佛山高明某高邊坡地質(zhì)災(zāi)害形成機(jī)制及其綜合治理方案研究

陳澤萍 黃冠滔

摘要：為了查明佛山高明區(qū)某高邊坡近年來屢次遭受的地質(zhì)災(zāi)害的形成機(jī)制，就該高邊坡坡體工程地質(zhì)性質(zhì)及水文地質(zhì)等條件進(jìn)行綜合分析并對地質(zhì)災(zāi)害主要影響因素及誘發(fā)因素進(jìn)行研究，同時(shí)對該高邊坡的綜合治理方案進(jìn)行比對，提出最優(yōu)的治理方案。

關(guān)鍵詞：高邊坡；地質(zhì)災(zāi)害；形成機(jī)制；治理方案

1. 工程概況

該高邊坡為人工開挖邊坡，邊坡高度約30m，坡度為40°～50°，局部超過60°，邊坡長約225m。該處于2006年6月雨季，發(fā)生4處崩塌，導(dǎo)致大量土方（夾帶草木）坍塌。2015年至2016年初該邊坡先后又發(fā)生3次崩塌地質(zhì)災(zāi)害。雖未造成人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失，發(fā)的地災(zāi)類型為小型崩塌，但在未來的暴雨作用下，危害范圍將會加大，可能再次發(fā)生崩塌甚至產(chǎn)生滑坡，造成更大的危害。2016年3月，該項(xiàng)目啟動(dòng)治理工作。

2. 坡體工程地質(zhì)與水文地質(zhì)條件

2.1 工程地質(zhì)條件

為了查明坡體工程地質(zhì)條件，在勘查區(qū)內(nèi)布設(shè)5個(gè)鉆孔，據(jù)鉆孔資料可知該邊坡巖土體由人工填土層（Qml，層號1）、第四紀(jì)殘坡積土層（Qedl，層號2）和石炭紀(jì)大賽壩組（C1ds，層號3）中厚層狀泥質(zhì)粉砂巖組成：

（1）人工填土（Qml）：成分主要由粉質(zhì)粘土及少量砂土組成，呈灰褐色，稍濕，經(jīng)壓實(shí)，主要分布于坡腳擋土墻的走廊平臺上，僅在ZK2鉆孔處揭露，其層面埋深為0.00m，厚度為2.25m。

（2）殘坡積土（Qedl）：土性主要為粉質(zhì)粘土，呈褐紅色，稍濕，硬塑，局部可塑，含少量細(xì)砂顆粒，分布廣泛，主要分布于丘陵地表上，除ZK2鉆孔外其余各鉆孔均有揭露，其層面埋深為0.00m，厚度0.80m～4.60m，平均2.10m。

（3）石炭紀(jì)大賽壩組（C1ds）基巖：

（3-1）全風(fēng)化巖層：呈灰褐，巖石風(fēng)化完全，巖芯呈硬塑——堅(jiān)硬土狀。本層僅在ZK3、ZK4及ZK6處有揭露，揭露層面埋深為1.10m～2.40m，平均1.70m，厚度一般為0.85m～1.90m，平均1.55m。

（3-2）強(qiáng)風(fēng)化巖層（W3）：巖石風(fēng)化強(qiáng)烈，巖芯多呈土夾巖塊狀，少量巖塊狀，巖塊手可折斷。

（3-3）中風(fēng)化夾強(qiáng)風(fēng)化巖層（W2-1）：該層巖石風(fēng)化強(qiáng)烈，巖芯多呈短柱狀、碎塊狀，局部夾半巖半土狀、碎塊狀強(qiáng)風(fēng)化巖塊。取巖樣4組，天然抗壓強(qiáng)度為1.3MPa～4.0MPa，平均2.0MPa。本層全場均有分布，揭露層面埋深為0.80m～4.60m，平均2.90m，厚度變化大，山頂局部未鉆穿，一般揭露厚度為2.85m～20.70m，平均11.65m。

（3-4）中風(fēng)化基巖（W2-2）：呈青灰色，粉砂質(zhì)結(jié)構(gòu)，層狀構(gòu)造，裂隙發(fā)育，巖芯呈碎塊——短柱狀，巖質(zhì)稍硬，錘擊聲較脆。取巖樣7組，飽和抗壓強(qiáng)度為8.8MPa～23.3MPa，平均值15.0MPa，標(biāo)準(zhǔn)值9.7MPa。巖體基本質(zhì)量等級為Ⅳ級。本層除ZK4、ZK5鉆孔外其余各鉆孔均有揭露，層面埋深為5.10m～21.10m，平均10.10m，揭露厚度3.70m～5.10m，平均4.25m。

