深圳市水徑余泥渣土受納場(chǎng)邊坡監(jiān)測(cè)與穩(wěn)定性分析——以深圳市水徑余泥渣土受納場(chǎng)邊坡為例

方建鋒

（深圳市城市廢物處置中心廣東深圳518028）

深圳市水徑余泥渣土受納場(chǎng)邊坡監(jiān)測(cè)與穩(wěn)定性分析——以深圳市水徑余泥渣土受納場(chǎng)邊坡為例

方建鋒

（深圳市城市廢物處置中心廣東深圳518028）

以深圳市水徑余泥渣土受納場(chǎng)邊坡為例，采用深層位移監(jiān)測(cè)和GEO-SLOPE穩(wěn)定性計(jì)算相結(jié)合的方法，對(duì)邊坡穩(wěn)定性以及監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析后表明：采用圓滑滑動(dòng)法計(jì)算的一般工況安全系數(shù)都大于1.35，地震工況大于1.15，邊坡處于穩(wěn)定狀態(tài)。邊坡位移變化整體呈現(xiàn)前期速度較快，后期位移速度逐漸趨緩，最終處于相對(duì)穩(wěn)定狀態(tài)，且累計(jì)位移都在10mm以內(nèi)。

余泥渣土受納場(chǎng)；邊坡監(jiān)測(cè)；穩(wěn)定性分析

1　前言

近3年來(lái)深圳市每年產(chǎn)生約3600×104m3的余泥渣土。處理數(shù)量如此巨大的余泥渣土對(duì)深圳市來(lái)說是個(gè)極為棘手的問題。目前，大部分余泥渣土運(yùn)往渣土受納場(chǎng)，形成人工填筑邊坡[1]。而滑坡的形成與巖土體本身特性及坡體結(jié)構(gòu)密切相關(guān)，對(duì)于人工填筑邊坡，通過合理的設(shè)計(jì)與施工可以確保坡體結(jié)構(gòu)良好，但坡體填料一般以雜填土和素填土為主，填筑料的物理力學(xué)性質(zhì)差、不均勻性程度高，難以密實(shí)，導(dǎo)致邊坡巖土體性能較差，特別是在地震活動(dòng)、長(zhǎng)期的地下水不利作用及暴雨誘發(fā)等情況下，更容易產(chǎn)生滑坡現(xiàn)象[2][3]。

深圳現(xiàn)在有138座渣土受納場(chǎng)。2015年12月20日，光明新區(qū)紅坳余泥渣土臨時(shí)受納場(chǎng)發(fā)生滑坡事故，失聯(lián)和遇難人數(shù)達(dá)77人。為預(yù)防類似工程事故的發(fā)生，本文通過邊坡安全系數(shù)計(jì)算以及動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，對(duì)深圳市水徑余泥渣土受納場(chǎng)邊坡進(jìn)行穩(wěn)定性分析。同時(shí)，此方法可以推廣到類似工程，從而更有效的確保人工填筑邊坡的安全。

2　項(xiàng)目概況

2.1工程概況

深圳市水徑余泥渣土受納場(chǎng)位于布吉水徑村東側(cè)山地，清平高速公路的西側(cè)，總占地面積約26×104m2，地形呈南北長(zhǎng)東西窄的帶狀，分為南北兩個(gè)區(qū)域進(jìn)行填埋建筑垃圾，設(shè)計(jì)總堆填高度：北區(qū)標(biāo)高165m～215m，最高堆高50m；南區(qū)標(biāo)高135m～215m，最高堆高80m，每10m分層設(shè)置一級(jí)臺(tái)階，每級(jí)邊坡設(shè)計(jì)坡率1：2.5，兩級(jí)邊坡之間設(shè)置平臺(tái)，臺(tái)階寬度為5m，受納場(chǎng)設(shè)計(jì)最大容積約487×104m3。

場(chǎng)區(qū)設(shè)有三處擋土壩：沿清平快速一側(cè)南區(qū)1號(hào)壩長(zhǎng)約299m，壩頂標(biāo)高135m；北區(qū)2號(hào)壩長(zhǎng)約458m，壩頂標(biāo)高165m；南區(qū)西南角3號(hào)擋土壩長(zhǎng)21.2m，高10m。擋土壩結(jié)構(gòu)形式為均質(zhì)土壩，壩形為梯形，壩體內(nèi)外放坡均為1:2.5，壩腳設(shè)有排水棱體，土壩外面采用人字形骨架植草綠化。

