瀑布溝庫區(qū)漢源新縣城某高切坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)

付小雷， 宋文武

(1．西華大學(xué)建筑與土木工程學(xué)院， 四川成都 610039； 2．西華大學(xué)能源與動(dòng)力工程學(xué)院， 四川成都 610039)

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瀑布溝庫區(qū)漢源新縣城某高切坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)

付小雷1， 宋文武2

(1．西華大學(xué)建筑與土木工程學(xué)院， 四川成都 610039； 2．西華大學(xué)能源與動(dòng)力工程學(xué)院， 四川成都 610039)

由于瀑布溝水電站移民建設(shè)的開展，漢源新縣城場平建設(shè)形成了一系列的人工高切坡,給城鎮(zhèn)居民生命財(cái)產(chǎn)安全帶來較大的危害。文章通過新縣城部分高切坡的勘察設(shè)計(jì)，詳細(xì)介紹某高切坡的地質(zhì)特征、邊坡類型，建立了該切坡變形破壞模式，遵循以定性分析為基礎(chǔ)、以定量計(jì)算為重要輔助手段進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)的原則，對(duì)高切坡的穩(wěn)定性作出了較為客觀的分析和評(píng)價(jià)。

高切坡；破壞模式；機(jī)制分析；穩(wěn)定性評(píng)價(jià)

漢源縣城是瀑布溝庫區(qū)移民全遷城鎮(zhèn)之一，在新縣城場平建設(shè)過程中，形成了大量的人工高切坡。這些高切坡多位于建筑物的前后緣，與建筑物關(guān)系密切，其穩(wěn)定狀態(tài)關(guān)系到新縣城能否長久、安全地運(yùn)行，因此，對(duì)高切坡進(jìn)行準(zhǔn)確的穩(wěn)定性評(píng)價(jià)及合理的加固是保證新縣城安全運(yùn)行的重要手段。

本文以漢源新縣城某典型的高切坡為例，分析了高切坡變形的地質(zhì)條件和邊坡滑移模式，根據(jù)該高切坡特征、類型和可能的破壞形式，選擇典型的地質(zhì)剖面圖采用圓弧滑動(dòng)法對(duì)邊坡穩(wěn)定性進(jìn)行計(jì)算，并對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行分析，綜合評(píng)價(jià)其穩(wěn)定性[1]。

1　工程概況

某高切坡位于四川省漢源縣境內(nèi)，為庫區(qū)移民遷建新縣城時(shí)修建移民安置點(diǎn)場平開挖形成的人工高切坡。坡腳高程1 103.40 m，坡頂高程1 116.62 m，坡高13.22 m，為上陡下緩折線型坡，下段緩坡段坡度40°，上段陡坡段坡度60°。屬黏性土高切坡。

2　基本地質(zhì)條件

場地內(nèi)土層較厚，基巖面埋藏較深。切坡體物質(zhì)自上而下為：人工填土、粉質(zhì)黏土、昔格達(dá)組粉土及粉砂。

(3)昔格達(dá)組(NQx)粉砂及粉土層：屬第三系上新統(tǒng)～第四系下更新統(tǒng)昔格達(dá)組河湖相沉積層，半成巖狀，水平層理發(fā)育，具弱透水性，其上部受后期風(fēng)化剝蝕及再搬運(yùn)改造呈殘積土產(chǎn)出，結(jié)構(gòu)疏松，力學(xué)性狀差，遇水易軟化，浸水易崩解[2]。

3　變形破壞模式及機(jī)制分析

3.1變形破壞模式

該土質(zhì)高切坡變形破壞模式為整體滑動(dòng)，在切坡開挖過程中已發(fā)生破壞，滑面呈圓弧狀，剪出口清晰可見(圖1)。

圖1　滑動(dòng)破壞現(xiàn)象(滑面剪出口)

3.2機(jī)制分析

(1)應(yīng)力集中區(qū)分布。對(duì)該土質(zhì)高切坡進(jìn)行數(shù)值模擬，結(jié)果表明坡體屬于上陡下緩折線形高切坡，應(yīng)力集中區(qū)分布如圖2所示。

圖2　上陡下緩坡主應(yīng)力等值線

(2)場地內(nèi)分布的昔格達(dá)組粉砂及粉土層屬“易滑地層”，其上部經(jīng)后期風(fēng)化搬運(yùn)改造，土體結(jié)構(gòu)和工程特性已弱化。在高切坡開挖過程中，坡體前緣支撐力逐漸被削弱，并隨著坡高、坡度增加，主應(yīng)力值增加，拉應(yīng)力集中區(qū)范圍擴(kuò)大，在變坡點(diǎn)出現(xiàn)應(yīng)力集中區(qū)，坡體局部形成剪切力大于土體自身抗剪強(qiáng)度而產(chǎn)生蠕變，蠕變使失穩(wěn)土體與穩(wěn)定土體破裂而形成拉張裂縫；同時(shí)高切坡后緣主干道上重型施工車輛來往頻繁，產(chǎn)生荷載和振動(dòng)作用，進(jìn)一步破壞坡體應(yīng)力平衡關(guān)系，加速了坡體滑動(dòng)破壞，坡體后緣產(chǎn)生明顯錯(cuò)落臺(tái)階(圖3)。