2.2 水文地質(zhì)條件

地表水系不發(fā)育，邊坡上、下一帶無常年性水流，主要為季節(jié)性地表滯水。

根據(jù)地下水賦存條件及含水巖組特征，將其劃分為松散巖類孔隙水和基巖裂隙水兩種類型。松散巖類孔隙水分布在第四紀(jì)殘坡積層和人工填土的顆?？紫吨?，一般屬潛水性質(zhì)，主要含水層為殘坡積粉質(zhì)粘土和人工填土?；鶐r裂隙水分布在賦存于基巖的層理和節(jié)理裂隙中，分布不均勻，水力性質(zhì)以潛水為主，局部具承壓性質(zhì)。地下水主要受降雨補(bǔ)給，當(dāng)降雨較大且持續(xù)進(jìn)行時(shí)，雨水入滲量大大超過土體排泄量，巖土體易處于飽水狀態(tài)，土體容重增大，抗剪強(qiáng)度降低，在自重及地下水的作用下，易產(chǎn)生崩塌或滑坡。

3. 地質(zhì)災(zāi)害類型及特征

根據(jù)野外地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查，該邊坡已發(fā)生的地質(zhì)災(zāi)害類型為崩塌1種，共7處，其特征詳述如下：

（1）BT1：位于邊坡西側(cè)，平面近似梯形，后壁較陡直，見有大量坡殘積土及土質(zhì)全——強(qiáng)風(fēng)化巖裸露。該段崩塌位置距地面高度約27m，邊坡傾向220°，坡度呈50°～60°，最大寬度約22m，順坡長度約20m，厚度2m～3m，崩塌土方約為450m3，屬巖質(zhì)崩塌。

（2）BT2：位于邊坡西側(cè)，崩塌位置距地面高度約25m，平面近似弧形，后壁較陡直，高度3.0m～5.0m。該崩塌坡面傾向185°，最大寬度約32m，順坡長度約24m，厚度0.5m～2.0m，體積約780m3，屬巖質(zhì)崩塌。坡腳可見巖層出露，產(chǎn)狀為40°∠35°。

（3）BT3：位于邊坡西側(cè)，崩塌位置距地面高度約21m，平面近似梯形，后壁較陡直，高度約13m，見有大量全～強(qiáng)風(fēng)化巖及少量中風(fēng)化巖裸露，后壁不新鮮，裂隙發(fā)育。該崩塌坡面傾向190°，坡度呈60°～70°，最大寬度約26m，順坡長度約20m，厚度0.5m～1.0m，體積約580m3，屬巖質(zhì)崩塌。坡腳可見巖層出露，產(chǎn)狀為60°∠45°。

（4）BT4：崩塌位置距地面高度約20m，平面近似弧形，后壁較陡直，高度約10m，后壁不新鮮。該崩塌坡面傾向180°，坡度呈30°～40°，最大寬度約25m，順坡長度約20m，厚度0.5m～2.0m。崩塌體主要為土狀全——強(qiáng)風(fēng)化巖體，體積約410m3，屬巖質(zhì)崩塌。崩塌面后期經(jīng)雨水沖刷形成一條自東北向西南走向沖溝。坡腳可見巖層出露，產(chǎn)狀為75°∠45°。

（5）BT5：崩塌位置距地面高度約20m，平面近似梯形，后壁較陡直，高度約3m，后壁新鮮。該崩塌坡面傾向190°，坡度呈60°～70°，最大寬度約4m，順坡長度約5m，厚度0.5m～2m，崩塌體散落于坡面，崩塌體主要為殘積土和全、強(qiáng)風(fēng)化巖體，體積約10m3，屬小型土質(zhì)崩塌。

（6）BT6：崩塌位置距地面高度約7m，平面近似梯形，后壁較陡直，高度約2m，后壁新鮮。該崩塌坡面傾向190°，坡度呈60°～70°，最大寬度約2m，順坡長度約3m，厚度0.5m～1m，崩塌體散落于坡面，崩塌體主要為殘積土及少量全風(fēng)化巖，體積約2m3，屬小型土質(zhì)崩塌。

（7）BT7：崩塌位于BT1中部，該段崩塌位置距地面高度約15m，邊坡傾向220°，坡度呈50°～60°，最大寬度約1.5m，順坡長度約2m，厚度0.5m～1m，崩塌土方約為1m3，屬原有崩塌體小型崩塌。

