李文文,楊志鵬

(甘肅林業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院,甘肅 天水 741020)

0 引言

天水市是典型的山間河谷盆地型城市。區(qū)內(nèi)黃土分布廣,厚度大,垂直節(jié)理和裂隙發(fā)育,降雨集中分布,致使溝壑縱橫,地貌地形支離破碎,地質(zhì)環(huán)境十分脆弱[1-3],在自然因素以及人類工程活動(dòng)影響下,滑坡、泥石流、崩塌、不穩(wěn)定斜坡失穩(wěn)等地質(zhì)災(zāi)害現(xiàn)象頻繁發(fā)生[4]。現(xiàn)已查明天水市有地質(zhì)災(zāi)害隱患點(diǎn)1 578處,其中滑坡1 168處,泥石流212處,崩塌198處。隨著城鎮(zhèn)化和鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略深入發(fā)展,區(qū)內(nèi)地質(zhì)環(huán)境問題將更加突出,深入開展當(dāng)?shù)鼗隆⒛嗍鳛?zāi)害研究與防治具有重要的實(shí)際意義。

麥積山國際露營地綜合體項(xiàng)目是集休閑度假、戶外運(yùn)動(dòng)、露營體驗(yàn)、兒童娛樂、研學(xué)教育等為一體的旅游綜合體,位于穎川河北岸階地。項(xiàng)目建設(shè)過程中將形成高6-14m的工程邊坡,嚴(yán)重影響項(xiàng)目的正常建設(shè)和運(yùn)營。本文將基于野外調(diào)查、現(xiàn)場測繪以及工程勘察,分析老滑坡的地質(zhì)環(huán)境背景,重點(diǎn)對老滑坡成災(zāi)機(jī)理及坡腳工程邊坡穩(wěn)定性進(jìn)行分析,以期為該地區(qū)的防災(zāi)減災(zāi)提供技術(shù)支撐。

1 地質(zhì)環(huán)境背景概況

項(xiàng)目地處潁川河一級階地,地勢總體向河谷傾斜,東北高西南低。地貌單元屬潁川河河谷堆積區(qū)和黃土丘陵區(qū)。場地揭露地層主要第四系滑動(dòng)堆積的粉土、礫砂、粉質(zhì)黏土,第四系沖洪積堆積的圓礫、礫砂以及新近系泥巖。區(qū)域地處六盤山南北地震帶中段的銀川-天水-武都帶和秦嶺北緣東西地震帶與中部天水-蘭州帶的交匯復(fù)合部位,使得區(qū)域構(gòu)造非常復(fù)雜,斷裂、褶皺發(fā)育,與地質(zhì)災(zāi)害的分布呈現(xiàn)一定的相關(guān)性[5-7],且地震活動(dòng)的強(qiáng)度大、頻率高,有明顯的成群分布的特點(diǎn),具有活躍—平靜相互交替的活動(dòng)態(tài)勢[8-10]。新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)以不均勻的間歇性升降運(yùn)動(dòng)為主,表現(xiàn)為河谷深切及穎川河階地的形成。

2 災(zāi)害體成災(zāi)機(jī)理分析

根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查及工勘資料顯示,擬建場地東南黃土丘陵斜坡為老滑坡堆積體?，F(xiàn)場地形切割痕跡表明,該斜坡體曾多次發(fā)生滑動(dòng),致使平面呈現(xiàn)兩條明顯“舌”狀產(chǎn)出(圖1),地形整體破碎,細(xì)溝沖溝發(fā)育?，F(xiàn)今,老滑坡后壁高位拉痕明顯(圖2),坡體呈東―西走向,坡向250°～255°,整體坡度10°～30°,坡面呈臺階狀,臺階寬度5.0～15.0 m不等。工勘結(jié)果表明:H1滑坡堆積體以黃土、泥巖以及砂礫混雜堆積。黃土為淺黃色、黃色粉質(zhì)黏土、粉土,棕紅色泥巖多呈團(tuán)塊狀,夾鈣質(zhì)、泥質(zhì)結(jié)核物,呈不均勻分布。新近系泥巖成巖程度低,透水性差,易于匯集水流,遇水易軟化,使其強(qiáng)度降低[11-13]。

