古滑坡對基坑穩(wěn)定性影響機(jī)制分析

管學(xué)軍，吳干華

（中國建筑材料工業(yè)地質(zhì)勘查中心江蘇總隊(duì)，江蘇 南京 211135）

0 引言

文章依托牛首山阿麗拉酒店基坑工程失穩(wěn)現(xiàn)狀為背景，從該基坑工程的工程地質(zhì)條件情況、基坑設(shè)計支護(hù)方案及基坑監(jiān)測成果等方面進(jìn)行分析，采用理論分析及數(shù)值模擬等手段，深入分析本基坑工程支護(hù)失穩(wěn)的原因，并提出有效的整治措施。

1 工程地質(zhì)條件

牛首山位于寧鎮(zhèn)丘陵西段南支，屬于寧鎮(zhèn)揚(yáng)丘崗地貌，低山丘陵地貌單元，地形起伏較大，山體走勢大致呈北西-南東向，山體植被茂盛。牛首山東西兩峰的海拔標(biāo)高為247.5 m和201.6 m，山頂有東西向山脊，略呈鞍形[1]。

擬建場地位于南京市牛首山公園內(nèi)，地形呈北高南低，為一坡面，勘察場地范圍內(nèi)地面標(biāo)高72.50～108.60 m。

擬建場地在勘探深度范圍表層為Q3期沉積的含碎石粉質(zhì)粘土，其下為上侏羅統(tǒng)龍王山組（Jl3d）風(fēng)化凝灰?guī)r。

擬建場地各巖土層分述如下：

（1）②含碎石粉質(zhì)粘土(Q3al)：黃褐色、飽和、硬塑、中壓縮性。無搖振反應(yīng)，刀切面稍光滑，具光澤反應(yīng)，干強(qiáng)度與韌性高。局部夾含少量粘土團(tuán)塊。礫石以石英質(zhì)為主，磨圓度較差，呈次棱角狀，直徑0.5～8 cm，個別較大約12 cm，含量5%～25%，呈稍密狀，普遍分布，局部含量較多。

（2）③1全風(fēng)化凝灰?guī)r（Jl3d）：黃褐色，巖芯呈黏土狀，巖石結(jié)構(gòu)被完全破壞，遇水易軟化，干鉆可鉆進(jìn)，局部夾風(fēng)化顆粒，顆粒直徑一般小于1 cm，屬極軟巖，巖體基本質(zhì)量等級為Ⅴ級。

（3）③2強(qiáng)風(fēng)化凝灰?guī)r（Jl3d）：雜色（灰黃色、淺白色、紅褐色），巖石結(jié)構(gòu)大部分被破壞，巖芯呈砂土狀、碎石狀，遇水極易軟化，高嶺土化嚴(yán)重，屬極軟巖，巖體基本質(zhì)量等級為Ⅴ級。

（4）④1強(qiáng)風(fēng)化安山質(zhì)凝灰?guī)r（Jl3d）：以青灰色為主，局部為灰綠色，巖芯極破碎，呈砂狀、碎石狀，屬于極軟巖，巖體基本質(zhì)量等級為Ⅴ級。

（5）④2中風(fēng)化安山質(zhì)凝灰?guī)r（Jl3d）：以青灰色為主，局部為灰綠色，巖芯碎塊狀，局部為短柱狀，裂隙發(fā)育，部分巖芯含角礫，角礫直徑一般為1～2 cm，取芯率為20%～75%，屬于較軟巖，巖體基本質(zhì)量等級為Ⅳ級。

典型地層剖面示意圖如1所示。

圖1 典型工程地質(zhì)剖面示意

1.1 氣象水文地質(zhì)條件

南京屬于亞熱帶季風(fēng)氣候，氣候溫和濕潤四季分明。年平均溫度15.4℃，年極端氣溫最高39.7℃，最低-13.1℃。風(fēng)向多為北東和南。南京地區(qū)雨量充沛，年平均降水量1 106 mm，降水最多季節(jié)為7月份494.5 mm，最少為2月份僅7.7 mm。