4. 邊坡穩(wěn)定性影響因素

綜合分析邊坡的地質(zhì)環(huán)境條件，對該邊坡穩(wěn)定性相關(guān)的主要因素分析如下：

（1）邊坡的形態(tài)特征：該邊坡坡腳呈弧線型，從西北走向東，長約225m。邊坡呈上緩下陡的形態(tài)，靠近坡頂坡度為20°～30°，靠近坡腳的陡峭邊坡為40°～50°，局部超過60°，高差10m～30m。上緩下陡的坡體形態(tài)有利于地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生。

（2）巖土體工程地質(zhì)特征：由于殘坡積土主要成分為粉質(zhì)粘土，粘結(jié)力和抗剪強(qiáng)度較小，遇水易軟化、崩解，巖土體強(qiáng)度降低，從而可能導(dǎo)致表層殘坡積土沿下部巖面滑動(dòng)或在臨空面的有利地勢下崩解，引發(fā)崩塌地質(zhì)災(zāi)害；再者由于坡體風(fēng)化基巖的節(jié)理裂隙較發(fā)育，將巖體分切為零散的楔形體，這樣就給崩塌提供了有利條件。

（3）氣象和水文地質(zhì)條件：該區(qū)強(qiáng)降雨時(shí)間較長，夏季多臺風(fēng)暴雨，連續(xù)降雨期間給地下水提供了豐富的補(bǔ)給來源，增加了坡體水壓力，促進(jìn)坡體巖土體的軟化崩解，降低巖土體強(qiáng)度，最終可能導(dǎo)致邊坡失穩(wěn)。

（4）人類的工程建設(shè)活動(dòng)：在坡腳修建建筑物時(shí)，坡腳被開挖，原來的巖土層的應(yīng)力平衡狀態(tài)被破壞，這樣坡體發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害的可能性加大。

根據(jù)上述分析，坡腳邊坡陡峭且?guī)r土體遇水易軟化、崩解是邊坡穩(wěn)定性的主要不利因素，而大氣強(qiáng)降雨則是其主要激發(fā)因素。上述特征使得坡體陡峭部位容易發(fā)生小型崩塌，并隨著崩塌的發(fā)生，陡峭后壁臨空面后移，形成新的臨空面，從而為新崩塌的產(chǎn)生創(chuàng)造了條件。

5. 邊坡穩(wěn)定性計(jì)算

經(jīng)上述分析可知，坡體主要不利的巖土層為地表薄層殘坡積土和其下全、強(qiáng)風(fēng)化基巖，在長期暴雨的作用下，可能會發(fā)生小型崩塌或淺層滑坡。為進(jìn)一步確定邊坡的穩(wěn)定性，預(yù)測其未來的發(fā)展趨勢，根據(jù)樣品試驗(yàn)結(jié)果、反演分析和地區(qū)經(jīng)驗(yàn)，選取合適的巖土物理力學(xué)性質(zhì)參數(shù)，對邊坡進(jìn)行穩(wěn)定性計(jì)算，從數(shù)值上反映邊坡的穩(wěn)定性。[2]

5.1 計(jì)算方法

與邊坡穩(wěn)定性相關(guān)巖土體為殘坡積土、全和強(qiáng)風(fēng)化巖，由于強(qiáng)風(fēng)化巖節(jié)理裂隙較發(fā)育且?guī)r性成分主要為砂泥質(zhì)，巖體工程性質(zhì)較差，可按土質(zhì)邊坡處理，因此可采用規(guī)范推薦的圓弧滑動(dòng)條分法進(jìn)行計(jì)算。

5.2 計(jì)算工況

根據(jù)邊坡在一般狀態(tài)（非雨季、無地震等）和飽和狀態(tài)（連降暴雨+地震等不利情況）下的差異，確定以下兩種計(jì)算工況：

工況一：一般狀態(tài)（自重）

地下水位以上按天然重度計(jì)算，在地下水位以下取飽和重度計(jì)算，不考慮地震、地下水的滲流和浮托力作用等其他因素。

工況二：飽和狀態(tài)（自重+暴雨+地下水）

由于坡體地下水位埋藏較深，坡體破壞為淺層的崩滑破壞，因此可不考慮地下水滲流和浮托力作用。暴雨時(shí)，巖土體重度和強(qiáng)度參數(shù)都取飽和時(shí)的參數(shù)，由于場地的地震烈度為VI度，所以可以不考慮地震作用。

