然狀態(tài)下重度19.5 kN/m3,粘聚力 55 kPa,內(nèi)摩擦角 28°;飽和狀態(tài)下重度20.1 kN/m3,粘聚力24 kPa,內(nèi)摩擦角20°。③層紅粘土(N):深棕紅色、紫紅色,呈堅(jiān)硬狀態(tài),含鐵錳質(zhì)薄膜較多,夾有數(shù)層厚度介于300 mm~1 000 mm左右的鈣質(zhì)結(jié)核層,核徑3 cm~10 cm,局部混有砂礫石透鏡體。天然狀態(tài)下重度20.3 kN/m3,粘聚力70 kPa,內(nèi)摩擦角20°;飽和狀態(tài)下重度20.7 kN/m3,粘聚力35 kPa,內(nèi)摩擦角18°。

    5)地下水。本次鉆孔最大深度35 m,未揭露地下水。

    6)現(xiàn)場(chǎng)挖掘機(jī)清除滑體土后,發(fā)現(xiàn)滑床在后緣部位為離石黃土(即②層粉質(zhì)粘土),中前部為上第三系靜樂(lè)組紅粘土。

    7)新滑坡的穩(wěn)定性分析與計(jì)算。a.參數(shù)選取。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)在新滑坡上刻取的環(huán)刀試樣進(jìn)行的室內(nèi)反復(fù)剪切試驗(yàn),結(jié)合滑塌前對(duì)坡體地層的調(diào)查了解,對(duì)滑坡的穩(wěn)定性進(jìn)行反復(fù)計(jì)算,并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)對(duì)該段邊坡穩(wěn)定性的調(diào)查了解,給出穩(wěn)定性計(jì)算參數(shù):天然狀態(tài)下滑帶土c=8 kPa,φ=10°,滑體土重度取19.5 kN/m3。飽和狀態(tài)下滑帶土c=7 kPa,φ=10°,滑體土重度取19.5 kN/m3。b.定性分析。新滑坡后壁擦痕明顯,后壁頂部發(fā)現(xiàn)數(shù)條拉張裂縫,寬5 cm~50 cm。該滑坡滑體尚處于蠕動(dòng)期,整體處于不穩(wěn)定狀態(tài)。c.定量計(jì)算。新滑坡穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表1,未發(fā)生滑塌前的穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2。

    表1 新滑坡穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果表

    表2 未發(fā)生滑塌前的穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果表

    根據(jù)以上計(jì)算結(jié)果,無(wú)論滑坡前后,降雨入滲對(duì)邊坡穩(wěn)定性影響都起很大的作用。而且,在發(fā)生滑坡前,飽和狀態(tài)下的穩(wěn)定系數(shù)為0.83,不穩(wěn)定。

    3 事故原因分析

    事故發(fā)生后,該煤礦主要負(fù)責(zé)人聯(lián)系各方面的專家,對(duì)此邊坡滑塌的原因進(jìn)行分析,并討論后期的加固治理措施。從滑坡前緣看,滑坡體整體向前推進(jìn),坡腳處裂縫很多,對(duì)整個(gè)滑坡、場(chǎng)地周邊的地形地貌、地質(zhì)構(gòu)造進(jìn)行一番調(diào)查后,初步確定該事故發(fā)生的幾點(diǎn)原因如下:

    1)古滑坡是內(nèi)因:由于未進(jìn)行邊坡勘察與地質(zhì)調(diào)查,設(shè)計(jì)無(wú)依據(jù),未發(fā)現(xiàn)此處的不良地質(zhì)作用。新滑坡東側(cè)屬于一小型古滑坡滑坡周界的邊緣,該古滑坡平面形態(tài)呈圈椅狀,后緣坡度較陡,約60°,滑坡表面呈緩坡臺(tái)階狀,總體坡體坡度20°左右,主滑方向與新滑坡方向一致,該滑坡體長(zhǎng)約80 m,寬約60 m,為土質(zhì)滑坡,馬蘭黃土覆蓋,其下為離石黃土,植被發(fā)育,主要為雜草和喬木,現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查時(shí)發(fā)現(xiàn)有黃土落水洞。在自然條件下,該滑坡體受植被保護(hù)坡體較為穩(wěn)定,尚未出現(xiàn)滑坡。

