滑坡工程中地質(zhì)勘察及穩(wěn)定性分析

范潤琥

（湖南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局402隊 湖南長沙 410000）

滑坡工程中地質(zhì)勘察及穩(wěn)定性分析

范潤琥

（湖南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局402隊 湖南長沙 410000）

滑坡工程地質(zhì)勘察和穩(wěn)定性分析是滑坡治理工程設(shè)計以及施工的主要參考依據(jù)。本文結(jié)合實例對該工程采用的地質(zhì)勘察以及穩(wěn)定性分析方法進(jìn)行闡述，為相關(guān)工程提供參考。

滑坡工程；地質(zhì)勘察；穩(wěn)定性；分析

1 引言

近年來，我國對于地質(zhì)工程勘察工作日益重視，對于滑坡防治工程，采取了諸多控制方案，以確保巖土地質(zhì)構(gòu)造的穩(wěn)定性。要重點研究工程穩(wěn)定性因素及其評判標(biāo)準(zhǔn)，才能為后續(xù)施工操作提供正確的引導(dǎo)。對于滑坡防治中發(fā)現(xiàn)的問題，可適當(dāng)采取抗滑、抗害等措施，降低滑坡問題造成的破壞作用。

2 工程實例概述

某滑坡體垂直渠道方向長度8～10m，平行渠道方向?qū)?5～35m，滑坡前緣推至渠道水中約1.0～1.5m。滑坡后部有圈椅狀滑坡壁，坡面近直立，滑坡后壁頂高程55～56m，后壁高度4～5m，側(cè)壁高度1～3m，滑壁后側(cè)及兩側(cè)具明顯裂縫，寬度0.2～1.0cm不等，滑坡體厚度2.30～3.700m。

根據(jù)鉆孔揭露及現(xiàn)場地質(zhì)測繪調(diào)查，滑坡體土層巖性為重粉質(zhì)壤土～粉質(zhì)粘土，灰黃色，軟～軟可塑。滑坡體厚2.30～3.70m，底高程43.50～45.40m。單橋靜探比貫入阻力0.89m～2.28MPa，平均值為1.44MPa。屬中等偏高壓縮性土?；餐翆又饕獮棰?層重粉質(zhì)壤土。②2層重粉質(zhì)壤土～粉質(zhì)粘土及⑤1層全～強風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖，以下分述之。

（1）②1層重粉質(zhì)壤土，灰黃色，軟可～硬可塑，稍濕。層厚2.40～3.70m，層底高程50.10～50.70m。單橋靜探比貫入阻力1.45～1.97MPa，平均值為1.71MPa，壓縮系數(shù)0.292～0.320MPa。屬中等壓縮性土。

（2）②2層重粉質(zhì)壤土～粉質(zhì)粘土，褐黃、棕黃色，硬可塑～硬塑狀，含鐵錳質(zhì)結(jié)核。層厚0.80～8.80m，層底高程40.60～43.00m。單橋靜探比貫入阻力 4.05～5.39MPa，平均值為 4.67MPa，壓縮系數(shù) 0.207～0.271MPa。屬中等偏低壓縮性土。

（3）⑤1層全～強風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖，紫紅色，呈輕壤土狀，未鉆穿，最大揭露厚度1.60m。

