韓利光 周攀峰

0 引言

20世紀(jì)80年代以來,中國經(jīng)濟(jì)進(jìn)入了高速發(fā)展時期,長期的工程活動,對環(huán)境問題的忽視,加之自然因素的影響,滑坡災(zāi)害呈逐年加重趨勢。目前,全國范圍內(nèi)除山東省沒有發(fā)現(xiàn)嚴(yán)重的滑坡災(zāi)害外,其余各地均有發(fā)生。迄今為止,滑坡的研究已經(jīng)有200多年的歷史,邊坡穩(wěn)定性分析方法也不斷地發(fā)展和完善,邊坡穩(wěn)定分析是經(jīng)典土力學(xué)最早試圖解決而至今仍未圓滿解決的課題,各種穩(wěn)定分析方法在國外水平大致相當(dāng)?？偟恼f來可以分為兩大類,即極限平衡理論和數(shù)值計算理論。前者如 Fellenius法、Bishop法、Jaubu法、Mor-genstern-prince法、剩余推力法、Sarma法、Spencer法等;后者如有限元法、邊界元法、快速 Lagrangian分析、離散元法、非連續(xù)變形分析方法等。本文根據(jù)場地的工程地質(zhì)條件分析了該邊坡失穩(wěn)的機理,并在介紹Spencer法的前提下,以此方法對該邊坡的穩(wěn)定性進(jìn)行了評價。

1 工程概況

房縣地勢南北高,中部低,四周高山環(huán)繞,由兩側(cè)向中部傾斜,略呈盆地形勢。北部為變質(zhì)巖區(qū),位于武當(dāng)山地塊的南部,屬武當(dāng)山脈,大部分海拔在800 m～1 000 m之間;西南為秦嶺地槽;南部是漢南凹陷帶。由于強烈的地質(zhì)構(gòu)造運動,南北以斷層接觸,具有明顯的二分性。

邊坡在平面呈貝殼狀,坡向正南,縱長約 230 m,橫寬約140 m,總面積3.22×104m2,邊坡坡度稍緩,自然坡度20°～ 40°,植被不發(fā)育,有少量經(jīng)濟(jì)作物和灌木,坡面基巖出露,陡坎較多,坡體左下腳有一小沖溝,邊坡體表層為泥質(zhì)粉砂巖風(fēng)化后的松散物質(zhì),部分覆蓋層為殘坡積亞黏土,松散～硬塑狀,范圍較小,鉆探揭露厚度最大5.10 m,屬巖質(zhì)邊坡。下伏基巖為龍脈溝組(E2l)泥質(zhì)粉砂巖,巖層產(chǎn)狀 85°∠8°,層面近水平,巖層傾向與坡向近似,自然山坡為順向坡。邊坡坡腳發(fā)現(xiàn)部分變形巖體,多是由于坡腳處有一陡坎,形成臨空面,淺部巖體在自然狀態(tài)下風(fēng)化強烈,裂隙面逐漸貫通后形成軟弱帶,表層巖土體在重力作用下順著坡向產(chǎn)生局部變形破壞。第二級臺地前緣斜坡中上部產(chǎn)生多條弧形裂縫,裂縫寬 0.3 m～1.10 m,并形成錯坎,最高達(dá)1.5 m,裂縫貫通。邊坡東側(cè)裂縫張開較大,平均20 cm,最大達(dá)50 cm,深度最大大于1 m,并呈羽狀展開,與后緣相貫通。

