李文生

（重慶地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開(kāi)發(fā)局川東南地質(zhì)大隊(duì)，重慶 400030）

1 工程概況

1.1 場(chǎng)地地層巖性

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查和鉆探結(jié)果，綜合考慮土層的形成時(shí)代、成因和物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)，發(fā)現(xiàn)西側(cè)研究區(qū)域地基土層主要有6層 (圖1)，自上而下分述如下：

1.1.1 粉質(zhì)黏土：黃褐色，硬塑，局部可塑，干強(qiáng)度中等，中等壓縮性，分布不穩(wěn)定，土質(zhì)均勻，層厚0.0～7.0m。

1.1.2 粉質(zhì)黏土：黃褐色，可塑，干強(qiáng)度中等，中等壓縮性，土質(zhì)均勻，分布不穩(wěn)定，層厚2.0～5.0m。

1.1.3 粉質(zhì)黏土：黃褐色，硬塑，局部可塑，干強(qiáng)度中等，中等壓縮性，土質(zhì)均勻，局部缺失或已挖除，層厚3.2～3.5m。

1.1.4 粉質(zhì)黏土：黃褐色，硬-堅(jiān)硬，干強(qiáng)度中等，中等壓縮性，土質(zhì)均勻，局部有分布，層厚4.8～10.0m。

1.1.5 泥巖：灰白色-黃褐色，中-強(qiáng)風(fēng)化，鈣質(zhì)膠結(jié)，破碎-極破碎，屬軟巖，遇水不易軟化，巖溶不發(fā)育，巖體基本質(zhì)量等級(jí)為Ⅴ級(jí)，層厚2.0～8.8m。

1.1.6 石灰?guī)r：灰-淺灰色，局部白色，沿裂隙部位表層局部為黃褐色，局部夾泥質(zhì)灰?guī)r，較破碎-較完整，屬較硬巖，巖體基本質(zhì)量等級(jí)為Ⅳ級(jí)，未見(jiàn)底。

填料主要來(lái)源于場(chǎng)區(qū)工程棄土，以及削坡土石方和建筑垃圾，其中工程棄土為粉質(zhì)黏土，黃褐色，可塑，干強(qiáng)度中等，中等壓縮性，中等韌性，稍有光澤，土質(zhì)均勻，堆土層厚0～50m。

鉆探過(guò)程中發(fā)現(xiàn)近坡腳位置地基土體中地下水位標(biāo)高為19m，向山體內(nèi)側(cè)地下水位略有抬升，地下水位穩(wěn)定。根據(jù)各土層基本物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)，其中填土力學(xué)參數(shù)是根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)取土樣進(jìn)行室內(nèi)擊實(shí)試驗(yàn)確定的最大干密度(1.68g·cm-3)和最優(yōu)含水量 (18.2%)后制樣進(jìn)行重塑土力學(xué)試驗(yàn)測(cè)得。

1.2 堆山引起的工程地質(zhì)問(wèn)題

該工程存在的主要工程地質(zhì)問(wèn)題包括2個(gè)方面：一是水平和垂直方向的變形問(wèn)題；二是永久邊坡整體穩(wěn)定性問(wèn)題(主要指由于堆載而產(chǎn)生的剪切破壞，對(duì)周圍建筑物、道路、管線產(chǎn)生的不良影響)，這2個(gè)方面是決定堆山工程成敗的主要控制因素。

如果在堆填過(guò)程中不能保證堆載產(chǎn)生的剪應(yīng)力增長(zhǎng)與地基土的強(qiáng)度增長(zhǎng)速率相一致。將會(huì)產(chǎn)生地基失穩(wěn)現(xiàn)象，出現(xiàn)以下一些不良的工程地質(zhì)現(xiàn)象：

1.2.1 如果山體荷載增大造成周圍地基土產(chǎn)生側(cè)向擠壓可能使其剪切破壞造成周圍的地基土隆起。

1.2.2 填土如果強(qiáng)度不夠可能使山體局部產(chǎn)生滑塌破壞。

1.2.3 人工堆載造成地基土層中產(chǎn)生大的超孔隙壓力難以消散，影響地基的固結(jié)，也不利于邊坡穩(wěn)定。

2 計(jì)算模型及工況

圖1 工程地質(zhì)橫剖面圖

2.1 計(jì)算模型

計(jì)算時(shí)根據(jù)工程實(shí)際對(duì)巖土體本構(gòu)模型選擇常用的Mohr-Coulomb彈塑性模型。計(jì)算模型采用15節(jié)點(diǎn)實(shí)體單元，幾何模型寬度為2.5倍邊坡高度，垂直方向?yàn)?倍的邊坡高度。右側(cè)邊界為人工山體主峰高度最大位置。