圖1 災(zāi)害體分布特征圖

綜合判定H1滑坡為由地震誘發(fā),主要體現(xiàn)在:(1)滑坡后壁位置高。高位拉裂面位于坡體頂部,系黃土梁頂部土體整體下錯(cuò)形成;(2)地層層序紊亂。地震滑坡動(dòng)能大,滑距遠(yuǎn),使砂礫層以及褐紅色泥巖成團(tuán)斷續(xù)出現(xiàn)且泥巖產(chǎn)出角度大于區(qū)域接觸角度4°～10°;(3)坡面臺地成階梯狀。地震波的不均勻傳播使近坡面部分土體產(chǎn)生剪張破壞形成,受地震波震動(dòng)作用,斜坡土體松散堆積,裂隙發(fā)育,在后期風(fēng)化、凍脹作用及水力侵蝕作用下,坡面支離破碎,在短時(shí)集中降雨作用下,易再次失穩(wěn)破壞,降雨誘發(fā)次級滑坡的形成,主要表現(xiàn)為[14-15]:(1)地表水滲入黃土體內(nèi)部使其重量增加,下滑力增大,并使土體被軟化,降低了其抗剪強(qiáng)度;(2)水分沿著土體節(jié)理裂隙下滲,水分的介入使有效應(yīng)力減小,形成軟弱通道,滑帶物質(zhì)該位置富集、轉(zhuǎn)運(yùn)。如在坡體中下部存在層厚約1.5 m次棱角-亞圓狀飽和狀砂礫層;(3)地表水下滲補(bǔ)給地下水,使得對巖土體產(chǎn)生浮力作用。

圖2 H1老滑坡形態(tài)及物質(zhì)結(jié)構(gòu)特征圖

3 不穩(wěn)定斜坡概況

據(jù)現(xiàn)場訪問,H1滑坡于滑動(dòng)時(shí)間不詳,歷史上未造成人員傷亡。現(xiàn)階段,H1老滑坡體未見明顯整體變形跡象。因工程建設(shè)開挖H1滑坡體坡腳前緣,形成BW1以及BW2不穩(wěn)定斜坡。

3.1 BW1不穩(wěn)定斜坡基本概況

BW1不穩(wěn)定斜坡發(fā)育于商業(yè)街北側(cè)潁川河階地斜坡坡腳地帶,整體呈“圈椅”狀展布,根據(jù)規(guī)劃需侵占坡腳場地,侵占縱向長度約27 m,寬度143 m,致使形成高4～9 m的邊坡,斜坡平面總面積約4 438 m2,坡向236°～266°。斜坡坡頂為規(guī)劃寬6 m景觀大道,坡腳為露營地商業(yè)街,以2F鋪面為主。

BW1不穩(wěn)定斜坡物質(zhì)組成主要為滑坡堆積層含砂礫粉質(zhì)粘土,土體結(jié)構(gòu)松散,在斜坡村道位置可見明顯的兩條變形張拉裂縫,坡腳受人為削坡改造平臺,坡體上緩下陡呈折線狀,前緣陡直,相對高差較大,臨空條件優(yōu)越(圖3)。根據(jù)工程勘察資料表明,坡腳中上部有透鏡體砂礫層,層厚約3.5 m,延伸長度47 m,傾斜23°,為地下水富集、轉(zhuǎn)運(yùn)通道。

