某山區(qū)邊坡的穩(wěn)定性分析與治理

顏華

（中煤長(zhǎng)江生態(tài)環(huán)境科技有限公司，江蘇南京 210046）

1 工程概況

在山區(qū)進(jìn)行建設(shè)往往會(huì)面臨邊坡的治理問(wèn)題，尤其是欠穩(wěn)定性邊坡，在施工過(guò)程中邊坡極易發(fā)生失穩(wěn)破壞而導(dǎo)致工程事故[1]。因此，對(duì)欠失穩(wěn)邊坡進(jìn)行研究是十分必要的。目前，關(guān)于邊坡穩(wěn)定性研究存在大量研究。王旭等人對(duì)陜西省內(nèi)某高速公路邊的多級(jí)滑面滑坡進(jìn)行研究，結(jié)果表明，抗滑樁、錨桿擋土墻聯(lián)合排水措施對(duì)滑動(dòng)面以及其他潛在滑動(dòng)面產(chǎn)生了有利的作用，避免了邊坡失穩(wěn)問(wèn)題[2]。劉麗萍對(duì)高邊坡格構(gòu)梁錨桿（索）支護(hù)的施工技術(shù)進(jìn)行了探討，認(rèn)為嚴(yán)格把控施工工藝關(guān)鍵環(huán)節(jié)可以確保工程施工安全以及周邊建筑的安全[3]。周亞輝等人探討了廣漢市紅層地區(qū)滑坡的形成機(jī)制，結(jié)果表明，紅層地區(qū)的滑坡類型主要為殘坡積物構(gòu)成淺表土質(zhì)滑坡，降雨是邊坡滑動(dòng)的主要誘因[4]。

本文以池州市某邊坡為研究對(duì)象，分析了造成邊坡不穩(wěn)定的主要因素和邊坡失穩(wěn)特征，同時(shí)，結(jié)合邊坡安全穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果進(jìn)行綜合設(shè)計(jì)，并提出相應(yīng)治理方案。

2 地質(zhì)環(huán)境條件

2.1 地形地貌

邊坡治理區(qū)域主要地貌為低丘與谷地，低丘地面標(biāo)高約為43.0~89.0m，場(chǎng)地坡度約為11°~50°，一般區(qū)域?yàn)?1°~30°，局部區(qū)域坡度最高達(dá)50°，山脊地面標(biāo)高為99.8~131.4m；谷地地面標(biāo)高28.0~50.0m，在基坑開挖施工后，整體坡度約為15°。場(chǎng)地內(nèi)存在西北向東南傾斜的山脊與溝谷，故場(chǎng)地呈現(xiàn)為西北高東南低。場(chǎng)地樹種以松樹及灌木叢為主，如圖1所示。

圖1 邊坡整體地形地貌

2.2 水文地質(zhì)條件

池州市境內(nèi)縱橫貫穿的眾河流，主要是長(zhǎng)江干流及支流，流域面積約2311.7km2，輻射耕地面積47萬(wàn)畝。境內(nèi)主要河流幾乎都與地形一致，由南向北，流入長(zhǎng)江。調(diào)查結(jié)果表明區(qū)域內(nèi)地表水系不發(fā)育，多為季節(jié)性溪流，發(fā)現(xiàn)坡腳處溪寬0.6~2.0m，水深0.2~0.4m，區(qū)段內(nèi)最高洪水位為+37m。

地下水的主要類型為淺層滯水和巖溶裂隙水，其主要補(bǔ)給方式為大氣降水與地表水徑流，通過(guò)自然蒸發(fā)和徑流進(jìn)行排泄。勘察期間測(cè)得場(chǎng)地穩(wěn)定水位埋深為2.50~15.50m，穩(wěn)定水位標(biāo)高為58.00~120.00m之間，水位變幅約1.00m。

巖溶裂隙水主要發(fā)育于淺部較厚的砂巖層內(nèi)，受其間所夾泥巖影響，巖溶裂隙水表現(xiàn)為層狀。在巖溶裂隙發(fā)育的部位，富含地下水，在豐水期巖溶裂隙水豐富，相反在枯水期含水較少，故水量隨季節(jié)變化。

