安徽涇縣桃花潭村鳳形莊組崩塌成因機制分析及穩(wěn)定性評價

彭喜明,劉邦本,汪 濤,陳 爽

(1.涇縣地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測中心,安徽 宣城 242500;2.涇縣自然資源和規(guī)劃局,安徽 宣城 242500;3.安徽涇縣恒信礦業(yè)有限責(zé)任公司,安徽 宣城 242500)

1 工程概況

崩塌區(qū)位于安徽省涇縣桃花潭村鳳形莊組鳳形賓館后,崩塌區(qū)域長度約 54.5 m,坡高 3.3～5.8 m,坡度約 70°～80°,坡向 305°,節(jié)理裂隙發(fā)育,主要有 305°∠80°、295°∠73°和272°∠74°三組。坡面多次發(fā)生巖石沿裂隙崩塌,坡頂上部水泥地坪因崩塌已局部懸空,現(xiàn)坡面整體凹凸不平,局部存在突出危巖體,坡面巖石裂隙發(fā)育,破碎情況較嚴(yán)重。結(jié)合現(xiàn)場調(diào)查,臨空危巖在暴雨及其它誘發(fā)因素作用下易沿裂隙面崩落,對該邊坡上部和下部居民生命財產(chǎn)安全造成嚴(yán)重威脅(圖1)。

圖1 危巖崩塌區(qū)航拍圖

圖2 赤平投影圖

本文針對該崩塌區(qū)發(fā)育的2處崩塌點(A、B)的形態(tài)、巖體結(jié)構(gòu)和變現(xiàn)特征進行研究、危巖體受巖性、結(jié)構(gòu)面、微地貌控制、其基本特性分述如下:

A點崩塌坡度 60°,崩塌高度 5.7 m。根據(jù)鉆探情況,表層 0.5～1 m 為強風(fēng)化花崗閃長巖,基巖結(jié)構(gòu)大部分被破壞,礦物成分顯著變化,呈砂土夾碎塊狀,少量殘塊稍硬;下部為中風(fēng)化花崗閃長巖,巖體結(jié)構(gòu)部分破壞,巖體較破碎。該兩層節(jié)理裂隙發(fā)育,崩塌原因主要為降雨影響。

B崩塌點位于西南側(cè),該點高度為 4.5 m,上部 2 m 發(fā)生滑移式崩塌,方量約 15 m3,未導(dǎo)致人員傷亡,房屋局部輕微損壞,屬小型崩塌。根據(jù)現(xiàn)場勘查量測,坡度 65°。根據(jù)鉆探情況,崩塌前表面為強風(fēng)化花崗閃長巖,崩塌發(fā)生后現(xiàn)表面為中風(fēng)化花崗閃長巖,巖體結(jié)構(gòu)部分破壞,巖體較破碎。

2 工程地質(zhì)條件

涇縣屬亞熱帶向暖濕帶過渡的季風(fēng)濕潤氣候,年平均氣溫15.4℃[1]。危巖崩塌區(qū)巖性單一:(1)第四系全新統(tǒng)蕪湖組(Q4w):下部為灰白色礫石層,礫徑1～4 cm,粗砂充填,分選、磨圓好,厚度0.5～2 m;上部為灰黃色粉質(zhì)粘土,含少量的螺殼,夾粉砂透鏡體,厚度3～5 m[2]。(2)白堊世侵入巖(γ53):黃褐色、青灰色花崗閃長巖,中細(xì)粒結(jié)構(gòu),塊狀構(gòu)造,屬較軟巖[3]。

崩塌區(qū)地下水類型主要為碎屑類基巖裂隙水。碎屑巖類基巖裂隙水:由白堊世侵入巖(γ53)花崗閃長巖組成,構(gòu)造裂隙發(fā)育,且裂隙開啟程度好,地下水賦存于構(gòu)造裂隙中,地下水較小。對工程有直接影響的主要為地表降水入滲,降水的長期入滲、浸潤作用使土體及強風(fēng)化巖軟化,導(dǎo)致巖土體抗剪強度減小;雨期匯水飽和使巖土體有效抗剪強度變低;此外水的重力增加了下滑力;降水入滲及基巖中。所在區(qū)域地震活動不強烈,也不頻繁,屬于低烈度區(qū)。