擬建場地位于構(gòu)造剝蝕殘丘，地勢較高，巖土種類較簡單，場地巖土體主體為粉質(zhì)粘土夾礫石和風(fēng)化基巖。根據(jù)邊坡工程勘察資料，場地地下水類型主要為潛水、局部具有微承壓性質(zhì)。

（1）潛水含水層。含水層巖性主要為雜填土、含碎石粉質(zhì)粘土組成，結(jié)構(gòu)松散，主要分布在中上層，厚度為3.5～14.00 m，勘查期間地下水水位埋深4.3～12.5 m。該黏礫含量較高，富水性較差，受季節(jié)影響明顯。以大氣降水為主要補(bǔ)給源，地勢低洼處受基巖裂隙水補(bǔ)給，以地下滲流和蒸發(fā)為主要排泄途徑。

（2）微承壓含水層。主要賦存于④1強(qiáng)風(fēng)化安山質(zhì)凝灰?guī)r及④2中風(fēng)化安山質(zhì)凝灰?guī)r的風(fēng)化裂隙及構(gòu)造裂隙中，厚度為0～26 m，勘查區(qū)南部具有微承壓性質(zhì)，在基坑中部施工鉆探孔時，地下水從孔口自流，流量約1.0 m3/h。主要接受大氣降水和潛水補(bǔ)給，沿風(fēng)化裂隙、構(gòu)造裂隙滲流。

1.2 巖土力學(xué)參數(shù)分析

本基坑所在地段位于牛首山南側(cè)，邊坡勘察提供的巖土層參數(shù)見表1。

表1 邊坡參數(shù)

本基坑位于牛首山南側(cè)邊坡前緣，在邊坡上新建建筑以及在邊坡前緣進(jìn)行深基坑開挖后，外側(cè)巖土體發(fā)生變形后，為地下水提供了滲流通道，巖體浸水后發(fā)生軟化。一旦形成滑坡，支護(hù)結(jié)構(gòu)外側(cè)所受的壓力就不是主動土壓力，而轉(zhuǎn)化為滑坡體的下滑力，該下滑力一般來說遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于主動土壓力，造成支護(hù)結(jié)構(gòu)的破壞。甚至是當(dāng)支護(hù)結(jié)構(gòu)的深度未穿過滑動面時，支護(hù)結(jié)構(gòu)難以起到支擋土體側(cè)向壓力的作用。

2 古滑坡特征

古滑坡是指在重力影響下巖石和土壤沿著一段山坡下滑的現(xiàn)象。古滑坡體的暫時穩(wěn)定并不意味著已經(jīng)完全穩(wěn)定，自然、人為因素都可能再次導(dǎo)致古滑坡的發(fā)生[2]。

3 古滑坡對基坑穩(wěn)定性影響機(jī)制分析

3.1 古滑坡穩(wěn)定性分析（極限平衡法）

本基坑工程位于牛首山南側(cè)邊坡前緣，由于基坑失穩(wěn)事件已經(jīng)發(fā)生，首先對自然狀態(tài)下邊坡后緣是否有可能發(fā)生滑坡進(jìn)行研究，如發(fā)生滑坡則可能引起基坑周邊土體作用在支護(hù)結(jié)構(gòu)上的土壓力增大，導(dǎo)致支護(hù)結(jié)構(gòu)失穩(wěn)。故本次先對邊坡后緣是否有可能滑坡進(jìn)行初步分析，基于邊坡穩(wěn)定性分析中常用的極限平衡法，采用Slide軟件對邊坡穩(wěn)定性進(jìn)行計算。