2.3 地質(zhì)構(gòu)造與地震

勘察區(qū)內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造主要呈現(xiàn)為單斜，構(gòu)造簡(jiǎn)單，巖層產(chǎn)狀240°～280°∠25°～40°。強(qiáng)烈褶曲及巖漿活動(dòng)在勘察區(qū)域內(nèi)以及附近區(qū)域未見。

小型張裂及節(jié)理裂隙構(gòu)造是區(qū)域內(nèi)滑坡的主要結(jié)構(gòu)面，較發(fā)育。通過(guò)對(duì)滑坡周邊出露的志留系墳頭組粉砂質(zhì)泥巖～泥質(zhì)粉砂巖中的節(jié)理、裂隙進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，發(fā)現(xiàn)泥巖中主要發(fā)育的節(jié)理為：①與巖層傾向相反或大角度斜交，夾角50°～70°，λ=30°～40°；②與巖層傾向同向或相近，交角20°～30°，但傾角較陡，λ=15°～20°；③順層微節(jié)理，節(jié)理性質(zhì)以張性或張扭性為主，呈張開～半閉合狀，裂隙貫通性較好，裂隙面基本無(wú)膠結(jié)。在地下水做作用下，薄層狀巖層中裂隙擴(kuò)展，邊坡巖體進(jìn)一步破壞，破碎程度加劇。

滑坡區(qū)域位于揚(yáng)州~銅陵地震帶，屬于中等地震活動(dòng)區(qū)。據(jù)歷史資料記載，區(qū)內(nèi)及鄰近地區(qū)地震震級(jí)均小于5級(jí)，最大的一次地震為2005年11月26日，發(fā)生在江西九江的5.7級(jí)地震，其他地震均小于5級(jí)。根據(jù)《中國(guó)地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖》和“就高原則”，場(chǎng)地設(shè)計(jì)地震分組為第一組。

2.4 工程地質(zhì)條件

根據(jù)野外勘察以及室內(nèi)土工試驗(yàn)結(jié)果，可知場(chǎng)地內(nèi)巖土層自上而下可劃分為4層，依層序描述如下。

第①層：含碎石粉質(zhì)黏土（Q4el+dl），黃褐色，可塑狀態(tài)，以粉質(zhì)黏土為主，夾少量碎石，碎石含量約占20%，碎石分布不均勻。

第②層：強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖（S），強(qiáng)風(fēng)化狀態(tài)，外觀呈碎裂狀。黃綠色，薄層狀構(gòu)造，較破碎，主要成分為粉砂和泥質(zhì)，含量占90%以上，含少量細(xì)砂，且不均勻。巖石遇水易軟化，錘擊易碎，為較軟巖，巖石采取率約85%，RQD≈17%，巖石質(zhì)量等級(jí)為Ⅴ級(jí)，巖層產(chǎn)狀：240°～280°∠25°～40°。節(jié)理發(fā)育，發(fā)育兩組以上節(jié)理，鉆孔中常見有以下兩組：①與巖層傾向同向或相近，交角20°～30°，λ=15°～20°；②與巖層傾向相反或大角度斜交，λ=10°～20°。場(chǎng)地普遍分布，分布規(guī)律坡頂厚，坡腳薄。

第③層：強(qiáng)風(fēng)化泥化碎裂泥巖～泥質(zhì)粉砂巖等（S），強(qiáng)風(fēng)化狀態(tài)，完整性差，灰色，碎裂結(jié)構(gòu)～散體結(jié)構(gòu)，無(wú)定向構(gòu)造。主要成分為巖石碎塊、泥巖碎屑夾少量角礫，其中細(xì)碎屑與泥化碎屑約占80%。巖石堅(jiān)硬程度為極軟巖，遇水易膨脹軟化，手捏易碎，完整程度為極破碎，巖石采取率約65%，巖石質(zhì)量等級(jí)為Ⅴ級(jí)。

第④層：中風(fēng)化泥巖、粉砂質(zhì)泥巖（S），中風(fēng)化狀態(tài)，灰～深灰色，粉砂泥質(zhì)結(jié)構(gòu)～泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，薄層狀構(gòu)造，主要成分為泥質(zhì)，次為粉砂，泥質(zhì)含量約70%～90%。巖石堅(jiān)硬程度為較軟巖，巖石完整程度為較破碎，巖石采取率約95%，RQD≈57%，巖石質(zhì)量等級(jí)為Ⅳ級(jí)，有兩組節(jié)理：①與巖層傾向同向或相近，交角20°～30°，λ=60°～70°，屬順層微節(jié)理；②與巖層傾向相反或大角度斜交，λ=20°～40°。

