不穩(wěn)定邊坡的評(píng)價(jià)方法分析

眭 鵬 程

(太原理工大學(xué)，山西 太原 030024)

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不穩(wěn)定邊坡的評(píng)價(jià)方法分析

眭 鵬 程

(太原理工大學(xué)，山西 太原 030024)

通過(guò)平面滑動(dòng)法，對(duì)杜兒坪礦原煤重介排矸車(chē)間擬建場(chǎng)址處的不穩(wěn)定邊坡進(jìn)行了評(píng)價(jià)，準(zhǔn)確得出了該不穩(wěn)定邊坡現(xiàn)狀和改造后的穩(wěn)定性情況，為擬建車(chē)間的選址提供了可靠依據(jù)。

邊坡，平面滑動(dòng)法，地質(zhì)災(zāi)害，穩(wěn)定性

0 引言

為保障該項(xiàng)目的安全、正常建設(shè)和運(yùn)營(yíng)，避免工程遭受地質(zhì)災(zāi)害破壞，在地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)區(qū)內(nèi)進(jìn)行工程建設(shè)必須在可行性研究階段進(jìn)行地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)估。對(duì)邊坡的穩(wěn)定性分析及處置技術(shù)進(jìn)行深入的研究具有重要的意義。本文通過(guò)平面滑動(dòng)法對(duì)杜兒坪礦原煤重介排矸車(chē)間擬選址處的不穩(wěn)定邊坡進(jìn)行評(píng)價(jià)，得出該邊坡現(xiàn)狀條件下和改造后的穩(wěn)定性，為擬建車(chē)間的選址提供了可靠依據(jù)。

1 杜兒坪礦原煤重介排矸車(chē)間擬建場(chǎng)址概況[1]

杜兒坪礦原煤重介排矸車(chē)間擬建場(chǎng)址位于杜兒坪礦工業(yè)廣場(chǎng)東北部，動(dòng)篩排矸車(chē)間位于南側(cè)邊坡處，原煤重介排矸車(chē)間擬建場(chǎng)址北側(cè)緊靠現(xiàn)動(dòng)篩排矸車(chē)間，擬建場(chǎng)址位于一邊坡之上，坡腳南側(cè)約15 m處為杜兒坪礦原煤筒倉(cāng)。擬建場(chǎng)址西側(cè)有兩座選煤沉淀池，東側(cè)為杜兒坪原煤筒倉(cāng)北部高陡邊坡。

原煤重介排矸車(chē)間是排矸系統(tǒng)工程中重要組成建筑，車(chē)間擬建場(chǎng)地東西方向長(zhǎng)45 m，南北方向長(zhǎng)18 m，占地面積810 m2，檐高26 m，共4層，建筑面積2 647 m2，埋深2.5 m(承臺(tái))，鋼混凝土結(jié)構(gòu)。根據(jù)工程布局和場(chǎng)地地形，設(shè)計(jì)在擬建場(chǎng)址邊坡上打樁78根，先將邊坡整平為標(biāo)高1 116.01 m的地面平臺(tái)。在標(biāo)高1 116 m平臺(tái)基礎(chǔ)上建設(shè)4層原煤重介排矸車(chē)間，樓面為現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)暫定采用樁基承臺(tái)基礎(chǔ)，混凝土空心砌塊填充墻圍護(hù)。

2 不穩(wěn)定邊坡地質(zhì)特征[3,5,6]

原煤重介排矸車(chē)間擬建場(chǎng)址南側(cè)邊坡標(biāo)高1 090 m～1 116.01 m，坡度65°～45°，為一高陡邊坡，邊坡斜長(zhǎng)約35 m，坡寬約45 m～50 m，坡高約21 m～26 m，由上而下共分三級(jí)，見(jiàn)圖1。

第一級(jí)坡長(zhǎng)約12 m～13 m，坡高約7 m～9 m，坡度55°～50°，表面有3 cm～5 cm的水泥漿面，下覆人工覆土(主要以第四系砂礫與亞砂土，局部含碎石或砂礫石透鏡體為主)，厚度分布不均，坡上種植了十多株樹(shù)木；下部巖性為二疊系下統(tǒng)山西組泥巖與砂巖互層。第一級(jí)邊坡坡腳與二級(jí)邊坡坡頂之間設(shè)寬75 cm～150 cm的人行臺(tái)階。