2.2地質(zhì)情況

勘察場(chǎng)地原始地貌屬低丘陵-低山地貌，經(jīng)過采石場(chǎng)長(zhǎng)期開采，山體原始地貌已有比較大的改觀，南側(cè)及北側(cè)土壩段（1-3號(hào)斷面）坡底標(biāo)高約124.0m，坡頂標(biāo)高約175.0m～182.0m，分3～6階放坡；最北側(cè)（4號(hào)斷面）坡底約170.0 m左右，坡頂196.0m左右，為一階放坡。

根據(jù)野外踏勘及鉆探揭露，坡體內(nèi)分布的主要為新近人工填土層，下伏及坡底地層為第四系殘積層及燕山期花崗巖。人工填土包括雜填土和素填土，雜填土是組成坡體的主要土層，雜色，主要由建筑垃圾組成，成份為混凝土塊、磚塊，砂礫、石粉渣等，混含約20%～30%的粘性土及少量生活垃圾，松散-稍密。第四系殘積層以礫質(zhì)粘性土為主，形成于第四紀(jì)晚更新世及以前，褐紅色、黃褐色，系花崗巖風(fēng)化殘積而成，除石英顆粒外其余礦物均已風(fēng)化成土，大于2mm石英顆粒超過20%，呈可塑-硬塑狀態(tài)。燕山期花崗巖主要成分為長(zhǎng)石、石英、黑云母等，含其它暗色蝕變礦物，中粗?；◢徑Y(jié)構(gòu)，致密塊狀構(gòu)造?？辈旖衣度L(fēng)化、中風(fēng)化帶。

3　邊坡穩(wěn)定性分析

3.1分析斷面

根據(jù)水徑余泥渣土填埋場(chǎng)邊坡結(jié)構(gòu)形式，以及山脊線走向，在重要的邊坡地段布設(shè)10個(gè)地質(zhì)鉆孔，共形成3個(gè)地質(zhì)剖面，根據(jù)勘探的結(jié)果進(jìn)行現(xiàn)狀邊坡的穩(wěn)定性分析。地質(zhì)剖面平面布置圖如圖1、圖2所示，斷面如圖3、圖4、圖5所示。

圖2　北區(qū)2-2’和3-3’斷面位置圖

3.1.11-1’斷面

圖3　計(jì)算斷面（1-1’斷面）

3.1.22-2’斷面

圖4　計(jì)算斷面（2-2’斷面）

3.1.33-3’斷面

圖5　計(jì)算斷面（3-3’斷面）

3.2分析工況及計(jì)算參數(shù)

邊坡在不同工況條件下，其安全系數(shù)也不同。一般在自然工況下，邊坡的安全系數(shù)較高，是較穩(wěn)定工況；而在飽水情況下，邊坡巖土體強(qiáng)度降低，往往是安全不利工況，如在暴雨作用下，導(dǎo)致巖土體處于飽和狀態(tài)，尤其對(duì)于填土邊坡，由于強(qiáng)度降低，往往出現(xiàn)滑坡等地質(zhì)災(zāi)害；在地震作用下，地震力對(duì)邊坡的穩(wěn)定性造成很大影響，地震也是對(duì)邊坡穩(wěn)定性不利的重要因素。因此，本次分析考慮在自然狀態(tài)下、飽水狀態(tài)和地震影響三種工況下邊坡的穩(wěn)定系數(shù)。計(jì)算參數(shù)如表1所示。

表1　邊坡計(jì)算參數(shù)

3.3計(jì)算結(jié)果分析

采用邊坡穩(wěn)定性計(jì)算專業(yè)軟件GEO-SLOPE進(jìn)行計(jì)算，該軟件是國(guó)內(nèi)外巖土工程界廣泛使用的邊坡穩(wěn)定性二維分析計(jì)算軟件。分析方法采用最常用的極限平衡法。極限平衡法是當(dāng)前國(guó)內(nèi)外應(yīng)用最廣的邊坡穩(wěn)定性分析方法[4]。它是在已知滑動(dòng)面上對(duì)邊坡進(jìn)行靜力平衡計(jì)算，從而求出邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)。當(dāng)滑移面為一簡(jiǎn)單平面時(shí)，靜力平衡計(jì)算可采用解析法計(jì)算；當(dāng)滑移面為圓弧、對(duì)數(shù)螺線、折線或任意曲線時(shí)，通常采用條分法求解。由于采用條分法時(shí)，邊坡為一超靜定問題，需要對(duì)某些位置條件進(jìn)行假定，因此又分為非嚴(yán)格條分法和嚴(yán)格條分法。非嚴(yán)格條分法通常是假定條間力的方向[5]，如瑞典法、簡(jiǎn)化Bishop法、簡(jiǎn)化Janbu法等；嚴(yán)格條分法同樣需要進(jìn)行一定的假定，在假定合理的條件下解答十分接近準(zhǔn)確，如Morgenstern-Price法、Spencer法、Janbu法等。

