張 宇, 夏祖平, 陳 新, 劉國琪, 李尚高

(中國電建集團 中南勘測設(shè)計研究院有限公司,湖南 長沙 410014)

三峽庫區(qū)某高切坡特征及穩(wěn)定性評價

張 宇, 夏祖平, 陳 新, 劉國琪, 李尚高

(中國電建集團 中南勘測設(shè)計研究院有限公司,湖南 長沙 410014)

通過深入研究重慶市某高切坡的地質(zhì)特征,分段采用不同方法計算切坡體的穩(wěn)定性,得出切坡體可能的失穩(wěn)部位及失穩(wěn)方式,并在此基礎(chǔ)上進行針對性治理,從而為其它類似工程的穩(wěn)定分析與治理提供借鑒。

三峽庫區(qū);高切坡;地質(zhì)特征;穩(wěn)定性分析;治理方案

高切坡也稱人工削坡工程?！岸浮?、“高”是高切坡主要形態(tài)特征,強烈而連續(xù)的卸荷則是高切坡主要力學(xué)根源,高切坡具有漸變性、失穩(wěn)性、突變性。根據(jù)重慶市建委2002年制定的《進一步規(guī)范重慶市高切坡、深開挖、高填方項目管理的若干規(guī)定》中定義高切坡為≥15 m的巖質(zhì)邊坡及≥8 m的土質(zhì)邊坡。三峽庫區(qū)存在大量的高切坡[1],某些高切坡位于居民生活區(qū),這些高切坡的特征及穩(wěn)定性如何,后期如何治理關(guān)系到人民群眾生命安全,需特別重視處理。本文以重慶市某住宅樓后方高切坡為例,系統(tǒng)對該高切坡的特征及穩(wěn)定性進行分析,并提出治理建議,對相關(guān)工程起到一定的借鑒作用。

1 地質(zhì)條件概況

本區(qū)屬新華夏系一級構(gòu)造四川沉降褶皺帶之川東褶皺束北東端部分,挽近期構(gòu)造運動表現(xiàn)為大面積間歇性上升隆起,屬區(qū)域構(gòu)造相對穩(wěn)定區(qū)。本區(qū)出露的基巖地層為侏羅系中統(tǒng)上沙溪廟組,分布廣泛。構(gòu)造形跡以向斜為主,區(qū)域斷裂少見。區(qū)內(nèi)50年基準期超越概率10%的地震動峰值加速度為0.05g,相應(yīng)地震基本烈度為Ⅵ度。

本區(qū)屬構(gòu)造—剝蝕低山丘陵地貌,區(qū)內(nèi)出露的上沙溪廟組(J2s)地層巖性為一套紫紅色泥巖、粉砂質(zhì)泥巖夾砂巖。第四系(Q)地層主要有殘坡積物(Qedl)及地滑堆積物(Qdel)等。高切坡區(qū)位于萬縣向斜的北東端近核部,巖層傾角總體較平緩。根據(jù)區(qū)域地質(zhì)資料分析,結(jié)合現(xiàn)場地質(zhì)測繪,區(qū)內(nèi)無斷層分布,地質(zhì)構(gòu)造簡單,多為單斜巖層。區(qū)內(nèi)地表水系主要由長江及其支流構(gòu)成,地下水類型為松散巖類孔隙潛水和基巖裂隙水。

2 基本特征

2.1 形態(tài)特征

該高切坡總長237 m,最大切坡高度13 m,切坡坡角50°～75°,切坡斜面面積3 095 m2。根據(jù)其形態(tài)特征可分為4段:

第1段位于剖面2-2′以東,為自然坡。坡長約68 m,坡高28～33 m;坡面走向N67°W,傾向NE,坡面角25°～30°,坡底距住宅樓13～23 m;第2段位于2-2′～4-4′剖面范圍,坡長約64 m,最大切坡高度13 m,坡面走向N87°W,傾向NE。該段分2級,第一級切坡高度10～13 m,坡面角50°～60°,局部近70°。第二級為人工開挖的寬緩平臺,寬度25～28 m,高度3～10 m,坡面角5°～20°;第3段位于4-4′～5-5′剖面范圍,該段因人工開挖而形成凹地形,切坡可分為兩級。第1級切坡地形略緩,坡長約20 m,坡高為3～7 m,坡面走向N87°W,傾向NE,坡角50°。第2級切坡地形陡,坡長約33 m,坡高7～13 m,坡面走向N84°W,傾向NE,坡角65°～70°;第4段位于5-5′～8-8′剖面范圍,坡長約85 m,最大切坡高度13 m,坡面走向N84°W,傾向NE,開挖坡角65°～75°,見圖1。

2.2 物質(zhì)組成及結(jié)構(gòu)特征

高切坡區(qū)主要出露地層為侏羅系中統(tǒng)上沙溪廟組(J2s)及第四系松散堆積物(Q),根據(jù)現(xiàn)場勘察成果分析,分段描述如下:

圖1 高切坡區(qū)地質(zhì)平面圖Fig.1 Geological plan of high cutting slope1.第四系地滑堆積物(Qdel):粉質(zhì)粘土夾碎石、塊石;2.第四系殘坡積物(Qedl):粉質(zhì)粘土夾碎石;3.侏羅系中統(tǒng)上沙溪廟組(J2s):紫紅色厚層狀泥質(zhì)粉—細砂巖夾泥巖;4.侏羅系中統(tǒng)上沙溪廟組(J2s):紫紅色厚層狀泥巖夾薄層狀砂巖;5.侏羅系中統(tǒng)上沙溪廟組(J2s):紫紅色厚層狀泥質(zhì)粉砂巖夾泥巖;6.第四系與基巖分界線;7.巖性分界線;8.推測巖性分界線;9.地滑堆積物界線;10.裂隙產(chǎn)狀及編號;11.巖層產(chǎn)狀;12.鉆孔位置;13.探槽及編號;14.剖面線及編號。

第1段邊坡組成物質(zhì)主要為第四系殘坡積物Qedl(編號②),厚度7.3～11.5 m;第2段切坡組成物質(zhì)上部為Qedl,厚度1.8～4.5 m。切坡面出露基巖分2層,上部為紫紅色厚層狀泥巖夾薄層狀砂巖(編號④),厚度>10 m;下部為紫紅色厚層狀粉砂巖夾砂巖(編號⑤),厚度>26 m。第3、4段切坡組成物質(zhì)上部為Qedl,厚度1.8～6.5 m,局部分布有地滑堆積物Qdel(編號①),厚度1.0～3.0 m。切坡面出露基巖分2層,上部為淺灰—灰白色厚層狀粉—細砂巖(編號③),厚度>8.25m;下部為紫紅色厚層狀泥巖夾薄層狀砂巖(編號④),厚度11 m?；鶐r巖層產(chǎn)狀為:N10°W,SW∠6°～10°,為單斜地層。高切坡巖體屬平緩層狀結(jié)構(gòu),為斜交坡。

該區(qū)地質(zhì)構(gòu)造較為簡單,斷層不發(fā)育,節(jié)理主要發(fā)育4組:① N45°～60°W,NE∠80°～83°,面平,寬0.1～0.5 cm,延伸長5～6 m,充泥,結(jié)合差。②N55°～85°W,NE∠55°～70°,面較平,寬0.2～0.3 cm,延伸長4～9 m,面平,充泥,見有少量近水平擦痕,壓扭性節(jié)理?；卷樒孪?卸荷追蹤,局部沿節(jié)理面有滲水現(xiàn)象,結(jié)合差。③ N75°E,NW∠80°,面平,微彎,寬0.2 cm,延伸長5 m,結(jié)合差。④N5°W,NE∠30°,面粗糙,微彎,有少許泥充填,寬0.2 cm,延伸長5 m左右,結(jié)合差。

2.3 水文地質(zhì)條件

切坡區(qū)外圍兩側(cè)不遠處均為深切沖溝,為地表水集中排泄的主要通道。測區(qū)范圍內(nèi)無天然地表水體分布。高切坡匯水面積為0.02 km2。地下水類型為松散巖類孔隙潛水和基巖裂隙水。根據(jù)鉆孔揭露,地下水埋深3.2～6.2 m。地滑堆積體滲透系數(shù)一般為1×10-2～1×10-3cm/s,屬中等透水層;由泥巖夾砂巖組成的地質(zhì)體,滲透系數(shù)一般為1×10-6～1×10-5cm/s,屬微透水層。

3 穩(wěn)定性分析

3.1 變形破壞現(xiàn)狀

根據(jù)平面地質(zhì)測繪,高切坡已發(fā)生的變形破壞有滑坡、崩塌等。第1段邊坡2-2′剖面下部原有一圈椅型地形,勘測期間因暴雨此處發(fā)生了淺層滑坡(照片1),體積約250 m3;第1段邊坡2-2′剖面附近小陡坎和第4段切坡坡頂有淺層滑坡發(fā)生(照片2、照片3);第2段切坡因抗滑樁前部土體開挖,樁間土坍塌導(dǎo)致樁體外露,樁間的連拱大多發(fā)生了變形甚至垮塌。樁后土體經(jīng)長期暴雨作用下形成流土從樁間空隙中滑出(照片4);第4段切坡分布有地滑堆積物(剖面5-5′與剖面6-6′間(照片5),體積約1 000 m3;第2、3、4段邊坡基巖已經(jīng)發(fā)生的變形破壞主要為暴露在切坡面上的泥巖在干濕作用下發(fā)生剝落破壞,局部砂巖倒懸發(fā)生小的崩塌(照片6),規(guī)模小;也可見巖體沿結(jié)構(gòu)面交線發(fā)生小的楔形體破壞。

