肖松春

(湖南省有色地質(zhì)勘查研究院，湖南 長沙 41700)

近年來，隨著城鄉(xiāng)建設(shè)進程加快，各項工程建設(shè)迅速發(fā)展，經(jīng)常出現(xiàn)工程建設(shè)需對原有邊坡進行切坡，影響了原有邊坡穩(wěn)定性，進而會造成各類地質(zhì)災(zāi)害，因此，在工程實施之初，就有必要對潛在的地質(zhì)災(zāi)害進行評估和預(yù)測[1～3]。地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生可能性的預(yù)測及其危害程度的評估是目前地質(zhì)災(zāi)害領(lǐng)域探討的重要課題之一，國內(nèi)外許多學(xué)者針對地質(zhì)災(zāi)害危險性評估工作的方法和技術(shù)手段進行了大量的研究[4～11]。日本學(xué)者Masamm Aniya首先提出敏感性分析法[9]，對滑坡發(fā)育的影響因素進行統(tǒng)計篩選，分析比較得出影響因子，并分析了影響因子在不同組合狀態(tài)會導(dǎo)致滑坡發(fā)生的可能性[10]，建立了區(qū)域性滑坡危險性評價指標(biāo)體系。唐川[11]提出采用敏感性分析方法對德國波恩地區(qū)滑坡影響因素進行分析，并對滑坡危險性進行了評價。繼E.B維索科奧斯特羅夫斯卡婭及N.N恰金將信息量法應(yīng)用于礦產(chǎn)預(yù)測中[12]之后，許多學(xué)者將信息論引入到環(huán)境質(zhì)量評估和地質(zhì)災(zāi)害危險性評價中[13]。而在該方法中，滑坡危險性評價指標(biāo)體系給出了影響因子及對應(yīng)權(quán)重值，并應(yīng)用概率分析統(tǒng)計法客觀評價了斜坡中穩(wěn)定性[14]。

本文擬以湖南衡東某風(fēng)電場公路切坡為例，在查明場地內(nèi)公路切坡路段地質(zhì)環(huán)境條件和地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育狀況的基礎(chǔ)上，依據(jù)其地質(zhì)環(huán)境條件對區(qū)域內(nèi)的地質(zhì)災(zāi)害危險性進行現(xiàn)狀調(diào)查與評估[15～18]，選擇應(yīng)用巖質(zhì)滑坡計算模型(單一滑面)和滑坡穩(wěn)定性量化評分2種方法對該公路切坡穩(wěn)定性進行評價，討論該段邊坡的穩(wěn)定性，并通過對比分析，深入探討兩種方法的適應(yīng)條件與范圍。

1 研究區(qū)概況

湖南衡東某風(fēng)電場工程總裝機規(guī)模50 MW，設(shè)計安裝25臺單機容量為2 000 kW的風(fēng)力發(fā)電機組，年上網(wǎng)發(fā)電量為103.66 GW·h，年等效滿負(fù)荷小時數(shù)為2 073 h，容量系數(shù)為0.237。風(fēng)電場新建道路總長度約15.3 km(含進站新建道路)，改造道路總長度約5.81 km，工程總用地面積35.94×104m2。

擬建場區(qū)內(nèi)大部分地段有基巖出露，出露地層從新至老依次為：第四系殘破積層，泥盆系灰?guī)r、砂巖，震旦系淺變質(zhì)砂巖，冷家溪群板巖以及花崗巖等。出露有灰?guī)r、砂巖、板巖及花崗巖等多種巖體，巖體結(jié)構(gòu)面稍發(fā)育—較發(fā)育?；◢弾r主要由燕山早期、海西晚期巖體組成，巖性主要為黑云母花崗巖、石英閃長巖，花崗巖干抗壓強度130～210 MPa，內(nèi)磨擦系數(shù)0.52～0.76。新鮮燕山期花崗巖致密堅硬，因風(fēng)化程度不同，花崗巖的強度有所降低，弱風(fēng)化塊狀花崗巖干抗壓強度72 MPa。

