六盤(pán)水市鐘山區(qū)水鋼技校不穩(wěn)定斜坡形成機(jī)制及防治對(duì)策

曾慶禹，尹先娥

(貴州省地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)院六盤(pán)水分院，貴州 六盤(pán)水 553001)

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六盤(pán)水市鐘山區(qū)水鋼技校不穩(wěn)定斜坡形成機(jī)制及防治對(duì)策

曾慶禹，尹先娥

(貴州省地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)院六盤(pán)水分院，貴州 六盤(pán)水 553001)

[摘要]六盤(pán)水市鐘山區(qū)水鋼技校不穩(wěn)定斜坡自2010年6月以來(lái)，校園附近出現(xiàn)不同程度的建筑物變形、地面裂縫等現(xiàn)象。目前，水鋼技校不穩(wěn)定斜坡已出現(xiàn)較明顯的變形，坡體前緣擋土墻裂縫極發(fā)育，已出現(xiàn)明顯滑移跡象。該斜坡剪出口明顯，邊界清晰，一旦受暴雨等因素影響，坡體失穩(wěn)變形，將嚴(yán)重威脅位于斜坡后緣的教學(xué)樓、坡體上建筑物以及321名師生的生命財(cái)產(chǎn)安全，潛在經(jīng)濟(jì)損失約1000萬(wàn)元，對(duì)其進(jìn)行工程防治的緊迫性日漸突出。本文對(duì)不穩(wěn)定斜坡的形成機(jī)制進(jìn)行了詳細(xì)的分析，并提出了防治對(duì)策。

[關(guān)鍵詞]不穩(wěn)定斜坡；穩(wěn)定性評(píng)價(jià)；工程防治

不穩(wěn)定斜坡體自2010年6月以來(lái)，校園附近出現(xiàn)不同程度的建筑物變形、地面裂縫等現(xiàn)象。目前，水鋼技校不穩(wěn)定斜坡已出現(xiàn)較明顯的變形，坡體前緣擋土墻裂縫極發(fā)育，已出現(xiàn)明顯滑移跡象。該斜坡剪出口明顯，邊界清晰，一旦受暴雨等因素影響，坡體失穩(wěn)變形，將嚴(yán)重威脅位于斜坡后緣的教學(xué)樓、坡體上建筑物以及321名師生的生命財(cái)產(chǎn)安全，潛在經(jīng)濟(jì)損失約1 000萬(wàn)元，。受威脅的人數(shù)眾多、對(duì)象突出，經(jīng)濟(jì)損失巨大，研究該不穩(wěn)定斜坡變形破壞特征及發(fā)展趨勢(shì)，提出防治對(duì)策，對(duì)該區(qū)災(zāi)害防治具有重要意義。

1危巖帶地質(zhì)環(huán)境背景

1.1地形地貌

鐘山區(qū)位于貴州省六盤(pán)水市東南部，屬構(gòu)造剝蝕-侵蝕中低山斜坡地貌。調(diào)查區(qū)域地形起伏程度相對(duì)較小，不穩(wěn)定斜坡主要位于學(xué)校前緣陡坡處。調(diào)查區(qū)坡度低于20°，局部陡坎。區(qū)內(nèi)海撥一般為1 835～1 855 m，相對(duì)高差為20 m，局部見(jiàn)陡坡。區(qū)內(nèi)多為建筑物密集區(qū)，道路縱橫、房屋密布。水鋼技校不穩(wěn)定斜坡位于低中山溝谷低緩地帶。該不穩(wěn)定斜坡前緣為居民集中區(qū)，左側(cè)為水鋼技校宿舍樓，右側(cè)位于校園圍墻附近，后緣為操場(chǎng)變形拉裂縫一帶。

1.2地層巖性

調(diào)查區(qū)出露的主要地層為第四系人工填土(Q4ml)、第四系殘坡積層(Q4dl+el)和石炭系馬坪組(C3mp)，現(xiàn)由新至老分述如下：

