云南省尋甸縣某邊坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)方法研究

許漢華 ，劉文連 ，田 濤 ，雍 睿 ，杜時(shí)貴 ，槐以高

（1.中國(guó)有色金屬工業(yè)昆明勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司，云南 昆明 650051；2.紹興文理學(xué)院，浙江 紹興 312000）

1 概述

邊坡穩(wěn)定性分析、評(píng)價(jià)問(wèn)題，盡管對(duì)其研究由來(lái)已久，但一直是工程地質(zhì)、巖土工程、邊坡工程的一項(xiàng)重要研究?jī)?nèi)容課題及核心問(wèn)題，它在為邊坡穩(wěn)定性進(jìn)行評(píng)價(jià)的同時(shí)，也是為工程技術(shù)人員合理設(shè)計(jì)邊坡提供相關(guān)依據(jù)，是巖土工程、邊坡工程設(shè)計(jì)和施工的基礎(chǔ)。而邊坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)結(jié)果的正確與否直接關(guān)系到巖土工程、邊坡工程的成敗。

目前邊坡穩(wěn)定性的分析評(píng)價(jià)方法發(fā)展迅速，多種多樣，已形成了多種方法并存，又各有其自身優(yōu)缺點(diǎn)的局面。大體上可以將它們分為定性分析方法和定量分析方法兩類。盡管這些評(píng)價(jià)方法經(jīng)過(guò)許許多多專家學(xué)者及工程師的不斷努力取得該領(lǐng)域的很多成果，已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用，但由于邊坡穩(wěn)定性受多方面因素影響，且各因素又具有復(fù)雜性及不確定性(如模糊性、隨機(jī)性、信息不完全性和未確定性)，故傳統(tǒng)的確定性分析方法（如蒙特-卡洛模擬法、極限平衡理論、一次二階矩法）用于邊坡工程的分析結(jié)果與實(shí)際不能完全吻合，分析結(jié)果并不十分理想；而不確定性分析方法（如灰色理論、模糊數(shù)學(xué)、信息模型法、數(shù)量化理論）用于邊坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)的準(zhǔn)確性與實(shí)際情況之間仍有差距[1]。邊坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)方法也由定性分析向定量分析、定性和定量綜合分析方向發(fā)展[2]。

隨著改革開放的不斷深入，我國(guó)經(jīng)濟(jì)的蓬勃興起和發(fā)展、科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，尤其是西部大開發(fā)，西南和西北及其他山區(qū)的工程活動(dòng)越來(lái)越多，目前我國(guó)各地正大規(guī)模的開展水利水電、礦業(yè)露天采礦、能源、交通（鐵路、公路、機(jī)場(chǎng)等）基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，其中不可避免的面臨邊坡問(wèn)題，邊坡巖土體的崩塌、滑坡及泥石流等地質(zhì)災(zāi)害失穩(wěn)破壞將給人民生命財(cái)產(chǎn)帶來(lái)巨大損失，為巖土工程、邊坡工程的研究、發(fā)展創(chuàng)造了良好的條件，同時(shí)也需要加強(qiáng)對(duì)邊坡工程穩(wěn)定性分析評(píng)價(jià)方法方面的研究，以指導(dǎo)工程的設(shè)計(jì)與施工[3，4]。由于自然地理原因和人為擾動(dòng)，邊坡所造成的災(zāi)害在我國(guó)已成為僅次于地震的第二大地質(zhì)災(zāi)害[5]，因此掌握邊坡工程的穩(wěn)定性分析評(píng)價(jià)方法和安全研究，對(duì)于工程的設(shè)計(jì)與施工均有重要意義。

2 研究區(qū)邊坡特征

2.1 地層組成

研究區(qū)屬侵蝕剝蝕低中山緩坡地貌，組成工程邊坡的主要地層為第四系人工填土、粉質(zhì)黏土，其下伏基巖寒武系下統(tǒng)龍王廟組層砂泥質(zhì)板巖。根據(jù)鉆探揭露，表部的人工填土一般較松散，隨深度增加，壓實(shí)度有所增加，局部間夾碎石塊石，均勻性較差。粉質(zhì)黏土②層為可塑狀態(tài)，局部硬塑狀態(tài)，垂直方向上分布不均勻，水平上分布連續(xù)，滲透性差，屬隔水層。構(gòu)成坡體的基巖多為強(qiáng)、全風(fēng)化砂泥質(zhì)板巖，巖體完整程度屬破碎狀，依據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《巖土工程勘察規(guī)范（2009 年版）》（GB50021-2001）3.2 巖石的分類和鑒定表3.2.2-3巖體基本質(zhì)量等級(jí)分類判定巖體基本質(zhì)量等級(jí)為V級(jí)。