3 成因機制分析

據(jù)崩塌區(qū)所處的地質(zhì)環(huán)境分析,危巖體的形成包括內(nèi)部條件和外部條件兩類,內(nèi)部條件包括地形地貌、地層巖性、坡體結(jié)構(gòu)、高陡臨空面;外部條件包括:降雨、風(fēng)化、地震、植被、人類工程活動等。

3.1 地形地貌因素

研究區(qū)為侵蝕剝蝕低丘陵地貌,地形和巖性都屬于地質(zhì)環(huán)境條件較為脆弱地段,長期的物理、化學(xué)風(fēng)化作用下,具有形成殘積層厚度大、粘性差的特點,加之人工削坡后地形陡峻,十分有利于形成崩塌地質(zhì)災(zāi)害。

3.2 巖土性質(zhì)

根據(jù)勘查,研究區(qū)巖體主要為花崗閃長巖,風(fēng)化程度高、節(jié)理裂隙發(fā)育,表層工程性能差,長期在大氣降水的滲入情況下,土體的含水量趨于飽和,土體的抗剪強度隨之變小,導(dǎo)致土體的抗變形能力變差,極易產(chǎn)生滲透變形、崩塌,不利于邊坡的穩(wěn)定。

3.3 降雨因素

涇縣桃花潭鎮(zhèn)屬亞熱帶季風(fēng)氣候,每年的 5-9月份雨季的大暴雨或持續(xù)降雨,是導(dǎo)致崩塌活動的主要激發(fā)因素。在長時間或強降雨條件下,不僅使表層土體飽水軟化,而且入滲后沿軟弱滑動面徑流排泄,降低了滑體與滑床間的摩阻力,土體自重增加,抗剪強度降低,容易引起滑移變形破壞。同時受構(gòu)造運動和基巖節(jié)理裂隙發(fā)育影響,降雨沿基巖裂隙下滲形成地下水,并向溝谷、坡腳平臺排泄。層面裂隙成為地下水賦存的良好條件水量較為豐富,為崩塌形成創(chuàng)造條件。

3.4 人類活動因素

通過現(xiàn)場實地勘查,區(qū)內(nèi)建有居民房屋,受地形限制,該處屬于開挖山體削坡建房,切坡高約 3～5 m,平均坡度約 60°。由于人類的工程建設(shè)活動改變了原始環(huán)境地貌,并形成了人工邊坡臨空面,且房屋后側(cè)山體未采取加固措施。

4 崩塌危巖體特征與穩(wěn)定性評價

4.1 定性評價

該段邊坡沿居民建筑物坡腳長約 35 m,坡體坡向整體較規(guī)則,約為 305°,坡體坡度為 70°～80°,坡腳標(biāo)高約為 62.0～63.5 m,坡頂標(biāo)高約為 66.7～68.1 m。該段地層:表層為約 1 m 厚的第四系、約 1～3 m 厚的強風(fēng)化花崗閃長巖、中風(fēng)化花崗閃長巖為主,出露的中風(fēng)化粉砂巖層節(jié)理、裂隙發(fā)育。經(jīng)現(xiàn)場對其進行節(jié)理、裂隙統(tǒng)計,主要發(fā)育有 270°∠80°、290°∠63°等裂隙,巖層為順坡向巖層,經(jīng)赤平投影分析,易產(chǎn)生局部崩塌,產(chǎn)生平面滑動的可能性不大,現(xiàn)場調(diào)查發(fā)現(xiàn)以崩塌為主。

綜上所述,結(jié)合本次現(xiàn)場調(diào)查可知崩塌邊坡為人工切坡,邊坡表面巖體破碎,節(jié)理裂隙發(fā)育且表面存在松動危巖塊體,存在多處臨空面,根據(jù)赤平投影分析,崩塌邊坡整體穩(wěn)定性較好,但由于大量松動危巖塊體的存在,在降雨、施工震動等不利荷載作用下,崩塌區(qū)邊坡易產(chǎn)生局部塊體崩落破壞。

4.2 定量評價分析

崩塌體(潛在)結(jié)構(gòu)面按各自特征選取代表性斷面進行穩(wěn)定性計算,選取最不利結(jié)構(gòu)面進行計算,并對可能發(fā)生崩塌的類型、途徑及危害程度做出預(yù)測。

