某冰水堆積體人工邊坡穩(wěn)定性分析

王 偉， 盧鵬飛， 廖崇高， 徐 晶

(西部戰(zhàn)區(qū)空軍勘察設(shè)計院，四川成都 610041)

[通信作者]廖崇高(1973—)，男，博士，高級工程師，主要從事地質(zhì)工程及管理工作。

天然斜坡或人工邊坡形成過程中，巖(土)體內(nèi)部原有的應(yīng)力狀態(tài)將隨著過程的進行而發(fā)生變化，引起應(yīng)力重分布和應(yīng)力集中等效應(yīng)，斜坡巖(土)體為適應(yīng)這種新的應(yīng)力狀態(tài)，將發(fā)生不同形式和不同規(guī)模的變形與破壞，如滑坡、崩塌等[1]。冰水沉積物是經(jīng)冰水搬運，沉積在冰川內(nèi)部或附近的堆積物，又稱冰水沉積物[2]。對冰水堆積物的工程特性研究較多，謝春慶等[3]對川西地區(qū)冰磧土的工程性質(zhì)進行了系統(tǒng)地研究，認為冰磧層總體上為一種良好的地基和填料，可作為機場、公路、房屋等建筑地基。祁昊、馮文凱等[4]通過對四川理縣桃坪冰水堆積物在不同含水率條件下進行不固結(jié)不排水三軸剪切試驗，以研究含水率變化對抗剪強度的影響，認為對桃坪堆積體上廣泛存在的淺層滑坡，應(yīng)積極開展降雨量動態(tài)監(jiān)測、優(yōu)化改進灌溉方式以及加強坡體表部排水設(shè)施建設(shè)等工作。沈習(xí)文等[5]對雙江口水電站左岸紅旗橋冰水堆積體邊坡的成因進行了研究，并分析邊坡穩(wěn)定性特征及施加支護措施后邊坡的整體穩(wěn)定性。

某邊坡坡腳為公路，坡頂為重要保護目標。坡頂高程為564.5 m，坡腳高程為547.7 m，坡高約17 m，上陡下緩，坡度45°～75°，坡面主要為冰水沉積層，局部已發(fā)生小型滑坡。為保證坡頂設(shè)施交通安全運行和坡腳交通安全，須對該邊坡進行治理工程勘查工作，查明地質(zhì)環(huán)境條件及地質(zhì)災(zāi)害的現(xiàn)狀、特征等，分析滑坡的發(fā)展趨勢和危害程度，為邊坡治理設(shè)計提供數(shù)據(jù)支撐。

1 地質(zhì)環(huán)境條件及分析

工程區(qū)屬亞熱帶濕潤季風(fēng)氣候區(qū)，多年平均氣溫16.3 ℃，極端最高氣溫36.3 ℃，極端最低氣溫-4.4 ℃，多年平均降水日為178.9天，多年平均降雨量為1 289.0 mm，年內(nèi)降水分配極不均勻，主要集中在5～9月，占年降水的79%。多年平均蒸發(fā)量1 025.5 mm，多年平均蒸發(fā)量大于同期降水量。

工程區(qū)為淺丘地貌，由于人類工程活動，坡頂整平后修建了重要保護設(shè)施，坡腳被開挖平整后并修建公路，坡面植被發(fā)育，以喬木、灌木、雜草為主，開挖面坡度較陡，未分級，僅在坡腳處設(shè)置了高度約1 m的擋土墻。

工程區(qū)雨量充沛，特別是雨季，短時強降雨致使地表徑流豐富，工程區(qū)地貌為淺丘，坡頂?shù)乇硭疄闊o組織的自然滲流的方式排泄。暴雨時坡體受到強烈沖刷，故強降雨對邊坡穩(wěn)定性有較大影響；對邊坡坡腳的強烈改造，對邊坡穩(wěn)定性起到了決定性影響。

2 坡體工程地質(zhì)與水文地質(zhì)條件

2.1 工程地質(zhì)條件

根據(jù)工程地質(zhì)水文地質(zhì)測繪及工程地質(zhì)鉆探成果，工程區(qū)巖土層主要為植物層(Q4pd)和冰水冰磧沉積層(Q2fgl)組成，巖土體結(jié)構(gòu)劃分詳見表1。

2.2 水文地質(zhì)條件

工程區(qū)地下水類型為第四系孔隙潛水，主要接受大氣降水及塘、田等地表水補給，向地勢低洼處徑流排泄，蒸發(fā)和人工取水也是重要排泄方式之一。地下水位埋深約4.65 m，相應(yīng)高程557.69 m，枯豐期水位最大變幅為2～5 m，一般變幅為2～3 m。