2.2 水文地質(zhì)條件

研究區(qū)內(nèi)部基本整平，邊坡下部近直立，上部填土按1：1.2放坡，放坡坡度約40°。場(chǎng)地地下水埋深較深，本次鉆孔深度未揭露到。邊坡坡面未采取任何防護(hù)措施，雨季期間，大氣降水僅少量補(bǔ)給到地下土層中，絕大部分降水隨著地勢(shì)流向邊坡，少部分雨水入滲人工填土，大部分雨水流入下游的溝谷中，由于表部人工填土較為松散，相對(duì)含水量會(huì)較大。

2.3 邊坡范圍

研究區(qū)場(chǎng)地平整作業(yè)已基本施工完畢，在場(chǎng)地南側(cè)形成了邊坡，勘察邊坡坡面現(xiàn)狀長(zhǎng)約100m，寬5～10m，堆填土厚度約 0.5～6.5m，邊坡高度 4～9.0m，坡面局部地段被地表水流沖刷成水溝狀。坡腳部位已修筑了毛石擋墻進(jìn)行支擋。從平面圖上來(lái)看，邊坡范圍為a至e段。如圖1所示。

圖1 研究區(qū)推測(cè)原沖溝地形平面示意圖

3 影響邊坡穩(wěn)定性主要因素分析

3.1 邊坡地形條件

研究區(qū)原始地形為沖溝，坡度約20°，現(xiàn)狀由于堆填了人工填土，尚未完成自重固結(jié)，土質(zhì)松散，邊坡坡度在35°～45°間，坡頂距離建筑物僅1.0m左右，坡度較陡，且該邊坡表層巖土體松散，有利于降水的入滲，存在邊坡可能失穩(wěn)的地形因素。

3.2 邊坡地層結(jié)構(gòu)

邊坡坡體地層主要為第四系人工填土、粉質(zhì)黏土、寒武系下統(tǒng)龍王廟組層砂泥質(zhì)板巖。組成邊坡的主要地層人工填土①層填筑厚度較大，成分不均勻，天然含水量較高，密實(shí)度低，滲透性較好，抗剪強(qiáng)度較低，有利于地表水的入滲；其下的強(qiáng)風(fēng)化板巖，節(jié)理裂隙發(fā)育，滲透性較好，有利于地下水的下滲，但不易賦存于土體中。在人工填土其下為粉質(zhì)粘土層，屬隔水層。地下水下滲至粉質(zhì)粘土層處，即會(huì)沿著粉質(zhì)粘土面流向下游，難以入滲下部基巖。

3.3 地表水、地下水條件

由于人類工程活動(dòng)，改變了邊坡的地形條件及表層土的出露情況，研究區(qū)邊坡段地勢(shì)較低，地表水匯集于此，部分下滲進(jìn)入人工填土層及其他層位，短時(shí)間內(nèi)，一方面會(huì)改變土體的天然重度，另一方面將會(huì)降低巖土本層的抗剪強(qiáng)度，對(duì)邊坡穩(wěn)定性不利。

4 邊坡穩(wěn)定性分析

4.1 邊界條件確定

根據(jù)組成邊坡的地形條件、地質(zhì)條件及挖填情況，對(duì)布設(shè)的邊坡段面進(jìn)行穩(wěn)定性驗(yàn)算，驗(yàn)算工況：（1）土體天然狀態(tài)下考慮坡頂加載：不考慮地震和考慮地震的情況下分別計(jì)算；（2）土體在暴雨季節(jié)臨時(shí)飽水情況考慮坡頂加載：不考慮和考慮地震的情況下分別計(jì)算。

4.2 計(jì)算指標(biāo)選取

本次研究對(duì)組成邊坡的主要土層進(jìn)行了取樣。為確定組成坡體地層的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)，進(jìn)行了固結(jié)快剪試驗(yàn)及浸水固結(jié)快剪試驗(yàn)。根據(jù)地層組成情況以及室內(nèi)土工試驗(yàn)指標(biāo)綜合分析，對(duì)填土層采用直剪快剪試驗(yàn)指標(biāo)，對(duì)黏性土及基巖分別采用天然狀態(tài)下的固結(jié)快剪試驗(yàn)指標(biāo)和浸水固結(jié)快剪試驗(yàn)指標(biāo)，經(jīng)適當(dāng)修正后，采用工程類比法及反分析法驗(yàn)證，確定驗(yàn)算中坡體地層的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)，邊坡計(jì)算模型中把擋墻看作一個(gè)巖土體。計(jì)算參數(shù)按表1、2 采用。