(1)第四系人工填土(Q4ml)：

灰黃色雜填土，主要由碎石土組成，結(jié)構(gòu)松散，主要分布于學(xué)校校區(qū)、周邊建筑區(qū)以及公路一帶，厚薄不均，一般厚1～2 m。

(2)第四系殘坡積層(Q4dl+el)：棕、灰黃色碎石土，結(jié)構(gòu)松散，碎石含量30%～55%，碎石母巖為強(qiáng)風(fēng)化灰?guī)r，碎石粒徑2～8 cm，粒間充填物為粉質(zhì)粘土，主要分布于斜坡地帶，厚度一般4～5 m，地形較陡的地帶分布很薄，一般厚約2 m，地形較緩的地帶逐漸變厚。

(3)石炭系馬坪組(C3mp)：灰、灰白色灰?guī)r，中風(fēng)化-微風(fēng)化，塊狀，廣泛分布于斜坡地帶。

1.3地質(zhì)構(gòu)造與地震

勘查區(qū)位于黃土坡斷層?xùn)|南側(cè)，整個(gè)勘查區(qū)受斷層影響小，在區(qū)內(nèi)未發(fā)現(xiàn)大斷層或區(qū)域性斷裂，地質(zhì)構(gòu)造簡(jiǎn)單。

根據(jù)全國(guó)地震區(qū)劃圖編制委員會(huì)編制的《中國(guó)地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖》[1](GB18306-2001)，勘查區(qū)地震動(dòng)峰值加速度為0.05 g，地震動(dòng)反應(yīng)譜特征周期為0.35 s，地震基本烈度為Ⅵ度。

1.4水文地質(zhì)條件

1.4.1地下水類(lèi)型

根據(jù)勘查區(qū)內(nèi)出露的地層巖性、含水介質(zhì)及地下水動(dòng)力條件，區(qū)內(nèi)地下水類(lèi)型可劃分為碳酸鹽巖巖溶水、第四系孔隙水兩大類(lèi)。

(1)碳酸鹽巖巖溶水

碳酸鹽巖巖溶水是勘查區(qū)內(nèi)最主要的地下水類(lèi)型，分布廣，水量大，主要賦存于三疊系關(guān)嶺組碳酸鹽巖的溶蝕管道及溶蝕裂隙中，含水巖系巖性以灰?guī)r為主，以地下暗河、溶蝕裂隙賦存，受大氣降水滲入補(bǔ)給，徑流速度相對(duì)較快，地下水運(yùn)動(dòng)狀態(tài)呈溶洞為主的管道流，動(dòng)態(tài)變化較大，受人為工程活動(dòng)的影響，以向下游徑流、泄流及泉、伏流出口、暗河出口為排泄方式。泉流量一般為5.76～220.39 L/S，地下逕流模數(shù)為4.94～31.44 l/S.km2。

(2)第四系孔隙水

孔隙水零星分布于河流階地和巖溶洼地的各類(lèi)松散巖類(lèi)地層組合中，以第四系為主，富水性差，其含水量大小受松散巖類(lèi)孔隙度大小控制，補(bǔ)給方式主要為大氣降水入滲，徑流速度緩慢，排泄方式以泉點(diǎn)出露為主。泉流量一般為 0.07～0.17 L/S。

1.4.2地下水補(bǔ)、徑、排條件

地下水類(lèi)型以碳酸鹽巖巖溶水為主，地下水富集受巖性、地貌和構(gòu)造諸多因素制約，一般富集于褶皺構(gòu)造核部地段、構(gòu)造體系的交接復(fù)合部位、構(gòu)造裂隙相對(duì)密集的斷裂兩盤(pán)交匯處及不同巖性的接觸面。

地下水補(bǔ)給來(lái)源主要是大氣降水，補(bǔ)給途徑有集中補(bǔ)給和面狀滲透補(bǔ)給。集中補(bǔ)給主要是大氣降水通過(guò)巖溶洼地、落水洞、巖溶漏斗直接補(bǔ)給地下水；面狀滲透補(bǔ)給主要是大氣降水通過(guò)溶蝕裂隙、層間裂隙、構(gòu)造裂隙等補(bǔ)給地下水。地下水接受補(bǔ)給后，多沿巖層走向逕流，在河谷兩岸或地形低洼處排泄。