采用標(biāo)準(zhǔn)邊界條件即：模型左右兩側(cè)水平向約束，模型底面水平向和垂直向約束。

2.2 計(jì)算工況

根據(jù)初步設(shè)計(jì)，堆土施工自設(shè)計(jì)邊界四周向中心分層堆積、壓實(shí)，分層厚度為30cm。假設(shè)滑動(dòng)面為圓弧形，采用極限平衡法分析表明竣工后邊坡穩(wěn)定性受地基影響較大，潛在滑動(dòng)面穿過(guò)地基①和②土層，故堆土速度對(duì)地基中變形和孔隙壓力變化對(duì)施工期間和工后邊坡穩(wěn)定性影響較大，需選擇較合理的施工速度。

在考慮工期、造價(jià)等幾個(gè)因素的條件下，經(jīng)過(guò)多次分析，確定堆土施工工期定為1a較合適，計(jì)算時(shí)首先對(duì)地基自重應(yīng)力場(chǎng)和根據(jù)初始地下水位引起的孔隙壓力進(jìn)行計(jì)算，然后根據(jù)堆土施工過(guò)程，依次計(jì)算以下4個(gè)工況:

圖2 超孔隙壓力時(shí)程曲線

工況1：第1階段，第1～6個(gè)月(180d)堆土至45m標(biāo)高。

工況2：第2階段準(zhǔn)備在第7～8個(gè)月停止堆土，使地基中超孔隙壓力得以適當(dāng)消散。

工況3：第3階段用4個(gè)月時(shí)間完成剩余全部堆土方量。

工況4：第4階段對(duì)工后1a內(nèi)的地基土體中固結(jié)變形進(jìn)行模擬，以分析土體中超孔隙壓力消散和固結(jié)特征。

最后采用強(qiáng)度折減法對(duì)工后邊坡穩(wěn)定性進(jìn)行計(jì)算。根據(jù)極限平衡法分析結(jié)果確定竣工后邊坡潛在滑動(dòng)面位置(圖1)，該剖面位于人工山體西側(cè)中部，對(duì)該剖面的分析結(jié)果對(duì)西側(cè)山體穩(wěn)定性分析具有代表性。計(jì)算時(shí)在地基土層中潛在滑動(dòng)面附近布置10個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)(圖1)以便對(duì)土體變形和孔隙壓力進(jìn)行跟蹤分析。

3 計(jì)算結(jié)果

3.1 孔隙壓力變化特征

隨堆土高度變化地基中超孔隙壓力時(shí)程曲線見(jiàn)圖2。

堆載初期(第1階段)，地基中孔隙壓力隨堆土高度增大而逐漸增大，第1階段堆土結(jié)束時(shí)5號(hào)監(jiān)測(cè)點(diǎn)出出現(xiàn)最大超孔隙壓力，表明上部堆土厚度越大，超孔隙壓力值和增長(zhǎng)幅度越大，最大值達(dá)150kPa。

第2階段，固結(jié)期孔隙壓力基本呈等幅度下降，第3階段孔隙壓力變化各點(diǎn)有較大差異，隨堆土高度變化，1～4號(hào)點(diǎn)孔壓基本不變，8～10號(hào)點(diǎn)孔壓變化幅度最大，5～7號(hào)點(diǎn)也呈增大趨勢(shì)，但變化幅度沒(méi)有8～10號(hào)點(diǎn)顯著。

圖3 水平(上)與(下)垂直位移時(shí)程曲線

圖4 水平(左)與(右)垂直位移等值線(單位：m)

竣工后土體孔隙壓力逐漸下降，1a后孔隙壓力下降約71%。

上述結(jié)果表明，土體中孔隙壓力隨堆土高度和速度增大均呈增大趨勢(shì)，孔隙壓力越大，則邊坡穩(wěn)定性系數(shù)越低，越接近竣工期，對(duì)邊坡穩(wěn)定性影響越大，施工速度應(yīng)越緩慢。

3.2 位移變化特征

各監(jiān)測(cè)點(diǎn)水平、垂直位移時(shí)程曲線見(jiàn)圖3。隨堆土高度增大，位移量逐漸增大。

第1階段位移增長(zhǎng)較慢，地基沉降接近為0，越接近原地表，水平和垂直位移越大，最大水平位移為20cm；第2階段水平位移變化不明顯，垂直位移逐漸增大，孔隙壓力下降，表明地基發(fā)生固結(jié)沉降；第3階段受坡度影響，堆土增高引起地基中較大的水平壓力增量，接近原地表監(jiān)測(cè)點(diǎn)水平位移快速增大，地基沉降量則穩(wěn)定增長(zhǎng)，堆土施工結(jié)束時(shí)，最大水平位移為91.2cm，垂直位移位于堆土厚度較大的8號(hào)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，堆土施工結(jié)束時(shí)，最大垂直位移量為38.3cm；第4階段水平位移變化較小，垂直位移則有較大的增長(zhǎng)。