第二級(jí)坡長(zhǎng)約8 m～9 m，坡高約6 m～8 m，坡度60°～65°，表面噴水泥漿，厚約5 cm，下覆人工覆土和二疊系山西組砂、泥巖，沒(méi)有植被。

第三級(jí)坡長(zhǎng)約15 m～16 m，坡高約8 m～9 m，坡度50°～45°，主要以矸石、煤屑、礦井開(kāi)挖棄渣為主，雜填土、粉質(zhì)粘土夾塊石、碎石次之，未經(jīng)壓實(shí)處理，沒(méi)有噴漿。坡腳有一棟2層樓建筑，有管道與筒倉(cāng)相連。各級(jí)邊坡坡頂、坡面及坡腳截(排)水系統(tǒng)不完善。

3 不穩(wěn)定邊坡現(xiàn)狀評(píng)估

杜兒坪礦原煤重介排矸車(chē)間工程擬建場(chǎng)址位于一高陡邊坡之上，因此，對(duì)該邊坡穩(wěn)定性進(jìn)行現(xiàn)狀評(píng)價(jià)。

3.1 擬建場(chǎng)址邊坡的性質(zhì)

擬建場(chǎng)址邊坡為松散礫石及粘土覆蓋與軟硬巖交互巖質(zhì)邊坡，巖體較完整，但結(jié)構(gòu)面結(jié)合差，傾角55°～60°，總高度21 m～26 m，第一、第二級(jí)坡面及坡頂噴漿，噴漿厚度約5 cm，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)裂縫。第三級(jí)主要以矸石、煤屑、礦井開(kāi)挖棄渣為主，未經(jīng)壓實(shí)處理，沒(méi)有噴漿；為自穩(wěn)性差邊坡。根據(jù)GB 50330—2002建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范附錄A[2]，將第一、二級(jí)邊坡視為整體邊坡巖體類型為Ⅱ類，第三級(jí)邊坡巖體類型為Ⅲ類。

根據(jù)GB 50330—2002建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范表3.2.1[2]，第一、二級(jí)邊坡屬巖質(zhì)邊坡，巖體類型為Ⅱ類，邊坡高度約13 m～17 m，破壞后果嚴(yán)重，安全等級(jí)二級(jí)。第三級(jí)邊坡屬巖土質(zhì)邊坡，巖體類型為Ⅲ類，邊坡高度8 m～9 m，破壞后果嚴(yán)重，安全等級(jí)為二級(jí)。

由于該邊坡產(chǎn)生平面崩塌、滑動(dòng)的可能性較大，因此根據(jù)GB 50330—2002建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范中5.2.4條[2]，采用平面滑動(dòng)法對(duì)該建筑邊坡穩(wěn)定性進(jìn)行評(píng)價(jià)。

3.2 計(jì)算公式及參數(shù)選取

平滑滑動(dòng)法邊坡穩(wěn)定性系數(shù)按式(1)計(jì)算：

(1)

其中，Ks為邊坡穩(wěn)定系數(shù)；γ為巖土體的重度，kN/m3;c為結(jié)構(gòu)面的粘聚力，kPa;φ為結(jié)構(gòu)面的內(nèi)摩擦角，(°);A為結(jié)構(gòu)面的面積，m2;V為巖體的體積，m3;θ為結(jié)構(gòu)面的傾角，(°)。

GB 50330—2002建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范4.5.5條規(guī)定邊坡巖體等效內(nèi)摩擦角按當(dāng)?shù)亟?jīng)驗(yàn)確定，當(dāng)無(wú)經(jīng)驗(yàn)時(shí)，按表1確定。

表1 邊坡等效內(nèi)摩擦角標(biāo)準(zhǔn)值

1)第一、二級(jí)邊坡(B1)計(jì)算參數(shù)選?。喊凑毡?可得邊坡巖體的等效內(nèi)摩擦角(相當(dāng)于臨界坡角)在70°～60°，根據(jù)坡頂裂縫的發(fā)育情況，擬建場(chǎng)址在第一級(jí)、第二級(jí)邊坡上打樁，第一、二級(jí)邊坡坡高13 m～17 m，計(jì)算取15 m，坡度55°～65°，計(jì)算取65°。等效內(nèi)摩擦角定為60°，這也是邊坡破裂角。