根據(jù)室內(nèi)滲透試驗成果，滑坡土體的滲透系數(shù)平均值為2.89E-07cm/s，為微～極微透水性土體。

3 滑坡工程中地質(zhì)勘查及穩(wěn)定性分析

3.1 地質(zhì)勘查以及測繪

對滑坡體的發(fā)生以及地層結(jié)構(gòu)進(jìn)行深入的研究和分析，來制定科學(xué)合理的防治方案。對滑坡進(jìn)行工程地質(zhì)勘察應(yīng)著重查明滑坡的危害程度、性質(zhì)、滑坡的范圍、位置、類型及要素、工程地質(zhì)與水文地質(zhì)背景，分析滑坡形成的原因，判斷其穩(wěn)定程度，判斷其發(fā)展趨勢，制定整治設(shè)計或防治方案和措施。工程地質(zhì)測繪與調(diào)查的范圍應(yīng)包括滑坡區(qū)以及相鄰的穩(wěn)定地段，一般包括坡體兩側(cè)自然溝谷和滑坡舌前緣的一定距離，和滑坡體后壁外的一定距離。測繪的比例應(yīng)根據(jù)滑坡規(guī)模的大小在1：500～1：1000之間選取，但用于整治方案的測繪比例尺是1：500或1：200，勘察分析滑坡的發(fā)生與地層結(jié)構(gòu)、水文地質(zhì)組成、地貌及其演變、斷裂面的機構(gòu)、巖（土）性質(zhì)、和人為活動等因素的關(guān)系，了解引起滑坡的主要因素。

3.2 穩(wěn)定性數(shù)值模擬分析

3.2.1 強度折減法理論

通過對邊坡土體粘聚力及內(nèi)摩擦角進(jìn)行折減，直至對應(yīng)邊坡臨界狀態(tài)時，折減前、后抗剪強度參數(shù)的比值即為安全系數(shù)。強度折減法具體為：利用式（1），式（2）來折減邊坡土體的抗剪強度指標(biāo)c和φ，通過數(shù)值模擬手段確定折減系數(shù)對應(yīng)邊坡臨界狀態(tài)，此時得到的折減系數(shù)即為安全系數(shù)Fs。

式中：CF為折減后的邊坡土體粘聚力；φF為折減后的邊坡土體內(nèi)摩擦角；Ftrial為強度折減法確定的折減系數(shù)。

可利用FLAC3D軟件內(nèi)自帶的安全系數(shù)命令——solve fos，直接對粘聚力c和內(nèi)摩擦角φ進(jìn)行折減，最終確定臨界破壞狀態(tài)的安全系數(shù)。

3.2.2 計算模型的建立

模擬選取了該礦庫勘察的主剖面進(jìn)行計算，模型尺寸及材料參數(shù)均依據(jù)前期勘查結(jié)果進(jìn)行選取。涉及到巖土體材料變形的非線性特征，邊坡巖土體材料本構(gòu)模型采用理想彈塑性模型，初始應(yīng)力只計重力。建模所適用的邊界條件為：側(cè)面水平位移約束，約束邊坡的左邊界和右邊界，即橫向位移；底面約束豎直方向位移，采用固定支座邊界條件。為了簡化計算，該場區(qū)的邊坡問題可以等效看成平面應(yīng)變問題，建模時只取斷面的一個“薄面”。對于計算結(jié)果的分析，是在天然工況、暴雨工況以及地震工況下進(jìn)行的，重點分析天然狀態(tài)下邊坡的穩(wěn)定性情況，如圖1所示。

圖1 邊坡模型圖

3.2.3 計算結(jié)果分析

該礦壩邊坡水平方向位移場分布可以得到，在天然狀態(tài)下最大水平位移值為9.06cm，主要分布在邊坡臨空面中下部；沿z軸正向垂直位移的最大值為2.58cm，在自重影響下產(chǎn)生了沿z軸負(fù)向的位移3.95cm。在實際工程中，水平位移指的是沿著x正方向指向邊坡坡面這一側(cè)，垂直位移正向是指向坡頂。如圖2位移變形圖所示，明顯看出邊坡潛在滑動面的位置。該剖面為典型的斜面邊坡，邊坡垂直應(yīng)力分布呈現(xiàn)帶狀，最大壓應(yīng)力在邊坡內(nèi)部，為27.45MPa，最大拉應(yīng)力為20.19MPa，最大不平衡力與邊坡內(nèi)部達(dá)到平衡。根據(jù)地質(zhì)勘察報告顯示，目前該邊坡是穩(wěn)定的，用FLAC3D強度折減法計算的該邊坡在天然狀態(tài)、暴雨狀態(tài)以及地震狀態(tài)下的安全系數(shù)分別為1.31，1.10和1.31。說明暴雨狀態(tài)下邊坡的穩(wěn)定性有明顯降低；地震作用下邊坡的安全系數(shù)數(shù)值不變，且與天然狀態(tài)下的變形、應(yīng)力狀態(tài)等相一致。數(shù)值模擬的變形矢量圖及塑性貫通區(qū)的范圍表明了尾礦壩邊坡可能潛在的滑動面位置。塑性區(qū)描述了邊坡巖體的破壞特征，其中深綠色區(qū)域為塑性區(qū)（潛在滑動面），即此區(qū)域內(nèi)巖體的強度達(dá)到了極限，進(jìn)而發(fā)生破壞而形成滑體?；瑒用嫱鈧?cè)區(qū)域各網(wǎng)格點的速度大于其他區(qū)域，因此發(fā)生了一定程度的塑性破壞。