照片1 土體滑坡Photo 1 Soil landslide

照片2 土體坍塌Photo 2 Slope failure

照片3 切坡頂部的土體坍塌Photo 3 Slope failure at the top of slope

照片4 樁間土發(fā)生流土Photo 4 Soil flow in earth among pile

照片5 地滑堆積物Photo 5 Landslide debris

3.2 穩(wěn)定性分析計算與評價

根據(jù)高切坡地質(zhì)條件和已發(fā)生的變形破壞現(xiàn)象,本高切坡變形破壞模式包括第四系松散堆積物的圓弧滑動、基巖楔形體滑動和崩塌?；谶@三種變形破壞模式,分別進行穩(wěn)定性分析。

3.2.1 圓弧滑動的穩(wěn)定性分析

選取第1段高切坡的2-2′剖面進行穩(wěn)定驗算分析。后緣以建筑物分布區(qū)為界,前緣以坡腳為界,滑面為隨機搜索的圓弧滑面(圖2)。

根據(jù)《三峽庫區(qū)高切坡防護工程地質(zhì)勘察與初步設(shè)計技術(shù)工作要求》,采用瑞典條分法[2]計算其穩(wěn)定性系數(shù),計算工況分別選擇自重、自重+暴雨兩種工況。巖土體物理力學(xué)參數(shù)及計算結(jié)果見表1。

從計算成果可以看出,是否有地下水的作用對松散土體的穩(wěn)定性系數(shù)影響很大,因此判斷松散土體的穩(wěn)定對地下水作用敏感。

3.2.2 楔形體穩(wěn)定性分析[3]

該高切坡第3、4段發(fā)育4組節(jié)理裂隙,根據(jù)赤平極射投影圖分析,巖層傾向與高切坡坡向大角度相交,近于垂直,為斜交坡。J2組、J3組、J4組節(jié)理彼此間組合交線的交點位于切坡同側(cè),結(jié)構(gòu)面交線傾角小于切坡傾角,有可能構(gòu)成楔形體(圖3),造成高切坡的局部楔形體破壞,但規(guī)模很小。

表1 剖面圓弧滑動計算參數(shù)及成果表

按下列工況,選擇代表性節(jié)理組合進行穩(wěn)定驗算,其采用參數(shù)和計算成果見表2。

工況Ⅰ:J3、J4組合,自重;工況Ⅱ:J3、J4組合,自重+暴雨(裂隙充水高度按H/3考慮);工況Ⅲ:J2、J3組合,自重。

圖3 高切坡赤平極射投影圖Fig.3 Stereographic projection of high cutting slope

表2 楔形體破壞計算參數(shù)和計算成果表

計算表明楔形體在自重工況下是穩(wěn)定的,在雨季將失穩(wěn),計算結(jié)果與在雨季邊坡出現(xiàn)的垮塌情況一致。

3.2.3 邊坡崩塌分析

第2、3、4段高切坡出露基巖為泥質(zhì)粉砂巖、泥巖,泥巖中所含礦物以伊利石、蒙脫石為主,具強親水性,遇水膨脹、浸水崩解、失水干裂,在干濕作用下易呈鱗片狀從母巖脫落。下部泥巖發(fā)生剝落破壞后,導(dǎo)致中部的泥質(zhì)粉砂巖以上巖體懸空;下部泥巖剝落較深時,泥質(zhì)粉砂巖以上巖體在自重的作用下產(chǎn)生卸荷裂隙,隨著卸荷裂隙進一步張開,泥質(zhì)粉砂巖不足以承受上部巖體的重量時,就會發(fā)生崩塌坡壞。圖4示意了這種破壞形式漸進的發(fā)展過程。崩塌規(guī)模不大,主要表現(xiàn)在雨季出現(xiàn)垮塌。

3.2.4 邊坡穩(wěn)定性評價

根據(jù)以上計算成果分析,第1段切坡在天然狀態(tài)、不考慮孔隙水壓力的條件下(工況Ⅰ),邊坡穩(wěn)定性系數(shù)為1.424,大于邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)1.30,處于穩(wěn)定狀態(tài)。在雨季,考慮水壓力條件下(工況Ⅱ),邊坡穩(wěn)定性系數(shù)為1.141,小于邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)1.30,第1段邊坡處于整體欠穩(wěn)定狀態(tài),需進行工程處理。

圖4 泥巖夾砂巖地層高切坡漸進變形破壞示意圖Fig.4 Sketch map of progressive failure of high cutting slope of mudstone alternated with sandstone1.泥巖;2.砂巖;3.裂隙;4.剝落堆積;5.崩塌堆積。