1.4.3地下水動(dòng)態(tài)特征

地下水動(dòng)態(tài)變化主要受大氣降水所控制，其變化與大氣降水的變化規(guī)律基本同步。每年4～10月為降水高峰期，泉流量與河水位處于豐水期，地下水位隨之升高；每年12月至次年1～3月降水量減少，泉流量與河水位處于枯水期，地下水位隨之下降，水位變幅一般為2～30 m。

2不穩(wěn)定斜坡的形成機(jī)制分析

2.1不穩(wěn)定斜坡的基本特征

水鋼技校不穩(wěn)定斜坡位于學(xué)校南側(cè)陡坎一帶，因70年代末期，學(xué)校教學(xué)樓、操場(chǎng)、圍墻等附屬設(shè)施修建過(guò)程中，場(chǎng)地表層多為雜填土。因雜填土與第四系殘坡積層未經(jīng)有效碾壓，在南側(cè)擋土墻修建后，年代久遠(yuǎn)，圍墻、擋土墻等出現(xiàn)不同程度傾斜、開(kāi)裂，地面操場(chǎng)也出現(xiàn)多條裂縫。

根據(jù)工程地質(zhì)調(diào)查，將不穩(wěn)定斜坡內(nèi)變形跡象描述如下：

(1)擋土墻、圍墻裂縫：裂縫分布于校園南側(cè)擋土墻的中部及左端。裂縫寬約5～15 cm，垂直向發(fā)育，裂縫長(zhǎng)約1.0～1.5 m。

(2)操場(chǎng)裂縫：零星分布于整個(gè)操場(chǎng)地面，平面形態(tài)不規(guī)則，多為水泥地面開(kāi)裂，裂縫寬度基本小于2 cm。

2.2不穩(wěn)定斜坡成因分析

不穩(wěn)定斜坡平面形態(tài)成“圈椅”狀，斜坡前緣臨空面坡度較大，表層出露巖土物質(zhì)多為第四系雜填土、殘坡積物，均較松散、破碎，粘結(jié)性差。坡面防護(hù)措施主要為擋土墻，邊界周?chē)鸁o(wú)有效排水措施。坡體上部為冶金北路、水鋼技校校舍、宿舍、辦公樓等教學(xué)設(shè)施，下部為居民建筑密集區(qū)。在上部過(guò)往車(chē)輛、建筑物等加載、降水直接浸潤(rùn)坡面，下滲浸蝕松散巖土體、有利的大坡度臨空面等多種因素綜合作用下，導(dǎo)致不穩(wěn)定斜坡失穩(wěn)，導(dǎo)致操場(chǎng)地面形成多條拉裂縫、前緣擋土墻、圍墻傾斜、開(kāi)裂等。

2.2.1不利的地形條件

不穩(wěn)定斜坡前緣微地貌為陡坡，前緣地形坡度一般70°～85°。該段地形為不穩(wěn)定斜坡的變形提供了有利的剪出口。

2.2.2地層巖性

巖性對(duì)該斜坡穩(wěn)定性的控制作用是明顯的，在降雨、人工開(kāi)挖等誘發(fā)因素下，擋土墻背后松散物質(zhì)因主動(dòng)土壓力的變化，導(dǎo)致墻體變形開(kāi)裂。

2.2.3水的作用

雨季是邊坡失穩(wěn)的多發(fā)季節(jié)，降雨強(qiáng)度越大、歷時(shí)越長(zhǎng)越易發(fā)生。地表水的入滲量與巖土石的裂隙大小、深度及密度息息相關(guān)。暴雨期間容易導(dǎo)致巖土體近似飽水狀態(tài)，靜水壓力、表層巖土體容重的增大，導(dǎo)致?lián)跬翂?、操?chǎng)地面等發(fā)生變形破壞。

2.3不穩(wěn)定斜坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)

2.3.1定性分析評(píng)價(jià)

