巴東一中高切坡穩(wěn)定性分析

衛(wèi)一華，羅延婷

(1.華北水利水電學院，河南鄭州450011;2.中國地質(zhì)大學，湖北武漢430074)

巴東一中前緣白四路高切坡位于信陵鎮(zhèn)白土坡小區(qū)北京大道南側(cè)，巴東一中新校區(qū)北側(cè)，巴東縣民族實驗小學西側(cè)，總長約130 m，坡高9～20 m，高切坡坡度上中部 20°～30°，下部 30°～50°.巴東一中前緣白四路高切坡平面位置如圖1所示.

圖1 巴東一中前緣高切坡平面位置

該高切坡如果失穩(wěn)，將直接危及高切坡下方房屋建筑面積6 800 m2、68戶居民400多人的生命財產(chǎn)安全，還會影響巴東一中、巴東民族實驗小學師生及白土坡小區(qū)居民的對外通行.可見，對該高切坡進行穩(wěn)定性分析并提出治理建議具有重要意義，并可為其他地區(qū)類似的高切坡工程設(shè)計提供參考.

1 場區(qū)高切坡工程地質(zhì)概況

1.1 地質(zhì)構(gòu)造特征

工程場地位于長江中上游東西向構(gòu)造帶的巴東復背斜北翼的官渡口向斜南翼.第四紀以來，該構(gòu)造區(qū)地殼運動主要表現(xiàn)為間歇性、不均勻性、“掀斜式”抬升(西部抬升快，東部抬升慢)與部分斷裂再活動為特點.該場區(qū)內(nèi)無大的斷裂構(gòu)造通過，外圍發(fā)育的各斷裂對該區(qū)工程影響甚微.場區(qū)內(nèi)基巖主要由三疊系中統(tǒng)巴東組第三段泥灰?guī)r構(gòu)成，巖層產(chǎn)狀50°～55°∠25°～45°，高切坡產(chǎn)狀 50°∠30°～50°，巖層產(chǎn)狀與高切坡產(chǎn)狀基本一致.

高切坡中巖體節(jié)理裂隙發(fā)育，且具有方向優(yōu)勢性，其優(yōu)勢方向走向北東65°，傾向335°，傾角80°～85°，裂隙面較粗糙，張開度1～20 mm，泥質(zhì)充填，隙距15～25 cm，裂隙結(jié)構(gòu)面結(jié)合程度較緊密.圖2為節(jié)理裂隙的赤平投影.

圖2 節(jié)理裂隙赤平投影圖

在圖2中，弧abc為高切坡產(chǎn)狀，傾向50°，傾角30°～50°，傾角平均 40°;弧 def為場地內(nèi)優(yōu)勢節(jié)理產(chǎn)狀，其傾向335°，傾角80°～85°，傾向與高切坡傾向交角75°;弧 ghi走向 N30°W，傾向60°，傾角70°;弧 jkl走向 N15°E，傾向 285°，傾角 80°.從結(jié)構(gòu)面組合在赤平投影圖上的特征可以看出，各結(jié)構(gòu)面的傾角較大，均大于高切坡傾角，且優(yōu)勢節(jié)理面傾向與高切坡傾向交角為75°，構(gòu)成穩(wěn)定結(jié)構(gòu)［1］.

1.2 物質(zhì)組成

根據(jù)工程地質(zhì)測繪及鉆探揭露，按地質(zhì)年代、成因類型和巖土工程性能與結(jié)構(gòu)，場地巖土層自上而下可劃分為第四系崩坡積碎石土(Qcol+dl4)和三疊系中統(tǒng)巴東組第三段(T2b3)泥灰?guī)r兩大層，見表1.其中泥灰?guī)r為強風化及中風化互層產(chǎn)出［2］.

表1 場區(qū)巖土分層一覽表

2 穩(wěn)定性計算與評價

據(jù)地面調(diào)查和訪問，高切坡形成至今，整體處于穩(wěn)定狀態(tài)，未見滑移失穩(wěn)現(xiàn)象.但高切坡巖土體直接暴露于地表，受風化、降雨等影響，泥灰?guī)r易風化，遇水軟化后性狀變差，局部可見碎裂巖體，故在大暴雨的反復作用下，仍存在塌滑變形的可能.

高切坡坡體上覆碎石土，鉆孔揭露最大厚度7.0 m，最小厚度0.5 m.下伏泥灰?guī)r巖體，巖體結(jié)構(gòu)為層狀，因節(jié)理裂隙較發(fā)育而成塊狀結(jié)構(gòu)，尤其是坡體表面［2］.巖層中所夾泥質(zhì)充填的強風化泥灰?guī)r層為相對軟弱層.由于高切坡坡度較陡，風化裂隙與節(jié)理裂隙發(fā)育，且連通性好，在雨水的入滲作用下，巖體存在失穩(wěn)破壞的可能.可能的失穩(wěn)模式為上部碎石土和強風化泥灰?guī)r層內(nèi)部的淺層滑動或塌滑.