斜坡區(qū)土體主要為殘坡積形成的黏土、含碎石黏土，黏土呈可塑-硬塑，厚0～5 m不等。比重2.66～2.72 g/cm3，容重1.59～1.84 g/cm3，液限25%～45%，塑限13%～21.5%，孔隙比0.55～1.13，內(nèi)摩擦角14.5°～16.8°，承載力標(biāo)準(zhǔn)值115～260 kPa。

斜坡水文地質(zhì)條件方面，松散巖類孔隙水，主要賦存于第四系全新統(tǒng)殘坡積層中，主要分布于斜坡緩坡處，層厚1～3 m。地下水埋深一般3～6 m，泉水平均流量1.05 L/s，鉆孔單位涌水量1.74 d/s，水質(zhì)類型以HCO3—Ca型水為主，PH值7.0～7.3，礦化度0.0625～0.252 g/L。而基巖裂隙水主要賦存于泥盆系中統(tǒng)跳馬澗組、元古界板溪群五強溪組地層中，主要含水層分布不連續(xù)，單層厚10～40 m，裂隙發(fā)育，但相互連通較差，富水性中等—貧乏，因此裂隙泉水流量小，一般流量為0.1～0.5 L/s，最大流量為2.552 L/s，最小流量為0.001 L/s，地下徑流模數(shù)0.519～0.991 L/(s· km2)。地下水水化學(xué)類型以HCO3—Ca、HCO3·Cl—Mg型水為主，pH值5.7～7.0，溶解性總固體一般小于0.211 g/L。

2 斜坡穩(wěn)定性分析計算判定

2.1 斜坡切坡后現(xiàn)狀

現(xiàn)有邊坡為原有鄉(xiāng)村公路修建切坡形成，由于經(jīng)歷時間較久，邊坡安息角已處于基本穩(wěn)定，但因公路拓寬，部分路段需切坡，根據(jù)現(xiàn)場測量及設(shè)計，該公路切坡高度將為5.0～9.3 m，設(shè)計切方邊坡角45°(設(shè)計坡比1∶1)，多為巖土混合邊坡，在人為破壞、大氣降水等一定的外部因素作用下易沿順層面、結(jié)構(gòu)面誘發(fā)形成滑坡地質(zhì)災(zāi)害。

切方斜坡巖土體主要由殘坡積紅黏土及風(fēng)化的灰?guī)r、砂巖、板巖及花崗巖組成，上部的殘坡積紅黏土層厚1～3 m，其下為基巖風(fēng)化帶(全風(fēng)化—中風(fēng)化巖)，大多為不穩(wěn)定斜坡，發(fā)生巖質(zhì)滑坡的可能性大，潛在滑動面多為單一滑面，滑帶土為基巖風(fēng)化帶的軟弱夾層，滑動面為軟弱夾層與基巖的接觸面。

2.2 斜坡穩(wěn)定性計算

按照《滑坡防治工程設(shè)計與施工技術(shù)規(guī)范》(DZ/T 0219—2006)進行邊坡穩(wěn)定性分析，巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性分析基本原理(單一滑面地質(zhì)模型)：切坡后新的邊坡穩(wěn)定性系數(shù)處于平衡狀態(tài)，地下水按靜水位壓力計算，地震按弱震區(qū)，區(qū)域穩(wěn)定性屬穩(wěn)定類型，地震加速度值為0.05g。邊坡穩(wěn)定狀態(tài)按《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范》(GB 50330—2013P26)判斷(圖1)。

圖1 極限平衡法(巖質(zhì)滑坡計算模型)示意圖Fig.1 Limit equilibrium method (rockfall landslide calculation model)

