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      徐州市某人工邊坡崩塌地質(zhì)災(zāi)害評價與防治措施

      2022-03-24 01:05:18尚明召
      西部探礦工程 2022年3期
      關(guān)鍵詞:危巖坡頂坡腳

      劉 飛,尚明召,李 鋒,徐 坤

      (江蘇省第二地質(zhì)工程勘察院,江蘇徐州221004)

      危巖崩塌是山地丘陵地區(qū)主要的地質(zhì)災(zāi)害類型,是在長期的重力、風化、滲透等因素作用下,從陡崖、斜坡上墜落的災(zāi)害現(xiàn)象[1],其失穩(wěn)具有突發(fā)性、破壞性、影響范圍不確定性等特點[2]。針對危巖崩塌的致災(zāi)機制和破壞特征已產(chǎn)生了較多的研究成果。行業(yè)標準[3]按形成機理將崩塌分為:傾倒式、滑移式、臌脹式、拉裂式和錯斷式崩塌。胡厚田等[4-6]根據(jù)崩塌的形成條件和發(fā)生機理,總結(jié)出崩塌的發(fā)育階段及其基本模式、提出了危巖體穩(wěn)定性評價及計算方法。文獻[7-8]提出治理的主要思路是防治危巖體脫落(裂隙擴展)、限制運動范圍和保持坡體穩(wěn)定性。

      本文在前人研究的基礎(chǔ)上,通過野外地質(zhì)調(diào)查,查明區(qū)內(nèi)地質(zhì)環(huán)境條件及地質(zhì)災(zāi)害分布發(fā)育特點,分析其成災(zāi)的原因、成災(zāi)的條件,調(diào)查其危害范圍,對危巖的穩(wěn)定性進行評價,提出防治措施建議,為有效減輕和防止地質(zhì)災(zāi)害危害的相關(guān)設(shè)計提供依據(jù),確保山體邊坡的穩(wěn)定。

      1 工程背景

      徐州市區(qū)多分布有剝蝕丘陵地貌,隨著建設(shè)用地資源逐漸緊張,開發(fā)項目不可避免的需要占用部分山體,遂產(chǎn)生了規(guī)模不等的人工切坡,地質(zhì)災(zāi)害隱患凸顯。本次擬勘查的人工邊坡位于徐州市云龍湖西側(cè),削坡后坡面基巖裸露,凹凸不平,存在不穩(wěn)定塊石,雨季山體匯水沿坡面沖刷,已有部分石塊崩落,威脅附近行人及臨山建筑的安全。

      2 地質(zhì)環(huán)境條件

      2.1 地形地貌及區(qū)域地質(zhì)

      徐州地處魯東山區(qū)南緣的黃泛平原,屬華北平原的一部分,地勢總體微向東南傾斜,依據(jù)其地表形態(tài)、組成物、成因等特征,又可將徐州城市規(guī)劃區(qū)細分為:丘陵區(qū)、平原區(qū)和廢黃河壟狀高地等三個沉積結(jié)構(gòu)區(qū),本次勘查區(qū)位于徐州西南剝蝕構(gòu)造丘陵區(qū)。構(gòu)造上位于閘河復式向斜—杏山子背斜南東翼,為單斜地層,場地周邊無全新活動斷裂分布,區(qū)域地殼穩(wěn)定。場地地層單一,主要為寒武系中統(tǒng)張夏組堅硬中厚層狀、鮞狀灰?guī)r,中風化。地下水類型主要為松散巖類孔隙水(上層滯水)和碳酸鹽巖類裂隙巖溶水,上層滯水局部分布,巖溶水埋深較大,富水性較差,但雨季邊坡中的地下水可以直接得到大氣降水補給,水位和水量大大增加,不利于邊坡穩(wěn)定。

      2.2 邊坡地質(zhì)環(huán)境現(xiàn)狀

      本次勘查邊坡位于住宅小區(qū)西側(cè),邊坡長度約70m,邊坡坡向90°~145°,坡度60°~75°,北側(cè)邊坡接近直立?,F(xiàn)狀坡頂標高79.24~107.68m,坡底標高為77.94~83.45m。最大高差24m。邊坡巖層產(chǎn)狀135°∠85°,巖石整體穩(wěn)定性較好,局部發(fā)育35°∠45°節(jié)理,巖層與邊坡的關(guān)系屬于斜交坡,北側(cè)近似順向破,巖層傾角與邊坡傾角幾乎相同,見圖1,邊坡未見外傾結(jié)構(gòu)面發(fā)育,邊坡發(fā)生整體滑動破壞的可能性小,主要以危巖體崩塌破壞為主。崩塌按規(guī)模劃分屬小型崩塌,受威脅人數(shù)小于10人,地質(zhì)災(zāi)害危害程度分級屬小型,直接威脅對象為坡腳住戶和附近行人,危害對象等級為三級。

