汪 翔

(福建省196地質(zhì)大隊(duì)，福建 漳州 363005)

0 前 言

巖石邊坡穩(wěn)定性問題影響著地質(zhì)工程的安全性和經(jīng)濟(jì)性。邊坡變形破壞的因素錯(cuò)綜復(fù)雜，其中地下水是巖質(zhì)邊坡失穩(wěn)的關(guān)鍵性因素。隨著地下水的侵蝕，不連續(xù)的構(gòu)造以及不同強(qiáng)度的巖體在動(dòng)水壓力和靜水壓力的作用下，容易出現(xiàn)位移、剪切變形或擴(kuò)展劈裂，成為邊坡失穩(wěn)的起因。劉玉鳳等[1]認(rèn)為，地下水的滲入改變邊坡滲流場(chǎng)分布是邊坡不穩(wěn)定和邊坡滑坡的因素之一。王家全等[2]則從巖土內(nèi)部出發(fā)，認(rèn)為巖土粘聚力是邊坡失穩(wěn)的重要原因。張艷博等[3]發(fā)現(xiàn)，透水性差的黏性土易造成邊坡失穩(wěn)，且邊坡施工在不同階段對(duì)巖土作用的方式不同。總體而言，基坑底部的地下水容易造成邊坡失穩(wěn)滑塌，給工程質(zhì)量及安全帶來極大的隱患。

本文基于福建永安某邊坡實(shí)測(cè)地質(zhì)資料，研究天然工況和暴雨工況下地下水對(duì)邊坡穩(wěn)定性影響，并針對(duì)性地提出治理措施。在此基礎(chǔ)上利用Ansys 軟件計(jì)算天然情況下和暴雨情況下邊坡塑性狀況和位移狀況，初步探索地下水對(duì)邊坡穩(wěn)定性的影響規(guī)律，為該地區(qū)降雨誘發(fā)滑坡問題提供參考借鑒。

1 工程概況

福建永安某邊坡點(diǎn)所在地勢(shì)總體北高南低，附近最高海拔為531.20 m，最低海拔標(biāo)高為390 m，相對(duì)高差約140 m，切割深度一般不大，山坡多為凸形坡。當(dāng)?shù)刈畹颓治g基準(zhǔn)面約為390 m。邊坡體地形坡度較陡，溝谷切割程度為中等。邊坡山坡海拔435 m以上坡度較均勻，坡度約26.5°，下部坡度變化較大，其中西側(cè)海拔430 m以下坡度較大，約45°，海拔430～435 m較緩，坡度約14°，東側(cè)坡度下陡上緩，坡度25°～45°。坡腳修建小路，形成小型人工邊坡，坡度較大。

1.1 水文條件

大湖鎮(zhèn)吳坊村滑坡巖土體下的地下水類型主要為第四系風(fēng)化基巖裂隙水及松散巖類孔隙水，區(qū)域內(nèi)水系發(fā)達(dá)。該地區(qū)地下水位常年受季節(jié)性降水量變化影響，雨季水位較高，波動(dòng)幅度較大。暴雨期間，地下水水位上升較快，變化幅度為1.0～2.5 m左右，枯水期地下水埋深約5～8 m。地表植被多為毛竹，毛竹的根系主要在淺土層橫向延伸，往深土層延伸的不多，毛竹根系的延伸對(duì)地表水的下滲有一定的影響，加劇土層之間的粘結(jié)性的破壞，對(duì)邊坡影響較大。

1.2 地質(zhì)條件

根據(jù)巖土工程勘察結(jié)果并結(jié)合前期資料，勘查區(qū)所在區(qū)域地層主要有：第四系殘坡積土層、下伏基巖主要為灰、灰黃色燕山早期第三次侵入鉀長(zhǎng)花崗巖(γ5)。其分布及特征由上至下如表1所示。

表1 地質(zhì)參數(shù)概覽表 單位：m

2 計(jì)算模型及參數(shù)選取

由于在勘查時(shí)間段內(nèi)，該處邊坡體地下水水位埋置較深，在計(jì)算時(shí)，地下水的滲透壓和水的浮力未進(jìn)行評(píng)價(jià)，根據(jù)邊坡的形態(tài)特征，以垂直滑體走向的方向選取計(jì)算選擇剖面，根據(jù)勘查布置鉆孔位置，選擇2-2′剖面進(jìn)行穩(wěn)定性計(jì)算和分析。剖面基地標(biāo)高為500 m，水位深度分別為9.4、7.8、2.1 m。計(jì)算模型見穩(wěn)定性計(jì)算剖面簡(jiǎn)圖(如圖1所示)。