圖3　坡體后緣錯(cuò)落臺(tái)階

4　穩(wěn)定性評(píng)價(jià)

4.1定性評(píng)價(jià)

目前高切坡后緣已形成錯(cuò)落臺(tái)階，坡面剪出口明顯，兩側(cè)裂縫已貫通，且出現(xiàn)了側(cè)壁，表明高切坡狀態(tài)不穩(wěn)定，處于滑動(dòng)破壞階段。另外，拉張裂縫的存在，為雨水入滲提供條件，在暴雨工況下，雨水入滲會(huì)增加土體重度、破壞土體結(jié)構(gòu)、降低土體抗剪強(qiáng)度，并在弱透水層昔格達(dá)組頂面積聚，產(chǎn)生水壓力，增加坡體下滑力，坡體應(yīng)力平衡關(guān)系會(huì)進(jìn)一步惡化，因此，坡體滑動(dòng)破壞會(huì)進(jìn)一步加劇。

4.2定量評(píng)價(jià)

4.2.1計(jì)算模型

根據(jù)上述破壞模式分析可知，土體在自重或其他外力作用下，沿坡體結(jié)構(gòu)面整體滑動(dòng)破壞，破壞面多呈圓弧狀。其破壞模式典型剖面見圖4。

圖4　土質(zhì)高切坡典型地質(zhì)剖面

4.2.2計(jì)算方法

高切坡穩(wěn)定性定量分析計(jì)算的方法較多，其中極限平衡分析法適用于可能滑動(dòng)變形破壞類型是較為成熟的、公認(rèn)的方法。根據(jù)可能失穩(wěn)的高切坡的物質(zhì)組成、邊界條件、變形破壞模式、滑面及潛在滑面的形態(tài)特征、巖土體及結(jié)構(gòu)面物理力學(xué)參數(shù)等，分別采用圓弧型滑面滑動(dòng)分析法、平面型滑面滑動(dòng)分析法、折線型滑面滑動(dòng)分析法、楔形體滑動(dòng)分析法和傾倒破壞分析法等方法，計(jì)算其在不同工況及荷載組合下的穩(wěn)定性[3]。

根據(jù)該土質(zhì)高切坡特征、類型和可能的破壞形式，選擇典型的地質(zhì)剖面圖采用圓弧滑動(dòng)法對(duì)邊坡穩(wěn)定性進(jìn)行計(jì)算。

圓弧滑動(dòng)法計(jì)算公式為：

(1)

(2)

(3)

Ri=Nitgφi+cili

(4)

(5)

式中： Ks為高切坡穩(wěn)定性系數(shù)；ci為第i計(jì)算條塊破壞面上巖土體的黏聚力(kPa)；φi為第i計(jì)算條塊破壞面上巖土體的內(nèi)摩擦角(°)；li為第i計(jì)算條塊破壞面長度(m)；θi、αi為第i計(jì)算條塊底面傾角和地下水位面傾角(°)；Gi為第i計(jì)算條塊單位寬度巖土體自重(kN/m)；Gbi為第i計(jì)算條塊滑體地表建筑物的單位寬度自重(kN/m)；Pwi為第i計(jì)算條塊單位寬度的動(dòng)水壓力(kN/m)；Ni為第i計(jì)算條塊滑體在破壞面法線上的反力(kN/m)；Ti為第i計(jì)算條塊滑體在破壞面切線上的反力(kN/m)；Ri為第i計(jì)算條塊滑體在破壞面切線上的抗滑力(kN/m)。

4.2.3計(jì)算參數(shù)

根據(jù)室內(nèi)試驗(yàn)及同地區(qū)工程經(jīng)驗(yàn)確定各計(jì)算參數(shù)值見表1。

表1　計(jì)算參數(shù)取值

4.2.4計(jì)算結(jié)果與穩(wěn)定性評(píng)價(jià)

計(jì)算工況：① 自重+荷載(不考慮上場平建筑物的加載)；② 自重+荷載+降雨(不考慮上場平建筑物的加載)。計(jì)算結(jié)果：穩(wěn)定系數(shù) Ks=0.850(工況①)，Ks=0.717(工況②)。