      圖1 邊坡北側(cè)層面、坡面

      3 危巖體形態(tài)特征

      根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查,在勘查范圍內(nèi)發(fā)現(xiàn)4處危巖體。各危巖體的現(xiàn)狀特征如下:

      1#危巖體,見圖2,分布高程85.09m,崩落高差6.3m,主崩方向110°,危巖形態(tài)為不規(guī)則塊體,危巖尺寸5m×4m×3m(長×高×厚),體積60m3,崩塌方式為滑移式,該危巖體呈突出狀,控制性結(jié)構(gòu)面主要是后壁結(jié)構(gòu)面,產(chǎn)狀110°∠85°,切割深度6~7m,裂隙面寬10cm,底部粘性土夾碎石塊充填,上部無充填,有水流沖刷痕跡,底座被坡腳覆土覆蓋,危巖體正前方樹木有被推擠的現(xiàn)象。

      圖2 1#危巖體

      2#危巖體,見圖3,分布高程86.54m,崩落高差4.7m,主崩方向130°,危巖形態(tài)為不規(guī)則塊體,危巖尺寸1m×2m×1m(長×高×厚),體積2m3,崩塌方式為傾倒式,為切坡遺留孤石,底座為石灰?guī)r。該處邊坡坡頂高程較低,為坡頂面主要匯水處,受水流沖刷嚴重,坡頂覆土隨水流沖刷堆積在危巖體后側(cè),厚度約0.7m。

      圖3 2#危巖體

      3#危巖體,見圖4,分布高程92.87m,崩落高差12.51m,主崩方向80°,危巖形態(tài)為薄板狀,危巖尺寸4m×5m×0.5m(長×高×厚),體積10m3,崩塌方式為滑移式,控制性結(jié)構(gòu)面主要是后壁結(jié)構(gòu)面和巖層層面,后壁結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀80°∠70°,切割深度5m,裂隙面寬3cm,無充填。

      圖4 3#危巖體

      4#危巖體,見圖5,分布高程102.57m,崩落高差19.12m,主崩方向135°,危巖形態(tài)為板狀,危巖尺寸7m×3m×1m(長×高×厚),體積21m3,崩塌方式為滑移式,控制性結(jié)構(gòu)面主要是后壁結(jié)構(gòu)面,后壁結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀135°∠85°,切割深度3m,結(jié)構(gòu)面沿后壁貫通至底座前緣,裂隙面寬3~10cm,上部充填雜土生長灌木雜草。該段邊坡高差大,灰?guī)r呈薄層—中厚層狀,裂隙沿層面發(fā)育,坡面發(fā)育與層面接近正交的節(jié)理裂隙面。

      圖5 4#危巖體

      4 穩(wěn)定性及影響范圍分析

      4.1 危巖體穩(wěn)定性分析

      勘查區(qū)危巖體崩塌方式分為滑移式、傾倒式兩種,根據(jù)各危巖體現(xiàn)狀特征,選擇符合其破壞方式的計算模型進行穩(wěn)定性計算,1#、2#危巖體裂隙面較寬,泥質(zhì)充填,裂隙面結(jié)合差,裂隙抗剪強度低;3#、4#危巖體裂隙面平直光滑,呈微張狀,部分泥質(zhì)充填,裂隙面結(jié)合一般,裂隙抗剪強度一般,計算剖面沿危巖失穩(wěn)的最不利方向并通過危巖重心,幾何形狀參數(shù)主要包括巖體重心、面積及與基座接觸面傾角等,根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查量取。取三種工況進行計算分析:

      工況一、天然狀態(tài)(自重);

      工況二、暴雨狀態(tài)(自重+裂隙水壓,其中裂隙充水高度取裂隙深度的1/2);

      工況三、地震狀態(tài)(自重+裂隙水壓力+地震力,其中裂隙充水高度取裂隙深度的1/2)。

      危巖穩(wěn)定狀態(tài)劃分按表1,計算結(jié)果見表2。

      表1 危巖穩(wěn)定性狀態(tài)劃分

      表2 三種工況下危巖穩(wěn)定系數(shù)及穩(wěn)定性評價

      根據(jù)計算結(jié)果,天然狀態(tài)下各危巖體穩(wěn)定性好,暴雨工況下除3#危巖體計算結(jié)果為穩(wěn)定,其余表現(xiàn)為基本穩(wěn)定—不穩(wěn)定,評價結(jié)果與現(xiàn)場情況較為吻合,由于計算過程僅考慮裂隙充水產(chǎn)生的靜水壓力,尚未考慮裂隙結(jié)構(gòu)面受長期雨水作用產(chǎn)生的強度降低,可見持續(xù)性強降水對邊坡危巖體穩(wěn)定性影響較強??辈閰^(qū)地震荷載不大,附近工程建設(shè)強度趨弱,振動荷載對穩(wěn)定性影響較小。