3 邊坡不穩(wěn)定因素分析

3.1 巖石強(qiáng)度

巖石強(qiáng)度對(duì)巖體的整體穩(wěn)定性影響較大，滑坡區(qū)域地質(zhì)巖組主要由較軟～極軟類巖石構(gòu)成，邊坡巖體強(qiáng)度總體較低。在地質(zhì)構(gòu)造以及地下水作用下巖體會(huì)發(fā)生軟化、崩解以及解體，進(jìn)而造成巖體工程強(qiáng)度較低，其構(gòu)成的邊坡穩(wěn)定性差，極易發(fā)生滑坡。

3.2 巖體結(jié)構(gòu)類型

勘察場(chǎng)地內(nèi)第①層含碎石粉質(zhì)黏土為散體結(jié)構(gòu)，第②層強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)砂巖，第③層強(qiáng)風(fēng)化泥化碎裂化巖，第④層中風(fēng)化泥巖均為碎裂結(jié)構(gòu)巖體組成。巖層中節(jié)理裂隙發(fā)育，巖體較破碎，連續(xù)性差，主要為極軟巖，該類型結(jié)構(gòu)構(gòu)成的邊坡穩(wěn)定性差。

3.3 地下水

在豐水期，上層滯水較豐富，在節(jié)理裂隙發(fā)育的巖層內(nèi)，在徑流作用下，場(chǎng)地內(nèi)巖溶裂隙水得到補(bǔ)給，含水量較豐富。在勘察期間部分鉆孔在鉆進(jìn)過(guò)程中出現(xiàn)鉆孔漏水情況，可以直接表明巖層中裂隙充填性較差，貫通性較好，透水性強(qiáng)，地下水極易補(bǔ)給。因此，地下水的徑流會(huì)對(duì)邊坡的穩(wěn)定性產(chǎn)生影響。

3.4 地表裂縫

地表裂縫是滑坡發(fā)生的重要前兆，可以通過(guò)觀察邊坡的地表裂縫的發(fā)育情況提前發(fā)現(xiàn)問(wèn)題。現(xiàn)場(chǎng)勘察發(fā)現(xiàn)地表裂縫較多，長(zhǎng)度為幾米到上百米不等。在地表水的徑向作用下，地表裂縫日益發(fā)育，巖土層的抗剪強(qiáng)度下降，直接導(dǎo)致邊坡的抗滑力降低，造成邊坡失穩(wěn)。

3.5 人類工程活動(dòng)

通過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)觀察發(fā)現(xiàn)邊坡局部被開挖，同時(shí)在坡腳下部進(jìn)行過(guò)基坑開挖，基坑開挖后形成約5.00m深的臨空面，導(dǎo)致邊坡坡腳松動(dòng)，降低邊坡的抗滑力。

4 邊坡失穩(wěn)特征

4.1 邊坡破壞的模式和類型

由于坡頂較破碎的強(qiáng)風(fēng)化巖層較厚，裂隙發(fā)育，故邊坡上部滑體表現(xiàn)為張拉破壞；滑體中部主要表現(xiàn)為沿巖層薄弱面滑動(dòng)；勘察是發(fā)現(xiàn)下部坡腳處揭露較厚的強(qiáng)風(fēng)化泥化碎裂化巖層和較薄的強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)砂巖，滑動(dòng)面為圓弧型，并從坡腳薄弱巖層處剪出。

4.2 邊坡滑體的形態(tài)與特征

滑體整體形狀為上寬下窄，滑體長(zhǎng)度約235m?；w上部厚度約為29m，下部約為16~21m，沿山脊滑體較厚，滑體約39.8萬(wàn)m3。邊坡滑體投影面積約1.98萬(wàn)m2，滑體裂縫最長(zhǎng)約125m，位于滑坡前緣。