圖2 垂直位移圖

4 滑坡防治方法

4.1 改變斜坡形態(tài)

從地質(zhì)學(xué)來說，滑坡是斜坡上的土體或者巖體，在河流沖刷、地下水活動、雨水浸泡、地震及人工切坡等條件影響下，由于重力學(xué)作用而出現(xiàn)向下滑動?；聦r(nóng)業(yè)生產(chǎn)、生命財產(chǎn)、礦區(qū)作業(yè)、道路交通等，均產(chǎn)生了極為嚴(yán)重的危害性，阻礙了地區(qū)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略實施。①調(diào)整結(jié)構(gòu)。人類活動增加、巖土體應(yīng)力失衡、受力不均衡而引起了地貌失控問題，應(yīng)滑坡受力不穩(wěn)定而出現(xiàn)失衡狀態(tài)。為了減少斜坡遭受地表水沖刷引起的破壞作用，可通過改變斜坡形態(tài)方式進(jìn)行調(diào)整，增強滑坡結(jié)構(gòu)的抗害能力。例如，防止海、湖、水庫波浪的沖蝕和磨蝕，可修筑導(dǎo)流堤（順壩或丁壩）、水下防波堤，也可在斜坡坡腳砌石護(hù)坡，或采用預(yù)制混凝土沉排等。②生態(tài)改造。生態(tài)工程改造是抑制滑坡的有效方式，為確保防治工程穩(wěn)定性，施工單位要從多方面開展工作。一方面，做好重災(zāi)區(qū)的滑坡監(jiān)測工作，提前發(fā)現(xiàn)問題，采取措施處理；另一方面，重點保護(hù)全面升級，建立森林生態(tài)系統(tǒng)、濕地生態(tài)系統(tǒng)，基本形成覆蓋全省的濕地保護(hù)網(wǎng)絡(luò)體系，利用生態(tài)植被控制滑坡發(fā)生。此外，可添加一些配套性的防護(hù)結(jié)構(gòu)，共同抑制滑坡造成的不利影響。

4.2 增加巖土強度

近年來，各地區(qū)地質(zhì)改造活動日趨頻繁，建設(shè)工程規(guī)模擴大化，導(dǎo)致地形地貌出現(xiàn)了不同程度的受損。例如，斜坡的變形、位移、坍塌、沉降等，均是人類活動造成的滑坡現(xiàn)象，增加了地區(qū)抗滑坡治理工作難度。結(jié)合滑坡穩(wěn)定性評判標(biāo)準(zhǔn)，要擬定一套完整的處理體系，才能掌握滑坡防治要點。對于膨脹性較強的粘土斜坡，選用綠化植被的方式，如：種植植物、培育植被等，促使坡面維持在相對穩(wěn)定的狀態(tài)下，抑制土坡開裂、結(jié)構(gòu)滲水等問題，大大減少滑坡事故的發(fā)生率。①截引地表水流。通過控制地表水流也有助于抑制滑坡，維持巖土層構(gòu)造的穩(wěn)定性，避免外力因素對滑坡結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的破壞作用。②排除地下水。地下水蓄積容易造成巖土層粘合力減小，阻礙了地下水結(jié)構(gòu)之間的牢固性能。巖土強度改造中，要考慮地下水因素帶來的不利影響，形成相對穩(wěn)定的巖土體。斜坡體中埋藏有地下水并滲入到變形區(qū)，常常是使斜坡喪失穩(wěn)定性而發(fā)生滑坡的主導(dǎo)因素之一。經(jīng)驗表明，排除滑動帶中的地下水（滑帶水）、疏干坡體，并截斷滲流補給，對抑制滑坡形成了保護(hù)作用。