從圓弧滑動法和折線滑動法得出后緣邊坡處于不穩(wěn)定狀態(tài)，在不利情況可能發(fā)生滑坡，最小穩(wěn)定性系數(shù)及滑坡評價見表2。

表2 穩(wěn)定性系數(shù)及評價結(jié)果

根據(jù)分析結(jié)果，所開挖基坑位于古滑坡前緣，接近滑坡剪出口位置，基坑外側(cè)處于最危險滑動面的出口附近，故可推測，雖然基坑所處位置不是完全位于滑體上，但基坑的開挖導(dǎo)致滑體失去了側(cè)向支撐，且開挖后基坑外側(cè)的巖土體側(cè)向位移激發(fā)了潛在滑體的變形，進(jìn)而導(dǎo)致古滑坡發(fā)生。因此，作用在基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)上的壓力不應(yīng)僅僅考慮正常條件下的土壓力，還應(yīng)進(jìn)一步考慮滑坡引起的下滑力。

3.2 古滑坡穩(wěn)定性分析（有限元分析法）

采用極限平衡法發(fā)現(xiàn)后緣邊坡在不利情況下可能發(fā)生滑坡，當(dāng)對邊坡進(jìn)行有限元分析時，亦發(fā)現(xiàn)后緣邊坡在不利條件下，可能會發(fā)生滑坡，計算結(jié)果與極限平衡法較為接近。

3.3 現(xiàn)場調(diào)查驗(yàn)證

在本工程基坑失穩(wěn)后，為了找尋失穩(wěn)原因，在基坑邊坡后緣約300 m發(fā)現(xiàn)有滑坡形成的裂縫，與模擬成果非常接近，進(jìn)一步驗(yàn)證了本次數(shù)值分析的可靠性。

滑坡后緣地表沉降裂縫與分析得到的滑坡后緣位置基本一致，表明分析所得邊坡巖土力學(xué)參數(shù)、穩(wěn)定性分析結(jié)果與現(xiàn)場情況吻合。

本深基坑工程位于邊坡前緣，屬于抗滑段，深基坑的開挖相當(dāng)于對抗滑段進(jìn)行了卸荷，開挖過程及支護(hù)過程中無法完全保障基坑周邊土體不發(fā)生位移，而一旦發(fā)生較大位移就可能給雨水下滲形成通道，進(jìn)一步弱化土層，從而導(dǎo)致后緣邊坡發(fā)生滑坡?？傮w來說邊坡前緣深基坑開挖、支護(hù)失穩(wěn)和邊坡后緣滑坡是互相影響的，不能分割。

4 結(jié)論

（1）對牛首山古滑坡的地質(zhì)條件、穩(wěn)定性進(jìn)行了分析。采用極限平衡法對古滑坡可能發(fā)生的圓弧型和折線型滑動的穩(wěn)定性進(jìn)行計算，確定了古滑坡的破壞機(jī)制、范圍及穩(wěn)定性。

（2）研究表明，本次基坑失穩(wěn)，主要原因是對場地和地基的穩(wěn)定性評價和認(rèn)識不足。①本深基坑工程位于邊坡前緣，基坑支護(hù)失穩(wěn)與邊坡后緣滑坡有密切關(guān)系。雖然從模擬成果為發(fā)生在后緣邊坡的滑坡距本深基坑工程有一定的距離，但是從現(xiàn)場調(diào)查的成果（基坑至模擬滑坡體之間的不同高度的擋墻和在建物均有滑坡痕跡）來看，造成本基坑支護(hù)失穩(wěn)的原因主要是山體滑坡；②在可能發(fā)生滑坡的邊坡前緣進(jìn)行建筑施工和深基坑開挖也有可能是誘發(fā)滑坡的因素之一。

（3）圍繞牛首山項(xiàng)目基坑支護(hù)失穩(wěn)事故進(jìn)行研究，且暫時未能考慮到邊坡滑動面上抗剪強(qiáng)度的最不利影響，同時模擬時雖然考慮了地下水位，但是未能考慮連續(xù)陰雨天地下水下滲作用、地下水位的提高引起浮托作用力的增大等影響，這些與實(shí)際不是完全相符，在今后的研究中將不斷補(bǔ)充。