4.2.1 計算工況及公式

根據(jù)《崩塌防治工程勘查規(guī)范(試行)》(T/CAGHP 011-2018)相關(guān)內(nèi)容,結(jié)合本項目崩塌特征,此次計算天然工況和暴雨工況下危巖穩(wěn)定系數(shù),計算內(nèi)容為后緣無陡傾裂隙的滑移式危巖的穩(wěn)定性。計算公式如下:

(1)

式中:V為充當(dāng)滑面的裂隙貫通段水壓力(kN/m);L為滑面長度(m);c為滑面粘聚力( kPa),當(dāng)充當(dāng)滑面的裂隙未貫通時取貫通段和未貫通段粘聚力按長度加權(quán)的加權(quán)平均值,未貫通段粘聚力取巖體粘聚力,滑面受基座巖體強度控制時,取巖體粘聚力;φ為滑面內(nèi)摩擦角(°),當(dāng)充當(dāng)滑面的裂隙未貫通時取滑面平均內(nèi)摩擦系數(shù)的正切,滑面平均內(nèi)摩擦系數(shù)取貫通段和未貫通段內(nèi)摩擦系數(shù)按長度加權(quán)的加權(quán)平均值,未貫通段內(nèi)摩擦系數(shù)取巖體內(nèi)摩擦系數(shù),滑面受基座巖體強度控制時,取巖體內(nèi)摩擦角;θ為滑面傾角(°);Qh、Qv為水平地震荷載和垂直地震荷載;G為危巖的重量(含地面荷載)(kN/m)。

4.2.2 物理力學(xué)參數(shù)選取

物理力學(xué)性質(zhì)參數(shù)選取,主要參考現(xiàn)地質(zhì)調(diào)查資料,并結(jié)合《巖石力學(xué)參數(shù)手冊》、《工程巖體分級標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T50218-2014)及《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范》(GB50330-2013)等規(guī)范經(jīng)驗值進行選取,對于邊坡巖體的各項參數(shù)結(jié)合類比法及地區(qū)經(jīng)驗取值,詳見表1。

表1 基巖物理力學(xué)性質(zhì)特征表

表2 崩塌巖體結(jié)構(gòu)面物理參數(shù)表

4.2.3 計算結(jié)果及分析

根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查和分析,確定崩塌(潛在)的破壞模式、計算方法,對崩塌(隱患點)進行穩(wěn)定性計算和分析評價,具體計算結(jié)果見表3。

表3 崩塌穩(wěn)定性計算結(jié)果

根據(jù)上述計算分析結(jié)果可得出以下結(jié)論:(1)在天然和暴雨工況下巖體邊坡處于基本穩(wěn)定狀態(tài);(2)外力作用達(dá)到一定程度時,將可能失穩(wěn)形成崩塌。定性分析、理論計算與現(xiàn)場實際穩(wěn)定性狀況吻合,計算結(jié)果真實可信。

5 防治建議

(1)削坡、浮石清除。坡面為松散巖土及塊石,須削坡處理,并對削坡后出現(xiàn)的松動巖體和已貫通裂隙的巖體、坡面碎石、浮石等不穩(wěn)定巖土體進行清除,使坡面達(dá)到基本平整,消除邊坡地質(zhì)災(zāi)害隱患,保證邊坡穩(wěn)定。

(2) 主動防護網(wǎng)。建議整體坡面采用 SNS 主動防護網(wǎng)進行防護,其通過鋼絲繩錨桿和支撐繩固定方式,將作為系統(tǒng)主要構(gòu)成的柔性網(wǎng)覆蓋在有潛在地質(zhì)災(zāi)害的坡面上,從而實現(xiàn)其防護目的。

(3)截排水工程。截排可利用現(xiàn)有散水和水泥地坪順坡截流。

(4)監(jiān)測機制。布置地表水平位移和垂直位移監(jiān)測點

6 結(jié)語

根據(jù)地質(zhì)情況,危巖崩塌區(qū)內(nèi)危巖主要是滑塌式危巖,危害性大。穩(wěn)定性評價顯示當(dāng)外力作用達(dá)到一定程度時,將可能失穩(wěn)形成崩塌,推薦采用削坡后采用錨桿+主動防護網(wǎng)的治理措施。