2.1 高切坡整體穩(wěn)定性計算

根據(jù)文獻［3］規(guī)定，土質(zhì)高切坡和碎裂結(jié)構(gòu)巖質(zhì)高切坡宜采用圓弧滑動法進行計算.圓弧滑動法宜采用瑞典條分法，其安全系數(shù)的通用計算公式為:

式中:Wi為垂直荷載，包括土條自重和其上部的建筑荷載(其中，自重可將其分為2部分，地下水位以上用濕容重計算，設(shè)為Wi1;地下水位以下用飽和容重計算，設(shè)為Wi2;其他垂直荷載，設(shè)為Pi;假設(shè)自重的作用線通過條塊寬度的中心線.);Qi為水平荷載，包括水平孔隙水壓力和其他水平荷載，向剪切面的出口方向為正;Ui為剪切面上孔隙水壓力的合力，與剪切面正交;Zi為水平荷載Qi作用線距滑弧圓心O的垂距;c'，φ'為剪切面抗剪強度(有效應力指標);αi為分塊滑面相對于水平面的夾角;li為分塊滑面長度;R為圓弧形滑面的半徑.

該區(qū)地震基本烈度為6度，邊坡防護工程設(shè)計可不考慮地震荷載，因此高切坡穩(wěn)定性計算只考慮天然和自重+暴雨2種工況，計算參數(shù)見表2，計算剖面如圖3所示.

根據(jù)公式(1)計算出2種工況下高切坡各個剖面的安全系數(shù)，見表3.

2.2 穩(wěn)定性評價

邊坡發(fā)生破壞失穩(wěn)是一種復雜的地質(zhì)災害過程，由于邊坡內(nèi)部結(jié)構(gòu)的復雜性和組成邊坡巖體物質(zhì)的不同以及邊坡所處的外部條件的影響，都會導致邊坡不同的失穩(wěn)模式.其中水的滲入使巖土的質(zhì)量增大，進而使滑動面的滑動力增大;其次，在水的作用下巖土被軟化而抗剪強度降低.這些都對巖體邊坡的穩(wěn)定性產(chǎn)生不利影響.

表2 高切坡巖土體物理力學計算參數(shù)

表3 高切坡各剖面安全系數(shù)

圖3 高切坡計算剖面簡圖

以上計算結(jié)果表明，高切坡各剖面斜坡在天然狀態(tài)下均處于基本穩(wěn)定狀態(tài)，但在自重+暴雨工況下則處于臨界欠穩(wěn)定狀態(tài).可見，暴雨對該高切坡穩(wěn)定性的影響很大.

巴東一中前緣白四路高切坡為巖土質(zhì)順向坡，高切坡類型屬Ⅱ類，危害程度為很嚴重，安全等級為一級.該高切坡在暴雨工況下穩(wěn)定性差，一旦失穩(wěn)其危害程度很嚴重，必須盡早對該高切坡進行綜合治理，并進行統(tǒng)籌考慮.

3 結(jié)語

1)高切坡是一種由于人類活動導致的地質(zhì)災害.導致高切坡破壞的主要內(nèi)在因素是構(gòu)成高切坡的地層巖性及其物理力學性質(zhì)，外在因素是降雨、溫度變化、高切坡的角度［4］.雨水的沖刷可以直接導致高切坡失穩(wěn).

2)該高切坡是由砂巖、碎石和土體中的一種或幾種組合構(gòu)成，砂巖、碎石和土的性質(zhì)決定了高切坡的破壞模式［4］，在暴雨的作用下出現(xiàn)了臨界欠穩(wěn)定狀態(tài)，所以外在因素也是邊坡失穩(wěn)的重要因素之一.

3)高切坡的支護建議采用嵌巖抗滑樁結(jié)合坡腳施工嵌巖擋土墻和坡體采用格構(gòu)、錨桿的支護形式，其中嵌巖抗滑樁以中風化基巖為持力層.

［1］劉佑榮，唐輝明.巖體力學［M］.北京:化學工業(yè)出版社，2009.

［2］武漢豐達地質(zhì)工程有限公司.巴一中學前緣白四路高切坡防治工程地質(zhì)勘察報告［R］.武漢:武漢豐達地質(zhì)工程有限公司，2011.

［3］重慶市設(shè)計院.GB 50330—2002建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范［S］.北京:中國建筑工業(yè)出版社，2002.

［4］祝介旺，伍法權(quán)，蘇天明，等.三峽庫區(qū)萬州段高切坡破壞模式和防護措施研究［J］.工程地質(zhì)學報，2007，15(1):8－15.