圖1 2-2′剖面邊坡穩(wěn)定性計(jì)算剖面

在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)共計(jì)對(duì)16件滑體土原狀土樣進(jìn)行了物理力學(xué)性質(zhì)試驗(yàn)，分別為12件坡積粉質(zhì)黏土和4件含角礫黏土。按照室內(nèi)土工試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)值，本次計(jì)算天然容重粉質(zhì)黏土取18.8 kN/m3；飽和容重粉質(zhì)黏土取23.3 kN/m3。在暴雨工況下，滑面強(qiáng)度取土體的飽和強(qiáng)度，土體容重取飽和容重[4]。根據(jù)當(dāng)?shù)毓こ探?jīng)驗(yàn)結(jié)合滑坡體目前狀況，同時(shí)對(duì)比室內(nèi)土工試驗(yàn)數(shù)據(jù)，校核滑帶土的抗剪強(qiáng)度，結(jié)合瑞典條分法[5]，計(jì)算穩(wěn)定性的c、φ值?；w土力學(xué)性質(zhì)試驗(yàn)成果和統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表2。

表2 滑體土力學(xué)性質(zhì)試驗(yàn)成果統(tǒng)計(jì)表

3 穩(wěn)定性分析結(jié)果

在天然工況下，采用天然抗剪強(qiáng)度值進(jìn)行計(jì)算。由于該滑坡的主導(dǎo)因素為水，在暴雨或巖土體飽和的狀態(tài)下，需模擬暴雨工況下的穩(wěn)定性，則采用巖土體在飽和狀態(tài)下的抗剪強(qiáng)度值。由于試驗(yàn)中所做的殘余剪切試驗(yàn)是反復(fù)對(duì)試驗(yàn)土樣進(jìn)行剪切試驗(yàn)，故在巖土體的極限狀態(tài)下，其抗剪強(qiáng)度達(dá)到極限值。按照《邊坡防治工程設(shè)計(jì)與施工技術(shù)規(guī)范》(DZ/T 0219—2006)(以下簡(jiǎn)稱《技術(shù)規(guī)范》)，選出2種特殊工況進(jìn)行邊坡穩(wěn)定性分析計(jì)算，分別為天然工況和暴雨工況，天然狀態(tài)下的安全系數(shù)為1.20～1.30。天然工況的荷載組合為自重+地下水；暴雨工況的荷載組合為自重+暴雨[6]。天然狀態(tài)下采用c=23.1 kPa、φ=18.0°；飽和狀態(tài)下采用c=11.8 kPa、φ=9.8°、v=0.3。根據(jù)分析結(jié)果，結(jié)合圖1，利用Space Claim繪制邊坡，并將簡(jiǎn)圖導(dǎo)入Ansys中計(jì)算不同工況條件下邊坡位移和塑性應(yīng)力變化。

3.1 自重+地下水

圖2為邊坡在自然工況下的坡體塑性應(yīng)變?cè)茍D。根據(jù)圖2可知，坡體的臨界面在坡地可見小塊塑性區(qū)，稍有屈服，邊坡發(fā)生滑動(dòng)破壞的可能性較小。Ansys APDL顯示數(shù)據(jù)仍可計(jì)算，并得出該工況下相應(yīng)的折減系數(shù)即安全系數(shù)為1.698。根據(jù)《技術(shù)規(guī)范》可知，此時(shí)邊坡安全系數(shù)處于穩(wěn)定狀態(tài)，說明天然工況下地下水對(duì)邊坡的影響不是十分顯著。

圖2 天然工況下塑性區(qū)

3.2 自重+暴雨

在暴雨條件下，由于邊坡飽和土體增加，巖體在降水的軟化作用下，抗強(qiáng)剪度和折減系數(shù)也隨之降低。圖3～4分別是邊坡在暴雨工況下的坡體塑性應(yīng)變、位移云圖。如果設(shè)計(jì)工況是坡體從天然狀況驟升至飽和狀況，則考慮水壓荷載作用。如圖4所示，隨著地下水位逐漸升高，邊坡坡體整體呈圓弧狀下滑，整個(gè)面呈屈服狀態(tài)，計(jì)算得出最大位移值為1 574 mm。邊坡不利結(jié)構(gòu)帶暴漏。圖5所示為Y軸土體承載應(yīng)力，受雨水入滲導(dǎo)致的水壓力影響，Y軸巖層應(yīng)力明顯集中，且有向X軸滑移趨勢(shì)。此時(shí)坡體應(yīng)力的不穩(wěn)定性狀態(tài)十分顯著，安全系數(shù)從1.698下降至1.043，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于規(guī)定的1.2。安全系數(shù)變化較大，主要是由于暴雨導(dǎo)致坡體巖層力學(xué)強(qiáng)度降低。