      4.2 危巖體影響范圍分析

      根據(jù)巖塊從陡坡上崩落到斜坡或平臺停止運動的過程,可以把落石運動軌跡方式分為墜落、跳動、滑動、滾動。危巖體發(fā)生破壞,其運動方式受下部斜坡的物質(zhì)組成、邊坡坡度等的影響,運動距離各不相同。根據(jù)相關(guān)研究成果,崩落體只有坡度角小于一定臨界值(約27°)時,才停積于崖腳,隨坡度角增大,可分別表現(xiàn)為滑動、滾動、跳躍和自由崩落等方式。

      本次勘查區(qū)邊坡坡度60°~75°,局部近直立,危巖體按相對高差劃分屬于低位—中位危巖,坡底已整平,危巖體形態(tài)、大小、高差各不相同,其中3#危巖體較為穩(wěn)定,利用邊坡落石統(tǒng)計分析軟件分別對1#、2#和4#危巖崩塌后軌跡進行模擬分析,根據(jù)模擬結(jié)果分析,危巖體主要沿坡面滑動,滑落至坡腳后根據(jù)坡腳巖土體的性質(zhì)彈起高度有所不同,坡底角度近水平,彈起后水平運動距離有限,1#、2#危巖體水平滾動距離2~3m,4#危巖體因其高度較高、坡面平直阻力小,水平滾動距離約7m。水平影響范圍雖不大,但考慮到坡腳附近為住戶活動區(qū)域,后期還將進行平整、綠化作業(yè),對人員安全仍存在威脅。

      5 防治措施建議

      根據(jù)邊坡地質(zhì)災(zāi)害勘查結(jié)果,邊坡整體穩(wěn)定性較好,防治工程的主要治理重點是邊坡截排水和危巖體清除。具體措施如下:

      (1)建議在坡頂設(shè)置截排水墻,排水溝末端順地勢自然排水或?qū)胧姓潘芫W(wǎng),考慮到勘查區(qū)以外不確定塊石的威脅,坡頂截排水墻應(yīng)采取一定的錨固措施兼做擋土,也可設(shè)置被動式防護網(wǎng);

      (2)坡頂坡面進行危巖體清除,清除應(yīng)采用從上而下的順序,盡量采用人工撬除或機械破碎清除,清除后的坡面應(yīng)進行坡面防護,可采用主動式防護網(wǎng)或掛網(wǎng)錨噴的方法;

      (3)為防止坡面匯水沖刷場地、降低場地土地基承載力,在坡腳線外0.5m處修筑0.5m高漿砌石擋墻,擋墻與坡腳線圍成坡腳排水溝,排水溝內(nèi)側(cè)需做防滲措施,以免坡面匯水入滲至建筑持力層,排水溝向南延伸順導入市政排水管網(wǎng)。

      6 結(jié)論

      (1)勘查邊坡位于徐州市南部丘陵區(qū),成因為人工切坡,邊坡長度約70m,最大高差24m,邊坡整體穩(wěn)定性較好,地質(zhì)災(zāi)害類型為崩塌,屬小型崩塌,受威脅人數(shù)小于10人,地質(zhì)災(zāi)害危害程度屬小型,直接威脅對象為坡腳住戶和附近行人,危害對象等級為三級;

      (2)邊坡分布有4處危巖體,體積2~60m3,崩落高差4.7~19.12m,發(fā)育形態(tài)各不相同,按破壞模式可分為滑移式、傾倒式兩種;

      (3)穩(wěn)定性分析結(jié)果表明天然狀態(tài)下各危巖體穩(wěn)定性好,暴雨工況下除3#危巖體計算結(jié)果為穩(wěn)定,其余表現(xiàn)為基本穩(wěn)定—不穩(wěn)定,持續(xù)性強降水對邊坡危巖體穩(wěn)定性影響較強??辈閰^(qū)地震荷載不大,附近工程建設(shè)強度趨弱,振動荷載對穩(wěn)定性影響較?。?/p>

      (4)本次勘查區(qū)邊坡坡度60°~75°,局部近直立,坡面較光滑,危巖體屬于中—低位,崩落軌跡主要為坡面滑動、坡腳跳躍滾動,水平影響范圍2~7m,威脅坡腳人員的安全;

      (5)根據(jù)地質(zhì)災(zāi)害主要致災(zāi)因素和致災(zāi)體特征,建議防治工程治理重點為邊坡截排水和危巖體清除。坡頂設(shè)置截排水墻兼做擋土,或采用被動式防護網(wǎng)+截排水溝的組合,坡面清除危巖體并采用主動式防護網(wǎng)或掛網(wǎng)錨噴,坡腳設(shè)置漿砌石排水溝。

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