水鋼技校不穩(wěn)定斜坡特征表現(xiàn)為前緣擋土墻及操場(chǎng)等出現(xiàn)裂縫，坡體整體坡面由后至前依次變陡，呈多級(jí)臺(tái)階狀。第四系雜填土及殘坡積層分布厚度不均，局部為強(qiáng)風(fēng)化灰?guī)r，下伏基巖為強(qiáng)～中風(fēng)化灰?guī)r?；瑒?dòng)面位于第四系與下伏基巖接觸處。在持續(xù)強(qiáng)降雨的情況下，地表水下滲，坡體飽水導(dǎo)致滑動(dòng)部分巖土體飽和容重增大，且滑帶得到潤(rùn)滑，抗剪強(qiáng)度進(jìn)一步降低，使滑坡處于欠穩(wěn)定狀態(tài)，局部處于不穩(wěn)定狀態(tài)。

2.3.2定量計(jì)算及評(píng)價(jià)

結(jié)合不穩(wěn)定斜坡的地形特征及變形機(jī)制，按照擋土墻及墻后土的穩(wěn)定性計(jì)算，分析擋土墻后斜坡的穩(wěn)定性。

1)計(jì)算模型與工況

按照?qǐng)A弧法計(jì)算擋土墻后斜坡的穩(wěn)定性。

勘查區(qū)地震動(dòng)峰值加速度為0.05 g，地震動(dòng)反應(yīng)譜特征周期為0.35 s，地震基本烈度Ⅵ度，不考慮地震荷載；斜坡所在位置上部為操場(chǎng)，不考慮建筑荷載；不穩(wěn)定斜坡內(nèi)，無(wú)地下水，不考慮地下水的影響；該地質(zhì)災(zāi)害危害對(duì)象等級(jí)為二級(jí)，鑒于該地質(zhì)災(zāi)害位于學(xué)校區(qū)，一旦發(fā)生災(zāi)害，社會(huì)影響與經(jīng)濟(jì)損失較大，因此，地質(zhì)災(zāi)害防治工程等級(jí)定為Ⅱ級(jí)。

選定天然狀態(tài)(工況Ⅰ-自重)、持續(xù)降雨(工況Ⅱ-自重+暴雨)兩種工況進(jìn)行穩(wěn)定性計(jì)算，穩(wěn)定性安全系數(shù)按下表選取。

2)計(jì)算公式的選取

不穩(wěn)定斜坡滑面呈圓弧型，因此本次穩(wěn)定性計(jì)算方法采用瑞典條分法(圖1)，據(jù)《滑坡防治工程勘查規(guī)范》[2](DZ/T0218-2006)附錄E．1．1)計(jì)算公式如下：

(1)滑坡穩(wěn)定性計(jì)算：

式中：Nwi=γwhiwLicosαi；TDi=γwhiwLisinβicos(αi-βi)；RDi=γwhiwLisinβisin(αi-βi)

式中：Wi為第i條塊的重量(KN/m)；Ci為第i條塊內(nèi)聚力(KPa)；Φi為第i條塊內(nèi)摩擦角(°)；Li為第i條塊滑面長(zhǎng)度(m)；hiw為第i條塊滑面高度(m)；αi為第i條塊滑面傾角(°)；βi為第i條塊地下水流向(°)；A為地震加速度(單位：重力加速度g)；Kf為穩(wěn)定系數(shù)；Nwi為孔隙水壓力，即近似等于浸潤(rùn)面以下土體的面積hiwLicosαi乘以水的容重γw；TDi為滲透壓力產(chǎn)生的平行滑面分力；RDi為滲透壓力產(chǎn)生的垂直滑面分力；

(2)滑坡推力公式如下：

對(duì)剪切而言：

Hs=(Ks-Kf)×∑(Ti×cosαi)

對(duì)彎矩而言：

Hm=(Ks-Kf)/Ks×∑(Ti×cosαi)

其中：Hs、Hm為推力(KN)；KS為設(shè)計(jì)的安全系數(shù)；Ti為條塊重量在滑坡切線方向的分力，(KN)

3)計(jì)算參數(shù)的確定

(1)斜坡土體物理力學(xué)參數(shù)