5 安全穩(wěn)定性分析

邊坡穩(wěn)定性分析定量計(jì)算結(jié)果是邊坡穩(wěn)定性預(yù)測(cè)評(píng)估的主要依據(jù)。根據(jù)《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范》（GB 50330—2013）的相關(guān)規(guī)定進(jìn)行計(jì)算[5]，采用圓弧滑動(dòng)條分法對(duì)土質(zhì)邊坡進(jìn)行安全穩(wěn)定性計(jì)算，對(duì)填土沿基巖面的滑動(dòng)穩(wěn)定性采用折線法（傳遞系數(shù)法隱式解）進(jìn)行穩(wěn)定性計(jì)算。計(jì)算土層參數(shù)如表1所示。

表1 邊坡穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果

5.1 計(jì)算荷載組合與計(jì)算工況

首先，坡體范圍內(nèi)無(wú)其他荷載分布，主要為坡體自重。其次，根據(jù)對(duì)水文地質(zhì)條件的調(diào)查，滑坡體內(nèi)地下水總體分布，降雨時(shí)滲入的地下水在強(qiáng)風(fēng)化巖層中形成滲流，計(jì)算時(shí)考慮水的滲流力對(duì)邊坡穩(wěn)定性的影響，考慮水的因素時(shí)同時(shí)考慮增加巖土體容重和巖土體的抗剪強(qiáng)度。最后，由于勘察區(qū)地震基本烈度為Ⅶ度，穩(wěn)定性計(jì)算需要考慮地震的影響。因此，邊坡穩(wěn)定性計(jì)算工況為兩種工況，其荷載組合如下。

（1）一般工況：自重+地下水。

（2）特殊工況：自重+地下水+地震。

5.2 計(jì)算結(jié)果

對(duì)邊坡進(jìn)行穩(wěn)定性計(jì)算，結(jié)果如表2所示。根據(jù)《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范》，對(duì)工程安全等級(jí)為一級(jí)的邊坡工程，永久邊坡一般工況的穩(wěn)定安全系數(shù)應(yīng)不小于1.35。根據(jù)邊坡穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果，邊坡穩(wěn)定系數(shù)均小于規(guī)范要求值，邊坡屬于欠穩(wěn)定邊坡。因此，需要對(duì)邊坡進(jìn)行治理。

表2 計(jì)算結(jié)果

6 設(shè)計(jì)方案

治理區(qū)采用適合自身特點(diǎn)的方法和要求進(jìn)行治理，首先對(duì)邊坡進(jìn)行削坡處理，即+120m平臺(tái)以上坡面按照1:1.25進(jìn)行放坡；+70m~+120m之間坡面按照1:1.5進(jìn)行放坡；+70m平臺(tái)至坡腳按照變坡率放坡至底部；然后對(duì)坡面進(jìn)行加固，具體加固方案為：+120m平臺(tái)以上坡面采用客土噴播綠化坡體；110~120m坡面在D-D和B-B剖面之間采用框架梁+長(zhǎng)錨索進(jìn)行加固，100~110m坡面采用框架梁+長(zhǎng)錨索進(jìn)行加固，之間采用客土噴播綠化坡體；90~100m坡面采用框架梁+鋼筋混凝土擋板+長(zhǎng)錨索方式進(jìn)行加固，框架梁擋板之間采用生態(tài)袋綠化坡體；+80~90m坡面在C-C和D-D剖面之間采用框架梁+長(zhǎng)錨索進(jìn)行加固，坡面采用客土噴播綠化坡體；+90m平臺(tái)坡腳處布置一排抗滑樁，采用鋼筋混凝土護(hù)壁，樁頂部以下2m采用錨索與坡體連接，抗滑樁進(jìn)入中風(fēng)化泥巖（穩(wěn)定巖層）不小于2m，邊坡治理平面圖如圖2所示。

圖2 邊坡治理平面圖

7 結(jié)語(yǔ)

本文對(duì)某山區(qū)邊坡的不穩(wěn)定因素和邊坡失穩(wěn)特征進(jìn)行探討，發(fā)現(xiàn)邊坡失穩(wěn)的主要因素為巖石強(qiáng)度較低，節(jié)理裂隙較發(fā)育，在地下水的作用下邊坡存在潛在滑動(dòng)面。同時(shí)，通過(guò)整體穩(wěn)定性分析計(jì)算，發(fā)現(xiàn)邊坡為欠穩(wěn)定邊坡，需要進(jìn)行治理。最后，通過(guò)采取削坡+聯(lián)合加固措施進(jìn)行處理，取得了良好的治理效果。