2 邊坡失穩(wěn)機理分析

1)該區(qū)地貌形態(tài)為貝殼形臺坎狀斜坡,高差近30 m,前緣臺坎窄,后緣斜坡長,坡度 20°～40°,地貌形態(tài)有利于滑坡的形成。2)邊坡表層的殘坡積亞黏土層分布很少,對邊坡整體穩(wěn)定影響微弱;此處的泥質(zhì)粉砂巖巖質(zhì)較軟,含泥化夾層,從試驗數(shù)據(jù)上看,巖體為極軟巖～軟巖,其中強風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖層在該區(qū)分布較廣,結(jié)構(gòu)較松散,稍濕,強度低。巖層走向與邊坡走向大體一致,傾向于邊坡傾向夾角較小,屬于外傾結(jié)構(gòu)面,極不利于邊坡的穩(wěn)定。3)坡體表層為松散的殘坡積物,有利于地下水下滲到軟弱巖層,從而導(dǎo)致巖層的軟化,降低抗剪強度,促進(jìn)滑動產(chǎn)生。

綜上所述,該滑坡的形成是在一個不良的地質(zhì)環(huán)境條件下,經(jīng)地表水的下滲,軟化軟弱土層,降低了軟弱巖層的抗剪強度,最終致使滑動產(chǎn)生。

3 滑坡穩(wěn)定性分析

3.1 Spencer法的基本理論

Spencer法直接假設(shè)條塊間的推力平行,即推力傾角為常數(shù),即:

建立滿足所有力與力矩平衡的方程組如式(2),式(3),然后迭代求解安全系數(shù):

3.2 計算剖面的選擇

根據(jù)鉆探資料,并結(jié)合現(xiàn)場情況,考慮邊坡在變電站施工場地開挖后沿著不利結(jié)構(gòu)面破壞的情形共分析計算了三個剖面,本文選取開挖臨空面最大的有代表性的剖面進(jìn)行了計算,其中邊坡切坡后高差最大的近30 m,計算剖面如圖1所示。

3.3 計算方案

滑坡穩(wěn)定性與外界各種荷載作用方式、強度有關(guān)。影響滑坡穩(wěn)定性系數(shù)的最主要因素是降雨引起的滑體中地下水位的抬升以及可能的地震荷載。該滑坡的滑動帶及下伏基巖為相對隔水層,滑坡體物質(zhì)破碎,地表降雨易入滲,降雨發(fā)生時會造成滑坡體中地下水位的上升。因此,本次計算對地下水位的考慮分兩種形態(tài):在天然狀態(tài),以鉆孔和探井查明的地下水位為依據(jù);降雨條件下,鉆孔和探井查明的地下水位。

該滑坡所在地區(qū)的地震烈度為6度,故計算方案采用6度地震的水平地震系數(shù)KC=0.05考慮。地震力引起的水平地震荷載是瞬態(tài)的,而且方向也在不斷變化,國內(nèi)外的計算都是將水平地震力的方向設(shè)定為水平指向坡外,這對所有工程而言是偏安全的。

3.4 計算參數(shù)的選取

滑動面抗剪強度參數(shù)的選取關(guān)系到滑坡穩(wěn)定性預(yù)測和滑坡推力計算的科學(xué)性和可靠性,是滑坡防治工程中最重要的參數(shù)。在這里,根據(jù)土體物理力學(xué)性質(zhì)測試指標(biāo),確定了各地層的物理力學(xué)參數(shù)如表1所示。

表1 地層物理力學(xué)參數(shù)表

3.5 計算結(jié)果分析

本文分為兩種工況對該滑坡的穩(wěn)定性進(jìn)行了計算,結(jié)果見表1。可以看出,當(dāng)條件由正常水位、降雨條件下水位變化時,滑坡穩(wěn)定性系數(shù)逐漸降低,如圖2,圖 3所示。

4 結(jié)語

1)從計算結(jié)果可以看出,該邊坡在天然狀態(tài)時處于自穩(wěn)定狀態(tài)。而在降水誘發(fā)下,由于降雨入滲,導(dǎo)致巖層軟化,抗剪強度降低。邊坡將逐漸失穩(wěn),此時將危及坡頂變電站的安全。2)建議對該滑坡進(jìn)行削坡減載和支擋錨固等聯(lián)合抗滑措施,并利用開挖余土對前緣回填反壓,以增大抗滑段的阻滑力,但回填土必須分層壓密。對周邊邊緣裂縫進(jìn)行堵塞。

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