第2、3、4段切坡巖體屬平緩層狀結(jié)構(gòu),為斜交坡。具穩(wěn)定的地質(zhì)結(jié)構(gòu),且經(jīng)勘察查明邊坡除泥巖表層風(fēng)化剝落、崩塌掉塊外未發(fā)現(xiàn)其他變形跡象。因此邊坡整體基本穩(wěn)定,但局部存在泥巖表層風(fēng)化剝落、崩塌、楔型體破壞,但規(guī)模較小。因此局部不穩(wěn)定。

4 防治方案建議[4-5]

根據(jù)對該邊坡的詳細勘察,邊坡的主要變形破壞表現(xiàn)為表部松散土體在雨季滑動和泥巖逐漸剝落后導(dǎo)致巖體崩塌破壞。因此該高切坡防護工程的防治目標是:通過工程措施控制該邊坡不產(chǎn)生滑動(或變形),使其趨于穩(wěn)定。保護該區(qū)市政設(shè)施的安全,達到防災(zāi)減災(zāi)的目的。

針對表部松散土體在雨季被沖刷和水土流失,在長期暴雨作用下有可能滑坡的破壞模式,建議在高切坡周邊修建截、排水系統(tǒng)。第1段邊坡地形較緩,建議在坡腳修建擋土墻。第2、3、4段高切坡,巖體風(fēng)化嚴重,組成坡體的泥巖長期風(fēng)化剝落將會產(chǎn)生崩塌破壞的情況,建議削坡后進行格構(gòu)錨固。

5 結(jié)語

本文以三峽庫區(qū)重慶市某高切坡為例,提出山丘地區(qū)高切坡的研究及設(shè)計思路:

(1) 通過地質(zhì)平面測繪及勘探,查明高切坡的地形地質(zhì)特征,初步確定其變形破壞機制,宏觀判斷高切坡可能的失穩(wěn)模式及變性特點。

(2) 針對不同的變形破壞原理,在不同工況下分別采用圓弧滑動、楔形體破壞等分析方法,判斷并計算高切坡各部位的穩(wěn)定性。

(3) 根據(jù)高切坡各部位潛在的不穩(wěn)定塊體的分布特征,采用多種支護形式有針對性地確定切坡體工程治理措施的實施區(qū)域。

(4) 高切坡地處密集建筑群之中,且常發(fā)生土體小規(guī)?；?建議加強邊坡變形監(jiān)測。

[1] 三峽庫區(qū)地質(zhì)災(zāi)害防治工作指揮部.三峽庫區(qū)三期地質(zhì)災(zāi)害防治工程設(shè)計技術(shù)要求[R].宜昌:三峽庫區(qū)地質(zhì)災(zāi)害防治工作指揮部,2004.

[2] 陳祖煜.土質(zhì)邊坡穩(wěn)定分析原理方法程序[M].北京:中國水利水電出版社,2003.

[3] 劉國琪.重慶市三峽庫區(qū)萬州區(qū)龍寶蓄產(chǎn)公司高切坡防護工程地質(zhì)勘察報告[R].長沙:中國電建集團中南勘測設(shè)計研究院有限公司,2005.

[4] 國務(wù)院三峽工程建設(shè)委員會辦公室.三峽庫區(qū)高切坡防護規(guī)劃大綱[R].重慶:中國長江三峽集團公司,2003.

[5] 劉洪清,重慶市三峽庫區(qū)萬州區(qū)龍寶勝利路和祥街小學(xué)教師宿舍高切坡防護工程地質(zhì)勘察報告[R].長沙:中國電建集團中南勘測設(shè)計研究院有限公司,2005.

(責(zé)任編輯：陳文寶)

Characteristics and Stability Evaluation of a High Cutting Slope in theThree Gorges Reservoir Area

ZHANG Yu, XIA Zuping, CHEN Xin, LIU Guoqi, LI Shanggao

(PowerChinaZhongnanEngineeringCorporation,Changsha,Hunan410014)

In-depth study of geological features of a high cutting slope in Chongqing,different methods to calculate the tangent slope stability,come to the instability region and instability mode of the cutting slope.On this basis,the paper adopts targeted treatment.It provide reference for stability analysis and management for other similar projects.

Three Gorges Reservoir area; high cutting slope; geological characteristics; stability analysis; governance programmes

2016-04-15;改回日期:2016-04-21

張宇(1982-),男,工程師,碩士,構(gòu)造地質(zhì)學(xué)專業(yè),從事水電工程勘察設(shè)計工作。E-mail:16633335@qq.com

TV223

A

1671-1211(2016)03-0524-05

10.16536/j.cnki.issn.1671-1211.2016.03.063

數(shù)字出版網(wǎng)址:http://www.cnki.net/kcms/detail/42.1736.X.20160504.0924.030.html 數(shù)字出版日期:2016-05-04 09:24