5.3 計(jì)算剖面

根據(jù)擬治理邊坡特點(diǎn)，選取兩個(gè)典型剖面進(jìn)行邊坡穩(wěn)定性計(jì)算，其結(jié)果可作為該邊坡穩(wěn)定性分析的參考。計(jì)算坡面如圖1、圖2。

5.4 計(jì)算參數(shù)

根據(jù)本次勘查鉆孔和探井的土工試驗(yàn)數(shù)據(jù)和地區(qū)經(jīng)驗(yàn)，并結(jié)合反演分析，選取相關(guān)巖土層的物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)，進(jìn)行邊坡的穩(wěn)定性計(jì)算，具體參數(shù)見表1。

5.5 計(jì)算結(jié)果

采用理正復(fù)雜邊坡穩(wěn)定分析軟件的瑞典條分法，選取上述計(jì)算參數(shù)和計(jì)算剖面，對邊坡在兩種工況下的穩(wěn)定性進(jìn)行計(jì)算。其計(jì)算結(jié)果見表2

從上表計(jì)算結(jié)果可以看出，該邊坡在一般狀態(tài)下，處于基本穩(wěn)定狀態(tài)；若遇長期暴雨等不利情況時(shí)，邊坡處于不穩(wěn)定狀態(tài)，尤其是坡體陡峭部位（坡體前緣臨空面、崩塌后壁等）很容易發(fā)生局部崩塌或滑坡；在最危險(xiǎn)的情況下，邊坡將會沿著潛在危險(xiǎn)滑動(dòng)面產(chǎn)生淺層小型滑坡，對坡腳建筑物和居民造成很大危害，因此建議對其進(jìn)行治理。

6. 邊坡治理方案建議

由于該邊坡主要由殘坡積土和全、強(qiáng)風(fēng)化基巖組成，如果遇到長期暴雨，該處發(fā)生地災(zāi)的可能性很大。坡腳建筑物密集，搬遷困難，無法只采取消極的監(jiān)測和避讓措施，現(xiàn)在應(yīng)該積極去治理該邊坡。其措施主要有如下兩種：

方案一：修復(fù)原擋土墻+坡面清理+格構(gòu)錨固+掛網(wǎng)噴砼護(hù)面+排水

針對該邊坡的特點(diǎn)（坡腳高陡，坡體上部殘坡積土松散），采用簡單清理坡面后，依據(jù)現(xiàn)有坡面進(jìn)行格構(gòu)錨固+掛網(wǎng)噴砼護(hù)面+排水的綜合治理方法。

方案二：修復(fù)原擋土墻+分級放坡+格構(gòu)錨固+植被護(hù)面+排水

針對目前坡面較陡的特點(diǎn)，分級放坡，然后再進(jìn)行格構(gòu)錨固+植被護(hù)面+排水的綜合治理方法。

由上述兩種方法可知，方案一對山體破壞較小，以人工和機(jī)械配合施工，工程量相對較小，工期較長，無法綠化；方案二土方開挖量較大，可機(jī)械化施工，工期較短，治理費(fèi)用也較大，可實(shí)現(xiàn)坡面綠化。綜合現(xiàn)場條件及勘查資料，建議采用方案二修復(fù)“擋土墻+分級放坡+格構(gòu)錨固+植被護(hù)面+排水”方案。[3]

7. 結(jié)論

坡腳邊坡陡峭且?guī)r土體遇水易軟化、崩解是邊坡穩(wěn)定性的主要不利因素，而大氣強(qiáng)降雨則是其主要誘發(fā)因素。上述特征使得坡體陡峭部位容易發(fā)生小型崩塌，并隨著崩塌的發(fā)生，陡峭后壁臨空面后移，形成新的臨空面，從而為新崩塌的產(chǎn)生創(chuàng)造了條件。

針對邊坡的穩(wěn)定性及可能的失穩(wěn)形式，結(jié)合當(dāng)?shù)氐慕?jīng)濟(jì)、社會和地理環(huán)境條件，建議采取“保留或修復(fù)坡腳擋土墻+坡面清理+格構(gòu)錨固+植被護(hù)面+排水”的綜合治理方案。

參考文獻(xiàn)：

[1] 建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2013.

[2] 楊文鵬.論高邊坡的勘察與穩(wěn)定性[J].地球，2016（2）：175.

[3] 羅曉風(fēng).多形式支護(hù)體系在高邊坡支護(hù)工程中的應(yīng)用[J]地球，2016（4）：435.