坡體主要以雜填土、第四系殘坡積碎石土等為主，采用經(jīng)驗(yàn)值，并結(jié)合不穩(wěn)定斜坡的現(xiàn)狀穩(wěn)定性進(jìn)行反演修正，綜合確定。本次穩(wěn)定性計(jì)算中，滑體天然重度取17.90 kN/m3、飽和重度取18.25 kN/m3。

表1　穩(wěn)定性計(jì)算土體抗剪強(qiáng)度參數(shù)采用值

(2)剖面的選擇

根據(jù)實(shí)測(cè)剖面，選擇前緣擋土墻裂縫發(fā)育處兩條典型斷面，進(jìn)行不穩(wěn)定斜坡的穩(wěn)定性計(jì)算。

4)穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果

根據(jù)上述穩(wěn)定性計(jì)算公式及穩(wěn)定狀態(tài)判別標(biāo)準(zhǔn)對(duì)不穩(wěn)定斜坡進(jìn)行了穩(wěn)定性計(jì)算及穩(wěn)定性評(píng)價(jià)，穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果及穩(wěn)定性評(píng)價(jià)見(jiàn)表2。

表2　滑坡穩(wěn)定性分析成果表

5)穩(wěn)定性綜合評(píng)價(jià)

由表2可知，Ⅰ-Ⅰ’天然狀況下穩(wěn)定性系數(shù)為1.20，滑體處于穩(wěn)定狀態(tài)。在天然狀況+50 a一遇暴雨工況(工況2)下穩(wěn)定性系數(shù)為1.04，穩(wěn)定性有較大程度的降低，小于設(shè)計(jì)工況下的穩(wěn)定性安全系數(shù)1.15，滑坡整體處于欠穩(wěn)定狀態(tài); Ⅱ-Ⅱ’天然狀況下穩(wěn)定性系數(shù)為1.22，滑體處于穩(wěn)定狀態(tài)。在天然狀況+50 a一遇暴雨工況(工況2)下穩(wěn)定性系數(shù)為1.05，穩(wěn)定性有一定的降低，小于設(shè)計(jì)工況下的穩(wěn)定性安全系數(shù)1.15，滑坡整體處于欠穩(wěn)定狀態(tài)。通過(guò)本次地表調(diào)查也發(fā)現(xiàn)，強(qiáng)降雨后，不穩(wěn)定斜坡前緣地表以及中上部變形跡象明顯，中部地表及前緣擋土墻、圍墻等裂縫發(fā)育，與該工況下的穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果基本吻合。因此，在治理設(shè)計(jì)中應(yīng)采取一定的抗滑支擋措施。在治理設(shè)計(jì)中應(yīng)注重坡面排水工程的布置，以防止雨水下滲以及雨水對(duì)坡面的沖刷作用。

3防治對(duì)策

根據(jù)不穩(wěn)定斜坡的基本特征，在分析不穩(wěn)定斜坡形成機(jī)制、穩(wěn)定性評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)上，以及坡腳建筑物的重要性、對(duì)群眾生命安全危害的社會(huì)影響性，建議水鋼技校不穩(wěn)定斜坡防治方案為：

工程治理(擋土墻、圍墻重建)

拆除已建圍墻與前緣擋土墻，并拆除前緣緊鄰擋墻的一排建筑物，對(duì)擋土墻、圍墻進(jìn)行重建，保證該斜坡的穩(wěn)定性，從而保障受脅師生、群眾的生命財(cái)產(chǎn)安全。

參考文獻(xiàn)

[1]GB18306-2001.中國(guó)地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖[S].

[2]地質(zhì)災(zāi)害防治工程勘察規(guī)范[S].DB50/143-2003.

[收稿日期]2015-10-28

[作者簡(jiǎn)介]曾慶禹(1970-)，男，貴州畢節(jié)人，工程師，主要從事水文地質(zhì)、工程地質(zhì)和環(huán)境地質(zhì)相關(guān)工作。

[中圖分類(lèi)號(hào)]X523

[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]B

[文章編號(hào)]1004-1184(2016)01-0174-03