2)第三級(jí)邊坡(B2)計(jì)算參數(shù)選?。簝?nèi)摩擦角取50°,邊坡高度8 m～9 m，計(jì)算取9 m，坡度45°～50°，計(jì)算取50°。

邊坡穩(wěn)定安全計(jì)算參數(shù)取值見(jiàn)表2。

表2 邊坡穩(wěn)定安全計(jì)算參數(shù)取值表

3.3 計(jì)算結(jié)果

根據(jù)式(1)計(jì)算得出擬建場(chǎng)址第一、二級(jí)邊坡(B1)的穩(wěn)定系數(shù)為1.074，第三級(jí)邊坡(B2)的穩(wěn)定系數(shù)為1.196。根據(jù)GB 50330—2002建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范表5.3.1[2]，二級(jí)邊坡利用平面滑動(dòng)法計(jì)算的穩(wěn)定系數(shù)大于1.30，屬于穩(wěn)定邊坡。從邊坡的變形傾向和自穩(wěn)性來(lái)看，擬建場(chǎng)址邊坡自然條件下處于不穩(wěn)定狀態(tài)。

該邊坡自穩(wěn)性較差，屬不穩(wěn)定邊坡。但現(xiàn)狀條件下未形成地質(zhì)災(zāi)害，未造成人員傷亡或財(cái)產(chǎn)損失，危害小，危險(xiǎn)性小。評(píng)估區(qū)內(nèi)未發(fā)現(xiàn)崩塌、滑坡地質(zhì)災(zāi)害。

4 不穩(wěn)定邊坡預(yù)測(cè)評(píng)估

原煤重介排矸車(chē)間擬建場(chǎng)址位于邊坡之上，標(biāo)高1 090 m～1 116.01 m，最大相對(duì)高差26 m，第一、第二級(jí)坡度50°～65°。根據(jù)工程布局和場(chǎng)地地形，《杜兒坪礦原煤重介排矸系統(tǒng)可行性研究報(bào)告》[4]設(shè)計(jì)在第一、第二級(jí)邊坡上打樁78根，將邊坡整平為標(biāo)高1 116.01 m的地面平臺(tái)。在平臺(tái)基礎(chǔ)上建設(shè)高26 m，共4層的原煤重介排矸車(chē)間，預(yù)計(jì)原煤重介排矸車(chē)間工程建設(shè)的挖填方規(guī)模約3 850 m3，該項(xiàng)目尚處于可行研究階段，擬建場(chǎng)址預(yù)測(cè)地質(zhì)剖面圖見(jiàn)圖2。原煤重介排矸車(chē)間擬建場(chǎng)址邊坡在建設(shè)和運(yùn)營(yíng)過(guò)程中，由于可能存在對(duì)破體進(jìn)行開(kāi)挖、坡頂加載、施工用水等因素，

將破壞坡體的完整性，極易引發(fā)崩塌、滑坡地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生。因此，對(duì)該不穩(wěn)定邊坡進(jìn)行預(yù)測(cè)評(píng)估。

不穩(wěn)定邊坡危險(xiǎn)性預(yù)測(cè)評(píng)估是在分析排矸車(chē)間擬建場(chǎng)址的工程地質(zhì)條件的基礎(chǔ)上，同時(shí)考慮不穩(wěn)定邊坡遭遇強(qiáng)降水和施工用水(造成巖體抗剪強(qiáng)度指標(biāo)降低)及坡頂增加荷載的最不利情況下，結(jié)合現(xiàn)狀評(píng)估利用平滑法對(duì)不穩(wěn)定邊坡的穩(wěn)定性進(jìn)行分析。