3.2 BW2不穩(wěn)定斜坡基本概況

BW2不穩(wěn)定斜坡發(fā)育于宿舍樓北側(cè)潁川河階地斜坡坡腳地帶,整體呈“條帶”狀展布,根據(jù)規(guī)劃需侵占坡腳場地,侵占縱向長度約16 m,寬度94 m,致使形成高12～14 m的邊坡,斜坡平面總面積約1 445 m2,坡向265°。斜坡坡頂為老滑坡形成的滑坡平臺,寬約55 m,坡腳為露營地4F宿舍樓。

BW2不穩(wěn)定斜坡物質(zhì)組成主要為滑坡堆積層粉質(zhì)粘土,土體結(jié)構(gòu)松散,經(jīng)現(xiàn)場調(diào)查,前后緣未見明顯變形特征。坡腳受人為削坡改造,前緣陡直,相對高差較大,臨空條件優(yōu)越(圖4)。根據(jù)工程勘察資料表明,坡腳中上部有透鏡體砂礫層,層厚約2.0 m,延伸長度24 m,傾斜18°。

1-新近系砂質(zhì)泥巖;2-第四系滑動(dòng)堆積粉質(zhì)粘土;3-第四系沖洪積碎石土(圓礫);4-第四系滑動(dòng)堆積碎石土(砂礫);5-潛在滑動(dòng)面;6-地下水位線;7-鉆孔

4 不穩(wěn)定斜坡穩(wěn)定性計(jì)算

考慮到斜坡為老的滑坡堆積體,土質(zhì)不均,含富水性高的砂礫層,地下水位位于該層附近,并結(jié)合野外調(diào)查及工勘報(bào)告,綜合確定坡腳斜坡失穩(wěn)為折現(xiàn)型滑動(dòng),均質(zhì)的粉質(zhì)粘土層失穩(wěn)為圓弧型滑動(dòng)。采用計(jì)算公式如下:

Kf=

其中:Rn=Wn(((1-ru)cosαn-Asinαn)-RDn)tanφn+CnLn)

Tn=Wn(sinαn+Acosαn)+TDn

式中:ψj為傳遞系數(shù);Wi為第i條塊重力(KN/m);Ci為第i條塊黏聚力(kPa);φi為第i條塊土的內(nèi)摩擦角(°);Li為第i條塊滑動(dòng)面長度(m);αi為第i條塊滑面傾角(°);A為地震加速度;ru為孔隙壓力比;Kf為穩(wěn)定系數(shù);

4.1 計(jì)算斷面選擇、參數(shù)確定

選?、?Ⅱ′剖面對BW1斜坡進(jìn)行穩(wěn)定性計(jì)算評價(jià),選取Ⅴ-Ⅴ′剖面對BW2斜坡進(jìn)行穩(wěn)定性評價(jià),潛在滑動(dòng)面為砂礫層及粉質(zhì)粘土沿地下水位線的折線形滑動(dòng)以及粉質(zhì)粘土層中圓弧形滑動(dòng)。

圖5 Ⅱ-Ⅱ′剖面計(jì)算模型

圖6 Ⅴ-Ⅴ′剖面計(jì)算模型

表1 室內(nèi)試驗(yàn)土體物理參數(shù)

4.2 巖土體物理力學(xué)參數(shù)分析及取值

4.2.1 巖土體重度

根據(jù)室內(nèi)土工試驗(yàn)所得TJ56探井(BW2斜坡上部平臺位置)內(nèi)粉質(zhì)粘土天然密度為1.79～1.86 g/cm3,飽和密度(飽和度大于85%)1.89～1.94 g/cm3。具體試驗(yàn)結(jié)果見表1。

4.2.2 抗剪強(qiáng)度參數(shù)