    2)降雨是主要誘因:該邊坡巖土體由馬蘭黃土(Q3)、粉質(zhì)粘土(Q2)、紅粘土(N)組成,馬蘭黃土結(jié)構(gòu)松散,水通過(guò)該層土很容易下滲;粉質(zhì)粘土(Q2)與紅粘土(N)屬于超固結(jié)土,若無(wú)解除側(cè)限,則強(qiáng)度很高,形成邊坡后側(cè)限解除,形成回彈,且紅粘土(N)網(wǎng)狀裂隙發(fā)育,含高嶺石、蒙脫石等親水性礦物較多,遇水后形成軟弱層;2011年8月該區(qū)降雨較多,雨水通過(guò)孔隙、裂隙入滲至粉質(zhì)粘土(Q2)、紅粘土(N)土體,土體中大量的親水礦物遇水軟化,從而使土的粘聚力顯著減小,強(qiáng)度顯著降低;另外,滲入坡體里的水會(huì)令干燥狀態(tài)的結(jié)構(gòu)面軟化、潤(rùn)滑,降低潛在滑動(dòng)面的抗剪強(qiáng)度,促使邊坡沿粉質(zhì)粘土(Q2)、紅粘土(N)發(fā)生滑塌。

    3)設(shè)計(jì)失誤:該邊坡設(shè)計(jì)時(shí)無(wú)有效的防排水措施,僅在漿砌石護(hù)面上留有泄水孔,而且由于施工不規(guī)范,在雨季時(shí)未起作用,致使降雨入滲至粘性土層排不出,形成軟弱結(jié)構(gòu)面,發(fā)生邊坡坍塌。

    4)現(xiàn)階段人們的意識(shí)與溝通:邊坡設(shè)計(jì)前未進(jìn)行勘察,沒(méi)有充分的設(shè)計(jì)依據(jù);邊坡施工中未及時(shí)與施工單位溝通,未發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)與施工的不合理之處;施工期間與完工后沒(méi)有委托測(cè)繪單位進(jìn)行變形監(jiān)測(cè)。

    4 加固處理措施

    該滑坡處于欠穩(wěn)定狀態(tài),在后期連續(xù)降雨后裂隙仍在加大,局部還有小滑動(dòng),根據(jù)以上對(duì)邊坡滑塌原因的分析,該處在加固處理時(shí)綜合考慮以下措施:

    1)將滑體全部清除后剩余巖土體用坡率法重新分臺(tái)階進(jìn)行放坡,每級(jí)坡高控制在8 m以內(nèi),坡比為1∶1,每級(jí)臺(tái)階預(yù)留臺(tái)寬4 m。

    2)新的人工邊坡形成后,采用土釘噴射混凝土進(jìn)行坡面防護(hù)與防滲。

    3)水是誘發(fā)本邊坡滑塌的主要原因,因此每級(jí)平臺(tái)均設(shè)置截水溝,并在坡體外兩側(cè)設(shè)置排水溝,將水從兩面輸出,建立統(tǒng)一、完善、有效的防排水系統(tǒng)。

    4)委托測(cè)繪單位定期對(duì)場(chǎng)地所有的邊坡包括其沉降、水平位移、坡頂裂紋進(jìn)行監(jiān)測(cè),汛期、施工期間應(yīng)加密檢測(cè)頻率,直至各相關(guān)因素穩(wěn)定。

    5 主要經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)

    1)加強(qiáng)相關(guān)人員對(duì)此類工程的重視程度。

    2)邊坡設(shè)計(jì)前應(yīng)進(jìn)行詳細(xì)的工程地質(zhì)勘察、工程地質(zhì)調(diào)查,查明其場(chǎng)地內(nèi)所有的滑坡、崩塌、泥石流等不良地質(zhì)作用,查明水文地質(zhì)條件、搜集降雨資料,跟當(dāng)?shù)鼐用窳私庵苓呥吰略诮涤旰蟮母鞣N情況。

    3)邊坡設(shè)計(jì)前應(yīng)組織有經(jīng)驗(yàn)的專家進(jìn)行論證。

    4)必須設(shè)計(jì)一套統(tǒng)一、完善、有效的防排水系統(tǒng)。

    5)經(jīng)濟(jì)損失大,費(fèi)時(shí)費(fèi)力,重復(fù)工作,拖延工期。

    6 結(jié)語(yǔ)

    該煤礦邊坡的滑塌,其原因多方面,在山西省黃土地貌區(qū)有一定的代表性。對(duì)于這一類邊坡工程,水的作用是工程成敗的關(guān)鍵之一,因此,為保證邊坡的安全、穩(wěn)定,必須做好防水、排水措施。

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