式中：Kf——穩(wěn)定系數(shù)；

W——重量/ (kN·m-1)；

C——內(nèi)聚力/(kPa)；

φ——內(nèi)摩擦角/(°)；

L——滑面長度/m；

α——滑面傾角/(°)；

g——地震加速度(重力加速度g)。

表1 邊坡穩(wěn)定性狀態(tài)劃分Table 1 The division of slope stability status

根據(jù)《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》(GB 50011—2015)，衡東縣地區(qū)抗震設(shè)防烈度為VI度，設(shè)計基本地震加速度值為0.05g。同時，據(jù)《中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖》(GB 18306-2015)，衡東縣地震動反應(yīng)譜特征周期0.35 s，屬中硬場地，為相對穩(wěn)定的地塊，弱震區(qū)，區(qū)域穩(wěn)定性屬穩(wěn)定類型。

選取BK8+300、CK0+810處典型北側(cè)、北西側(cè)切坡路段做路塹橫斷面進行邊坡穩(wěn)定性模擬計算分析，線路橫斷面示意圖，見圖2，邊坡相關(guān)計算選取參數(shù)見表2，計算結(jié)果及分析見表3。綜合分析計算知CK0-810處邊坡欠穩(wěn)定，BK0+300邊坡不穩(wěn)定(均大于5 m邊坡)，引發(fā)滑坡地質(zhì)災(zāi)害的可能性中等。

圖2 BK8+300、CK0+810路塹橫斷面示意圖Fig.2 Cross section of cutting slopes BK8+300、CK0+810

表2 邊坡相關(guān)計算參數(shù)Table 2 Calculation parameters of slopes

表3 穩(wěn)定系數(shù)計算結(jié)果及分析一覽表Table 3 The results and Analyses of stability coefficient

注：(1)相關(guān)參數(shù)，均來源于區(qū)域經(jīng)驗值。(2)本次評價選取了開挖高度較高的坡段進行穩(wěn)定性計算。

3 滑坡穩(wěn)定性量化評分判定

根據(jù)切坡道路的工程地質(zhì)基本特征(表4)，采用《縣(市)地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查與區(qū)劃基本要求》實施細(xì)則中的“潛在地質(zhì)災(zāi)害強度指數(shù)法”，通過計算地質(zhì)災(zāi)害可能性指數(shù)，對引發(fā)滑坡地質(zhì)災(zāi)害的可能性進行預(yù)測評估。

可能性指數(shù)計算公式：

N=K1A+K2B+K3C+K4D+K5F

式中：K1、K2、…、K5——可能性評判分級賦值；

A、B、C、D、E——主要影響因素權(quán)重系數(shù)。

當(dāng)N>7.0可能性大，4.0≤N≤7.0可能性中等，N<4.0可能性小。

可能性評判影響因子權(quán)重及標(biāo)度賦值見滑坡可能性等級評判表(表5)。

表4 道路基礎(chǔ)位置地質(zhì)環(huán)境條件Table 4 Geologic setting of base location of the Road

表5 滑坡可能性等級評判表Table 5 Evaluation of the possibility of landslide

表中因子、權(quán)重取值均來自于湖南省《縣(市)地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查與區(qū)劃基本要求》實施細(xì)則。

根據(jù)各道路段所處地質(zhì)環(huán)境條件，其道路路基開挖引發(fā)滑坡地質(zhì)災(zāi)害的可能性，參照表5計算結(jié)果見表6。

表6 道路路基開挖工程建設(shè)引發(fā)滑坡可能性指數(shù)計算結(jié)果表Table 6 The result of the calculation of the possibility index of landslide caused by the construction of road subgrade excavation

從表6中可知，CK0-810、BK0+300等2段道路切坡(大于5 m)引發(fā)滑坡地質(zhì)災(zāi)害的可能性評判指數(shù)值為4.75～5.45，即引發(fā)滑坡的可能中等，而AK0-AK1+100段(小于5 m)引發(fā)滑坡地質(zhì)災(zāi)害的可能性評判指數(shù)值為3.75，即引發(fā)滑坡的可能小。