滑帶土抗剪強(qiáng)度根據(jù)試驗(yàn)成果和反演分析相結(jié)合的方法確定。

反演取值:根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查判斷,現(xiàn)狀BW1不穩(wěn)定斜坡淺層(Ⅱ-Ⅱ′)發(fā)生過滑動(dòng),根據(jù)勘查揭露,滑面位于地下水位以上,因此,反演過程中穩(wěn)定性系數(shù)取值如下:將BW2斜坡Ⅱ-Ⅱ′斷面恢復(fù)至原始地面,形態(tài)近似于BW2邊坡Ⅴ-Ⅴ′斷面,在“自重+暴雨”工況下,穩(wěn)定系數(shù)取值0.98進(jìn)行反算其抗剪強(qiáng)度。巖土體的力學(xué)參數(shù)反演計(jì)算結(jié)果見表2。

通過室內(nèi)試驗(yàn)以及反演分析,結(jié)合地區(qū)經(jīng)驗(yàn),土體抗剪強(qiáng)度參數(shù)取值詳見表3。

表2 自重+暴雨BW1抗剪強(qiáng)度(淺層)參數(shù)反演分析表

表3 穩(wěn)定性計(jì)算巖土體參數(shù)取值

4.2.3 計(jì)算工況

本次工勘期間,對勘探孔進(jìn)行水位測量,經(jīng)查大部分鉆孔可見地下水位,工程區(qū)地震基本烈度為Ⅷ度,依據(jù)《滑坡防治工程設(shè)計(jì)與施工技術(shù)規(guī)范》(DZ/T0219-2006)的工況要求,考慮在以下3種工況下分別計(jì)算滑坡穩(wěn)定性:

(1)工況Ⅱ:自重+(地下水),考慮自重及附加荷載,水位以上采用天然狀態(tài)下的C、φ值和天然容重,地下水位以下,取飽和抗剪強(qiáng)度及飽和容重。

(2)工況Ⅲ:自重+暴雨+(地下水),水位上升1.6 m,水位以上采用滑帶(面)土天然狀態(tài)下的C、φ值和滑體天然容重,以下采用滑面飽水狀態(tài)下的C、φ值,飽水時(shí)的容重。

(3)工況Ⅳ:自重+地震+(地下水),采用滑帶(面)土天然狀態(tài)下的C、φ值和滑體天然容重,考慮地震力,設(shè)計(jì)基本地震加速度值為0.30 g,根據(jù)《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范》GB50330-2013水平地震影響系數(shù)0.025。

表4 穩(wěn)定性計(jì)算成果表

表5 錨桿容許最小截面積計(jì)算表

5 防治工程措施

根據(jù)不穩(wěn)定斜坡體的地質(zhì)環(huán)境、坡體結(jié)構(gòu)、巖土體工程地質(zhì)特性及成因和變形因素等條件,提出了“錨索框架+坡腳擋土墻+外圍排水渠”的綜合治理措施。

6 結(jié)語

(1)麥積山國際中心老滑坡為地震誘發(fā),平面上呈圈椅狀分布,具有滑距長、滑坡后壁高陡、滑體呈階梯狀等分布特點(diǎn)?；w為第四系黃土、砂礫及新近系泥巖混雜堆積物,滑床為強(qiáng)風(fēng)化帶泥巖,屬地震?降雨耦合型滑坡。

(2)天水降水量在年內(nèi)分配很不均勻,6-9月份降水量占全年降水量的70%,且多以短時(shí)強(qiáng)降雨形式出現(xiàn)。致使麥積山國際中心坡面細(xì)溝、沖溝發(fā)育,地形支離破碎,在多次降雨激發(fā)作用下,容易導(dǎo)致高陡臨空面位置再次失穩(wěn)破壞。

(3)通過傳遞系數(shù)法分析工程建設(shè)形成的不穩(wěn)定斜坡BW1及BW2,結(jié)果表明:天然狀態(tài)下斜坡處于基本穩(wěn)定狀態(tài);在暴雨工況下,處于欠穩(wěn)定狀態(tài);地震+暴雨工況下,斜坡將再次失穩(wěn)破壞,威脅下方商業(yè)街鋪。采用“錨索框架+坡腳擋土墻+外圍排水渠”對斜坡進(jìn)行整治。