在以上不利因素影響下巖體抗剪強(qiáng)度指標(biāo)降低，巖體的完整性將遭受?chē)?yán)重破壞，在強(qiáng)降水入滲至裂隙形成的動(dòng)、靜水壓力作用下，形成小塊體的撒落；巖石塊體具備沿節(jié)理裂隙面產(chǎn)生滑移破壞的空間條件和動(dòng)力條件，邊坡的穩(wěn)定性將會(huì)更差，穩(wěn)定系數(shù)將遠(yuǎn)小于穩(wěn)定安全系數(shù)。因此，該不穩(wěn)定邊坡在以上因素的作用和影響下，工程建設(shè)過(guò)程中將加劇引發(fā)滑坡地質(zhì)災(zāi)害的可能性，發(fā)生崩塌、滑坡地質(zhì)災(zāi)害的可能性極大。

建設(shè)過(guò)程中如發(fā)生崩塌或滑坡地質(zhì)災(zāi)害，預(yù)計(jì)造成擬建原煤重介排矸車(chē)間和坡下2層建筑物的損毀，直接經(jīng)濟(jì)損失將超過(guò)1 000萬(wàn)元。排矸車(chē)間工程建設(shè)施工作業(yè)時(shí)的人員預(yù)計(jì)每班有20人～30人。不穩(wěn)定邊坡如發(fā)生滑坡、崩塌地質(zhì)災(zāi)害，預(yù)計(jì)受威脅的人數(shù)約20人～30人，造成的地質(zhì)災(zāi)害危害程度較大，危險(xiǎn)性較大。

5 結(jié)語(yǔ)

1)擬建場(chǎng)址邊坡工程建設(shè)挖、填方引發(fā)崩塌、滑坡等地質(zhì)災(zāi)害可能性大，危害程度大，危險(xiǎn)性大；該項(xiàng)目擬建場(chǎng)址區(qū)為地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性“大”區(qū)，對(duì)擬建場(chǎng)址邊坡必須采取有效的防治措施后方可進(jìn)行建設(shè)，地質(zhì)災(zāi)害防治難度大，土地適宜性為“適宜性差”。

2)根據(jù)擬建場(chǎng)址高陡邊坡穩(wěn)定性的評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)結(jié)果為擬建場(chǎng)址邊坡處于不穩(wěn)定狀態(tài)，工程建設(shè)中邊坡自穩(wěn)定性較差，必須進(jìn)行加固和有效防治措施治理。治理方法應(yīng)采用錨桿加預(yù)應(yīng)力錨索，二次高壓注漿，外鋪雙層金屬網(wǎng)，并噴射15 cm厚混凝土，邊坡上下及馬道設(shè)截、排水溝，減少降水對(duì)巖體破壞等施工方案。

3)當(dāng)以上防治措施難以實(shí)施時(shí)應(yīng)另選場(chǎng)址。

[1] 張曉亮.杜兒坪礦原煤重介排矸車(chē)間建設(shè)項(xiàng)目地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)估報(bào)告[R].太原：山西省煤炭地質(zhì)水文勘查研究院,2013.

[2] GB 50330—2002，建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范[S].

[3] 杜兒坪礦生產(chǎn)任務(wù)樓1號(hào)綜采庫(kù)巖土工程勘察報(bào)告(詳勘)[R].太原：西山煤電集團(tuán)公司設(shè)計(jì)院，2013.

[4] 杜兒坪礦原煤重介排矸系統(tǒng)可行性研究報(bào)告[R].北京：中礦國(guó)際工程設(shè)計(jì)研究院有限公司，2013.

[5] 太原市萬(wàn)柏林區(qū)地質(zhì)災(zāi)害核查報(bào)告[R].太原：太原理工大學(xué)，2010.

[6] 太原市萬(wàn)柏林區(qū)地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查與區(qū)劃報(bào)告[R].太原：山西煤炭地質(zhì)研究院，2006.

Analysis on evaluation method of unstable slope

Sui Pengcheng

(TaiyuanUniversityofTechnology,Taiyuan030024,China)

Evaluation of slope instability based on sliding plane method in Du’erping coal mine gangue heavy medium workshop site. The present situation and the stability of the unstable slope are obtained. It provides a reliable basis for the site selection of the proposed workshop.

slope, plane sliding method, geologic hazard, stability

1009-6825(2016)27-0074-02

2016-07-13

眭鵬程(1983- )，男，工程師

P694

A