該高切坡的穩(wěn)定狀態(tài)狀態(tài)直接關(guān)系到上下場平6棟建筑物和道路的安全，根據(jù)《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范》相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合漢源新縣城場地高切坡所處位置與重要性、高切坡結(jié)構(gòu)類型與高度、其失穩(wěn)危害程度嚴(yán)重，安全等級(jí)二級(jí)，穩(wěn)定安全系數(shù)取值1.25。計(jì)算結(jié)果表明:該高切坡在工況①下Ks=0.850<1.25，處于不穩(wěn)定狀態(tài)，將產(chǎn)生滑動(dòng)破壞，與實(shí)際情況吻合；在工況②下Ks=0.717<1.25,也處于不穩(wěn)定狀態(tài)。根據(jù)工程地質(zhì)測(cè)繪和穩(wěn)定性定性、定量評(píng)價(jià)結(jié)果表明，該高切坡在天然工況(工況①)和暴雨工況(工況②)下都會(huì)滑動(dòng)破壞，因此，需對(duì)該高切坡進(jìn)行相應(yīng)加固處理。

5　治理措施

(1)應(yīng)做好排水處理。整個(gè)邊坡的排水根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況采取防、堵、截、排措施有效攔截、匯聚地表水，通過排水系統(tǒng)排出坡體外，避免地表水對(duì)滑坡產(chǎn)生的不利影響。

(2)進(jìn)行交通管制。限制高切坡后緣坡頂主干道上的重型車輛的來往，并對(duì)該邊坡進(jìn)行削坡，以減小坡體的荷載，防止邊坡再次滑移。

(3)根據(jù)場地條件和坡體下滑力，宜采用以抗滑擋墻為主，截(排)水、格構(gòu)加固和坡面綠化等為輔的加固措施。

6　結(jié)束語

(1) 高切坡的穩(wěn)定性評(píng)價(jià)應(yīng)遵循的原則：以工程地質(zhì)分析為基礎(chǔ)，綜合內(nèi)、外影響因素分析，對(duì)高切坡可能變形破壞機(jī)制進(jìn)行準(zhǔn)確的判斷，對(duì)其穩(wěn)定性進(jìn)行工程地質(zhì)定性分析，同時(shí)根據(jù)室內(nèi)(外)試驗(yàn)、結(jié)合工程類比等手段，提出各種穩(wěn)定性分析方法所需的參數(shù)，針對(duì)不同破壞模式，確定各種荷載組合，選用相應(yīng)的穩(wěn)定性分析計(jì)算方法進(jìn)行定量分析；并根據(jù)變形破壞模式分析、穩(wěn)定性定性及定量評(píng)價(jià)結(jié)果，綜合評(píng)價(jià)高切坡穩(wěn)定性，為高切坡的防護(hù)設(shè)計(jì)提供可靠的方案和參數(shù)[4]。

(2) 本邊坡工程從開工至完工，歷時(shí)6個(gè)月，施工過程中及施工后經(jīng)歷多次暴雨考驗(yàn)，監(jiān)測(cè)結(jié)果證實(shí)邊坡變形極小，表明采用“抗滑擋墻+格構(gòu)加固+坡面綠化+排水治理”的方案是合理的。此種結(jié)構(gòu)具有形式簡單、取材容易、施工難度小、穩(wěn)定坡體收效快、適用范圍廣等特點(diǎn)，加之擋墻能收縮坡腳以減少占地，從而增加了場地的使用面積，取得了良好的經(jīng)濟(jì)安全效果。

(3)在治理復(fù)雜高切坡時(shí)，應(yīng)重視施工勘察和施工期間的變形監(jiān)測(cè)工作，及時(shí)根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際地質(zhì)情況、變形監(jiān)測(cè)的反饋信息，對(duì)原設(shè)計(jì)做校核、修改和補(bǔ)充，確保治理措施更加科學(xué)合理。

[1]羅群. 三峽庫區(qū)移民城鎮(zhèn)高切坡穩(wěn)定性分析與治理設(shè)計(jì)[J]. 三峽大學(xué)學(xué)報(bào)，2007(6).

[2]中機(jī)工程勘察設(shè)計(jì)研究院.大渡河瀑布溝水電站漢源新縣城移民遷建工程西區(qū)M-2復(fù)合安置1#B地塊巖土工程勘察報(bào)告[R].成都：中機(jī)工程勘察設(shè)計(jì)研究院,2010.

[3]GB 50330-2013 建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范[S].

[4]GB 50021-2001 巖土工程勘察規(guī)范[S].

付小雷(1983～),男,在讀碩士研究生；宋文武(1965～),男,教授，碩士生導(dǎo)師。

P642.22

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[定稿日期]2016-03-24