3 邊坡穩(wěn)定性分析

3.1 邊坡穩(wěn)定性定性分析

據(jù)調(diào)查訪問，坡腳處道路已修建多年，近坡側(cè)設(shè)1 m高簡易擋土墻，邊坡一直處于穩(wěn)定狀態(tài)，坡體喬木豎直，無“醉漢林”“馬刀樹”等現(xiàn)象佐證了此結(jié)論。2020年8月，在連日強降雨作用下，粉質(zhì)黏土發(fā)生軟化，土體產(chǎn)生蠕滑變形，且有切坡形成滑坡前緣臨空面和張拉裂隙，滑體前緣部分開始滑出并牽引后部滑動，滑坡體方量約20～26 m3，為小型淺層牽引式堆積層滑坡。

3.2 邊坡穩(wěn)定性定量分析

3.2.1 滑坡體物理力學(xué)參數(shù)取值

滑坡體物質(zhì)組成為粉質(zhì)黏土和卵石土，為土質(zhì)邊坡，土體抗剪強度一般，根據(jù)現(xiàn)場工程地質(zhì)鉆探揭露情況、室內(nèi)試驗

表1 工程地質(zhì)巖土體劃分

表2 土層物理力學(xué)參數(shù)計算值

成果，結(jié)合相關(guān)工程經(jīng)驗參數(shù)，土體計算參數(shù)見表2。

3.2.2 基本假設(shè)

擬建工程為重要保護目標，重要性等級高，使用時間久。工程區(qū)雨量充沛，特別是雨季，短時強降雨致使地表徑流豐富，假定暴雨工況下地下水水位浸沒邊坡填筑體約2/3厚度；場區(qū)抗震設(shè)防烈度為Ⅶ度，設(shè)計基本地震加速度為0.10g。計算考慮天然工況、暴雨工況、地震工況和極端的暴雨加地震工況。

3.2.3 安全系數(shù)取值

根據(jù)GB/T 32864-2016《滑坡防治工程勘查規(guī)范》有關(guān)對滑坡穩(wěn)定狀態(tài)劃分的規(guī)定，穩(wěn)定性評價標準見表3。

表3 滑坡穩(wěn)定狀態(tài)劃分

3.2.4 計算結(jié)果

GEO5是來一款自捷克的巖土工程分析設(shè)計軟件，具有更加人性化的人機交互界面、更加靈活自由的設(shè)計方式，支持中、美、歐等74種規(guī)范，包含了邊坡穩(wěn)定分析、擋土墻設(shè)計、基坑設(shè)計、基礎(chǔ)設(shè)計和勘察數(shù)據(jù)管理、三維地質(zhì)建模等29個模塊，能夠提供傳統(tǒng)軟件無法涉及的復(fù)雜問題解決方案。

本次利用GEO5軟件的土質(zhì)邊坡穩(wěn)定性分析模塊，采用畢肖普法(Bishop)、瑞典條分法(Fellenius)、簡布法(Janbu)和摩根斯坦法(Morgenstern-Price)等方法對滑坡進行穩(wěn)定性計算分析，計算剖面見圖1。

計算結(jié)果及評價：計算結(jié)果見表4。

根據(jù)計算結(jié)果可見，邊坡在天然工況下處于基本穩(wěn)定狀態(tài)，在暴雨工況和地震工況下穩(wěn)定狀態(tài)為欠穩(wěn)定，在暴雨加地震工況下不穩(wěn)定。

4 地質(zhì)災(zāi)害危險性評價

據(jù)調(diào)查訪問，工程區(qū)已發(fā)生的滑坡為小型滑坡，未造成人員傷亡和大的經(jīng)濟損失?；潞缶壋驶⌒?，滑壁局部可見張拉裂縫，裂縫走向與滑坡主滑方向垂直，裂縫長度約0.5～1.2 m，寬度0.05～0.2 m，深度約0.1 m。邊坡暫時處于極限

圖1 計算滑坡剖面

表4 邊坡穩(wěn)定性計算結(jié)果

穩(wěn)定狀態(tài)，在暴雨工況下，具有再次滑塌的風(fēng)險，在暴雨+地震工況下，可能將發(fā)生在規(guī)?；拢瑖乐赝{坡頂?shù)闹匾Ｗo目標。

5 結(jié)論與建議

通過對冰水堆積體邊坡進行穩(wěn)定性分析，可得出結(jié)論：

(1)邊坡在天然工況下能保持穩(wěn)定，在暴雨工況、地震工況下穩(wěn)定性系數(shù)較小，在暴雨+地震工況下不穩(wěn)定。

(2)建議對滑坡地段斜坡采用修筑護坡、堡坎、格構(gòu)錨固或擋墻等防護措施，與現(xiàn)有護坡、堡坎相接，封閉土體，以免地表水和雨水進入斜坡土體內(nèi)，防止其軟化、變形、蠕滑；并修筑截排水溝，防止和減少地表水、雨水從斜坡頂部滲入，有效排出于坡體以外，從而保證斜坡安全，以免產(chǎn)生新的滑坡。

(3)建議將滑坡治理時間安排在旱季，在斜坡地段進行挖方刷坡、施工前，應(yīng)做好施工組織設(shè)計，制定挖方的施工順序，編制專項的邊坡治理方案、進行合理邊坡防排水設(shè)計，避免引起新的滑動，造成工程滑坡。