圖3 暴雨工況下塑性區(qū)

圖4 暴雨工況下X軸位移區(qū)

圖5 暴雨工況下Y軸應(yīng)力區(qū)

基于以上計(jì)算，在天然工況下，該邊坡巖土體處于穩(wěn)定狀態(tài)；在暴雨工況下，邊坡巖土體是不穩(wěn)定狀態(tài)。若該邊坡遇強(qiáng)降雨或連續(xù)降水，大量地表水入滲土中，土體極易吸水飽和，土體的抗剪強(qiáng)度就會(huì)急劇下降，致使土體自重增加，當(dāng)邊坡體中的滑動(dòng)帶巖土體達(dá)到極限狀態(tài)下，邊坡體穩(wěn)定性就會(huì)嚴(yán)重降低，從而導(dǎo)致邊坡體失穩(wěn)，對(duì)周邊居民生活和生產(chǎn)活動(dòng)的影響巨大，因此，需要對(duì)該邊坡進(jìn)行相應(yīng)有效的治理。

4 邊坡工程防治措施

4.1 重力擋墻

重力式擋土墻設(shè)置位置在坡腳已建民宅與水泥路之間的坡度較大的邊坡，擋土墻采用重力式M7.5漿砌片石，擋土墻坡率為1∶ 025，基礎(chǔ)持力層選用粉質(zhì)黏土或殘積黏性土，基礎(chǔ)為C20片石混凝土基礎(chǔ)，粉質(zhì)黏土承載力為180 kPa，殘積黏性土承載力為190 kPa，擋墻基礎(chǔ)與巖土體摩擦系數(shù)為0.25，基礎(chǔ)持力層能滿足上部擋墻荷載要求。同時(shí)，在擋土墻中間位置設(shè)置泄水孔，泄水孔可選用Φ80軟式透水管，設(shè)置方式應(yīng)外傾10%，單根長(zhǎng)約5 m。

4.2 排水加固

本次案例中，在坡體中部設(shè)置軟式透水管，排水溝主要設(shè)置的位置在邊坡后緣裂縫外側(cè)，軟式透水管是地表水向兩側(cè)排泄，設(shè)置截排水溝主要截流地表水，從坡體兩側(cè)及坡面上向坡腳排泄，排水溝選用M7.5漿砌石，深度為0.50 m，截排水溝兩側(cè)通向坡腳水泥路內(nèi)側(cè)，內(nèi)側(cè)也設(shè)置排水溝，依據(jù)地形水流從東向西排泄，并在坡體周邊設(shè)置排水溝。

4.3 治理后位移場(chǎng)監(jiān)測(cè)

在墻體或土體中預(yù)埋測(cè)斜管進(jìn)行深層水平位移的監(jiān)測(cè)，各深度水平位移通過測(cè)斜儀觀測(cè)[7]。共設(shè)置4個(gè)深層位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)：WF01、WF02、WF03和WF04。深層位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)WF01最大位移值位于地表，治理前位移值為41.8 mm，治理后位移值為19.1 mm；深層位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)WF02在施工工程中位移較明顯，主要是土體上部部發(fā)生位移，治理前最大位移值為-76.1 mm，治理后最終值為-23.4 mm；深層位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)WF03在施工工程中位移較明顯，主要是土體下部發(fā)生位移，治理前最大位移值為-53.5 mm，間隔一年測(cè)得最終值為小于25 mm；深層位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)WF04總體位移量不大，相對(duì)穩(wěn)定，位移較大部位在地表，不影響邊坡的穩(wěn)定性。各深層位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)在施工初階段及竣工初期都有所位移，實(shí)施邊坡治理后逐步趨于穩(wěn)定。

5 結(jié) 語(yǔ)

本文結(jié)合地質(zhì)實(shí)測(cè)和Ansys軟件對(duì)福建永安某邊坡穩(wěn)定性進(jìn)行了分析。分析結(jié)果表明，在天然工況下，邊坡坡角處稍有屈服，但安全系數(shù)處于規(guī)定范圍內(nèi)；在暴雨工況下，當(dāng)?shù)叵滤簧邥r(shí)，邊坡安全系數(shù)受到影響，邊坡整體出現(xiàn)下滑狀態(tài)，邊坡安全系數(shù)不符合控制系數(shù)標(biāo)準(zhǔn)，易形成滑坡或泥石流等自然災(zāi)害。針對(duì)該情況，以重力擋墻和排水加固對(duì)邊坡進(jìn)行治理，經(jīng)對(duì)位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，位移相對(duì)穩(wěn)定，不影響邊坡穩(wěn)定性。

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