4.3 設(shè)定防護(hù)結(jié)構(gòu)

滑坡是自然地質(zhì)常見現(xiàn)象，也是危害性較大的地質(zhì)變動狀態(tài)，對巖土層及地表層產(chǎn)生了諸多危害性。由于滑坡地質(zhì)的諸多危害性，近年來我國大力號召各地采取科學(xué)的治理方案，做好工程穩(wěn)定性評判分析，結(jié)合實際因素采取科學(xué)的防治策略。①支擋。以抗滑樁為主要支擋方式，選用截面為方形或圓形的鋼筋（軌）混凝土樁或鋼管鉆孔樁?；路乐问┕ぶ?，平面布局需按照標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，一般選用梅花形、方格形等進(jìn)行布局，控制好樁與樁之間的間距，以3～5m為最佳，深入滑動面（帶）以下穩(wěn)固巖土體中。利用樁基礎(chǔ)形成支護(hù)結(jié)構(gòu)，抑制滑坡結(jié)構(gòu)受損系數(shù)。②錨固。對于巖質(zhì)斜坡來說，錨固是一種有效的抗滑坡方式，從土體層構(gòu)造抑制巖土層災(zāi)害?，F(xiàn)階段，錨固方式具有多樣性，常用金屬錨桿、鋼纜或預(yù)應(yīng)力金屬錨桿。可根據(jù)滑坡防治工作要求，擬定可行的錨固控制方案，增加巖土層的抗滑力，綜合維護(hù)坡體的穩(wěn)固狀態(tài)。③灌漿。灌漿法適用于存在裂縫、裂隙的坡體結(jié)構(gòu)，利用灌注材料原理增強結(jié)構(gòu)的粘合度，以免地下水運動或外在力學(xué)作用產(chǎn)生的病害。當(dāng)前，先鉆孔至地3～5m深度，選用硅酸鹽水泥或有機化合材料進(jìn)行固結(jié)灌漿，綜合改善坡體結(jié)構(gòu)的強度系數(shù)，對坡體結(jié)構(gòu)實施必要的防護(hù)層。

5 結(jié)束語

總之，我國地質(zhì)結(jié)構(gòu)分布具有多樣性特點，滑坡是地質(zhì)巖層常見現(xiàn)象之一，且對地面地下空間改造活動造成諸多不利影響。為了降低滑坡帶來的各種風(fēng)險，勘察階段要做好地質(zhì)穩(wěn)定性評判與分析工作，實時掌握影響滑坡工程穩(wěn)定性的相關(guān)因素，提出符合工程改造要求的新方案。同時，從結(jié)構(gòu)改造、強度升級、綜合防護(hù)等方面，執(zhí)行相對有效的穩(wěn)定性治理方案，進(jìn)一步鞏固滑坡區(qū)域的地質(zhì)抗害能力。

[1]王 建.三水河防洪工程滑坡穩(wěn)定性計算分析及防治措施[J].大科技，2014（5）：134～135.

[2]羅 旋，楊 威.路塹邊坡地質(zhì)勘察和穩(wěn)定性分析[J].公路工程，2013，38（01）：34～37.

[3]朱國慶，徐靜，曾超，等.某高速公路路堤滑坡穩(wěn)定性分析與治理[J].湖南交通科技，2015，41（2）：19～24.

P642.22

A

1004-7344（2016）23-0186-02

2016-7-26

范潤琥（1986-），男，助理工程師，本科，主要從事勘查工作。