表1 天然狀態(tài)下邊坡驗(yàn)算參數(shù)取值表

表2 飽水狀態(tài)下邊坡驗(yàn)算參數(shù)取值表

4.3 穩(wěn)定性分析驗(yàn)算

根據(jù) 《巖土工程勘察規(guī)范 (2009年版)》（GB50021-2001）及有關(guān)邊坡穩(wěn)定性計(jì)算規(guī)程，按現(xiàn)狀條件下對(duì)邊坡的不同斷面進(jìn)行穩(wěn)定性計(jì)算。由于構(gòu)成邊坡的土層為人工填土及粉質(zhì)粘土、強(qiáng)-全風(fēng)化砂泥質(zhì)板巖，對(duì)邊坡穩(wěn)定性影響較大的是土體的物理力學(xué)性質(zhì)，而非巖體的結(jié)構(gòu)面控制。因此采用 《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范》（GB50330-2013）推薦的圓弧滑移法的公式。采用里正巖土計(jì)算軟件6.0版本，邊坡穩(wěn)定性計(jì)算程序，各驗(yàn)算斷面采用自動(dòng)搜索最危險(xiǎn)滑面方式進(jìn)行驗(yàn)算，各斷面驗(yàn)算結(jié)果及邊坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)見(jiàn)表3、4。

表3 邊坡穩(wěn)定性系數(shù)驗(yàn)算結(jié)果及評(píng)價(jià)表

表4 邊坡穩(wěn)定性系數(shù)驗(yàn)算結(jié)果及評(píng)價(jià)表

5 邊坡治理方案

根據(jù)邊坡穩(wěn)定性分析計(jì)算結(jié)果，考慮邊坡現(xiàn)狀條件及各類邊坡支擋結(jié)構(gòu)的適用條件，針對(duì)該邊坡建議采取綜合治理措施。治理措施建議如下：

1）對(duì)于填土厚度相對(duì)較薄，邊坡支護(hù)高度較小，坡度較緩的邊坡段（ab、bc、de 段，如圖 1 所示）：由于已修筑了毛石擋墻進(jìn)行支擋，建議對(duì)坡面采用拱形漿砌片石進(jìn)行護(hù)坡處理，拱內(nèi)進(jìn)行植被綠化。

2）對(duì)于填土厚度較厚，邊坡支護(hù)高度較高，坡度較陡的區(qū)域（cd段，如圖1所示）。

方案一：可采用“錨桿+現(xiàn)有擋墻”型式。考慮到邊坡坡腳已修筑毛石擋墻進(jìn)行支擋，本方案在利用已有擋墻的情況下，在墻體上設(shè)置抗滑錨桿，和原有擋墻形成共同的邊坡加固措施，錨桿須進(jìn)入穩(wěn)定的持力層：強(qiáng)風(fēng)化-中風(fēng)化砂泥質(zhì)板巖。

方案二：可采用“抗滑樁+現(xiàn)有擋墻”型式。本方案在利用已有擋墻的情況下，在坡體中部設(shè)置一定數(shù)量的抗滑管樁，管樁須穿過(guò)表層人工填土，進(jìn)入下部穩(wěn)定地層一定深度，用于支擋人工填土段的滑動(dòng)力，穩(wěn)定邊坡。樁端持力層可選擇強(qiáng)風(fēng)化-中風(fēng)化砂泥質(zhì)板巖④2、④3層。錨固深度建議為設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)的三分之一以上。管樁材料可選擇鋼管樁或者混凝土管樁。

方案三：可采用“現(xiàn)有擋墻+土體加固”型式。從邊坡穩(wěn)定性驗(yàn)算剖面來(lái)看，分布于淺表部人工填土層內(nèi)，可采用注漿加固的手段對(duì)填土進(jìn)行加固處理，以增強(qiáng)土體的抗剪強(qiáng)度，降低其滲透性和變形。

3）總體上在邊坡坡頂后緣設(shè)置一條或多條環(huán)形截水溝，同時(shí)封閉地表，攔截旁引地表逕流，不使地表水流入邊坡范圍之內(nèi)，使之合理有序排放，杜絕沖刷、浸泡邊坡土體。為避免外側(cè)沖溝在水流的侵蝕下繼續(xù)發(fā)育，影響邊坡的穩(wěn)定性，建議在溝頭上部設(shè)置引水排水管，將雨天順邊坡流下來(lái)的水排至溝谷中，避免對(duì)溝頭的侵蝕。