4 兩種方法對比分析

通過極限平衡法計算，得出CK0-810切方段，3-3切坡點的穩(wěn)定系數(shù)Kf=1.035，BK0+300切方段，4-4切坡點的穩(wěn)定系數(shù)Kf=0.967，對照表3，邊坡穩(wěn)定性狀態(tài)評價結(jié)果分別為欠穩(wěn)定和不穩(wěn)定兩種狀態(tài)。

利用“潛在地質(zhì)災(zāi)害強度指數(shù)法”，通過計算地質(zhì)災(zāi)害可能性指數(shù)CK0-810、BK0+300，2段道路切坡(大于5 m)引發(fā)滑坡地質(zhì)災(zāi)害的可能性評判指數(shù)值為4.75～5.45，即引發(fā)滑坡的可能中等，而AK0-AK1+100段(小于5 m)引發(fā)滑坡地質(zhì)災(zāi)害的可能性評判指數(shù)值為3.75，即引發(fā)滑坡的可能小。

對比上述兩種結(jié)論，可以看出兩種方法得出結(jié)論基本相符合，可以相互印證。

對于滑坡穩(wěn)定性評價，前人已有過較多的分析，本文根據(jù)該項目公路切坡地質(zhì)環(huán)境條件(巖土體類型III類)，采用兩種方法分析大于5 m的切坡為不穩(wěn)定邊坡，在分析過程中發(fā)現(xiàn)，采用巖質(zhì)滑坡計算模型，以假想極限平衡為計算方法，采用邊坡巖體內(nèi)聚力、內(nèi)摩擦角、滑面長度、滑面傾角、地震加速度、邊坡安全等級等力學(xué)指標(biāo)，計算邊坡穩(wěn)定性系數(shù)，理論性較強，邏輯性強、說服力強但由于受地質(zhì)環(huán)境條件影響，此方法力學(xué)指標(biāo)選取較難，理論計算結(jié)果與實際可能存在一定誤差。

滑坡穩(wěn)定性量化評分，依據(jù)地形與切坡條件、巖土體性質(zhì)及厚度、巖土體變形程度穩(wěn)定性、邊坡結(jié)構(gòu)、切坡高度和降雨(F)5項內(nèi)容分別賦予權(quán)重指數(shù)，根據(jù)現(xiàn)有地質(zhì)環(huán)境條件賦值，計算滑坡可能性指數(shù)，此方法依據(jù)多年工作總結(jié)得出，感性較強，經(jīng)驗要求高，只要現(xiàn)場地質(zhì)環(huán)境條件判斷準(zhǔn)確，準(zhǔn)確性較高。

5 結(jié)論

(1)通過對湖南衡東某風(fēng)電場公路切坡形成的邊坡采用穩(wěn)定性計算與穩(wěn)定性量化評分進行分析，均得出此段邊坡為不穩(wěn)定滑坡的結(jié)論，說明這兩種方法均可作為湖南侵蝕低山地貌與侵蝕溶蝕丘陵地貌的滑坡穩(wěn)定評價方法。

(2)在評價分析過程中，通過參數(shù)選取、模型建立及兩種方法對比分析，發(fā)現(xiàn)對于工程地質(zhì)勘察程度較高的大型滑坡的穩(wěn)定性計算，建議采納穩(wěn)定性計算，首先判定，反復(fù)推演，找準(zhǔn)滑面。對于工程地質(zhì)勘察程度較低的中小型滑坡的穩(wěn)定性計算，建議采納滑坡穩(wěn)定性量化評分法即可判定，對于滑坡為大型且地質(zhì)環(huán)境條件復(fù)雜，兩種方法相互論證。

(3)通過本研究在以往方法上較直觀地解決了在地質(zhì)災(zāi)害危險性評估、地災(zāi)調(diào)查中斜坡穩(wěn)定性評價問題，即大于切坡高度5 m的砂石黏土混合斜坡即可判定為不穩(wěn)定斜坡。

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