計(jì)算結(jié)果顯示，在整個(gè)加荷過(guò)程中，應(yīng)注意對(duì)坡腳處位移(特別是水平位移)變化規(guī)律的觀察。以此來(lái)作為調(diào)整加荷速率的依據(jù)。

竣工后位移速率呈減慢趨勢(shì)，但孔隙壓力變化結(jié)果表明，工后孔隙壓力下降速度逐漸變慢，故固結(jié)變形時(shí)間將較長(zhǎng)，工后的各項(xiàng)監(jiān)測(cè)內(nèi)容不可忽視。

3.3 永久邊坡穩(wěn)定性

計(jì)算得到邊坡最終水平、垂直位移等值線(圖4)?？梢钥闯?，堆土施工結(jié)束后，填土自身也將發(fā)生一定的變形才能達(dá)到最終穩(wěn)定，其中1、2層中等值線變化率大。

水平位移特征：最大水平位移位于坡體中間30～40m標(biāo)高附近，最大水平位移量達(dá)到1.1m，1、2土層均在水平位移影響范圍之內(nèi)，1層土最終水平位移約為90cm，2層土約為80cm。3層及以下土層受影響較小。垂直位移特征：人工邊坡垂直位移最大值位于坡頂和坡面50～55m標(biāo)高附近，表明填土自身也要發(fā)生較大的壓縮沉降填土表面最大沉降量為70cm(分層總和法計(jì)算得地表最大沉降量為67cm)。

上述位移特征表明堆土邊坡最終整體穩(wěn)定性除跟填土自身強(qiáng)度有關(guān)，很大程度上決定于地基土層力學(xué)性質(zhì)，特別是1、2層土，極限平衡法搜索得潛在滑動(dòng)面也穿過(guò)該2層土(圖1)，強(qiáng)度折減法計(jì)算得邊坡最終穩(wěn)定性系數(shù)為1.28，低于極限平衡法計(jì)算結(jié)果(1.32)。

以上2種穩(wěn)定性系數(shù)計(jì)算結(jié)果接近于《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范》(GB 50330-2002)對(duì)一級(jí)邊坡穩(wěn)定性系數(shù)的要求(1.30)，但變形分析結(jié)果表明，堆山施工過(guò)程結(jié)束后，地基和填土體內(nèi)部將發(fā)生較大的差異變形，不利于邊坡永久穩(wěn)定，應(yīng)加強(qiáng)施工期間和工后的監(jiān)測(cè)，并應(yīng)采取預(yù)警措施。

結(jié)語(yǔ)

結(jié)合該工程實(shí)際，計(jì)算發(fā)現(xiàn)，地基中孔隙壓力受堆土施工過(guò)程影響較大，總體上隨堆土高度增大而增大，工后1a孔隙壓力消散最大可達(dá)71%，消散速度較慢，工后超孔隙壓力消散將經(jīng)歷至少1a以上的漫長(zhǎng)過(guò)程。位移時(shí)程分析結(jié)果表明，受堆土施工影響，土體中位移變化較大和永久變形最大值的位置位于邊坡體中部，需對(duì)該處引起重視。竣工時(shí)，原地表最大水平位移為91.2cm，最大垂直位移量為38.3cm。堆土體內(nèi)部將發(fā)生自身壓縮，沉降量約為70cm。根據(jù)穩(wěn)定性系數(shù)計(jì)算結(jié)果，永久邊坡穩(wěn)定性系數(shù)為1.28，判定邊坡較穩(wěn)定，不滿足安全性要求，填土和地基中最終將發(fā)生較大的變形，特別是大的差異變形，不利于邊坡永久穩(wěn)定，需加強(qiáng)對(duì)施工和工后土體變形、孔隙壓力等內(nèi)容的監(jiān)測(cè)。建議施工中嚴(yán)格控制填土壓實(shí)度使之達(dá)到有關(guān)規(guī)范要求，堆土施工完成后及時(shí)進(jìn)行坡面綠化以減少降雨入滲量并防止水土流失。

[1]魏永幸,楊建國(guó).邊坡地質(zhì)災(zāi)害防治技術(shù)研究[J].地質(zhì)災(zāi)害與環(huán)境保護(hù)，2000（03）.

[2]林冠玉.廣州南沙某邊坡地質(zhì)災(zāi)害成因及穩(wěn)定性分析[A].中國(guó)地質(zhì)學(xué)會(huì)工程地質(zhì)專業(yè)委員會(huì)2006年學(xué)術(shù)年會(huì)暨“城市地質(zhì)環(huán)境與工程”學(xué)術(shù)研討會(huì)論文集[C].2006年.