表2　現(xiàn)狀邊坡安全系數(shù)計(jì)算結(jié)果

通過GEO-SLOPE軟件計(jì)算得到邊坡安全系數(shù)如表所示，1-1’～3-3’斷面水徑余泥渣土受納場(chǎng)邊坡安全穩(wěn)定系數(shù)在自然狀態(tài)、飽水狀態(tài)和地震狀態(tài)下，采用圓滑滑動(dòng)法計(jì)算的一般工況安全系數(shù)都大于1.35，地震工況K>1.15，故邊坡處于穩(wěn)定狀態(tài)[6]。

4　邊坡動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)

4.1邊坡監(jiān)測(cè)方法

本項(xiàng)目為了對(duì)邊坡的實(shí)效特性進(jìn)行相關(guān)研究，掌握崩塌，滑坡的變形特征及規(guī)律，預(yù)測(cè)、預(yù)報(bào)可能發(fā)生滑坡的邊界條件、規(guī)模、方向、方式、時(shí)間等，檢驗(yàn)、評(píng)價(jià)邊坡加固處置措施的效果，獲取邊坡防護(hù)技術(shù)及加固措施研究的相應(yīng)數(shù)據(jù)及參數(shù)[7]。埋設(shè)了7個(gè)測(cè)斜孔，對(duì)邊坡深層位移進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

圖6　現(xiàn)場(chǎng)邊坡與測(cè)斜監(jiān)測(cè)孔

4.1.1監(jiān)測(cè)儀器原理

傾斜監(jiān)測(cè)是用測(cè)斜儀每隔一定時(shí)間逐段測(cè)量鉆孔的斜率，從而獲得巖土體內(nèi)部位移及其隨時(shí)間變化的原位觀測(cè)方法。監(jiān)測(cè)系統(tǒng)由兩大部分組成：（1）儀器系統(tǒng)：由傳感器探頭、有深度標(biāo)記的承重電纜和讀數(shù)顯示儀組成。（2）測(cè)斜導(dǎo)管：垂直埋設(shè)在需要監(jiān)測(cè)部位的巖土體里面，并與巖土體連成一體，導(dǎo)管內(nèi)壁有互成90°的兩對(duì)凹槽，以便探頭的滑輪能上下滑動(dòng)并起定位作用。如果巖土體產(chǎn)生位移，導(dǎo)管將隨巖體一起變形。觀測(cè)時(shí)，探頭由導(dǎo)輪引導(dǎo)，用電纜垂向懸吊在測(cè)斜管內(nèi)沿凹槽滑行。當(dāng)探頭以一定間距在導(dǎo)管內(nèi)逐段測(cè)量時(shí)，傳感元件將每次測(cè)得鉆孔與垂線的夾角轉(zhuǎn)換成電訊號(hào)傳輸?shù)阶x數(shù)儀測(cè)出。

圖7　測(cè)斜管A方向和B方向疊加

4.1.2監(jiān)測(cè)方法

測(cè)斜管帶有互相垂直的十字槽，分別代表互相垂直的兩個(gè)方向(A方向﹑B方向)。每點(diǎn)在互相垂直的兩個(gè)方向正、反向各測(cè)一次，共測(cè)四次。根據(jù)監(jiān)測(cè)A、B兩個(gè)方向位移量，可求出合位移的大小與方向[8]。

4.2邊坡監(jiān)測(cè)結(jié)果及分析

測(cè)斜監(jiān)測(cè)從2015年10月19日開始，由于初始值采集時(shí)水徑余泥渣土場(chǎng)已經(jīng)停止填筑，監(jiān)測(cè)頻率為1次/半個(gè)月至一個(gè)月，遇到惡劣天氣以及監(jiān)測(cè)異常情況加密監(jiān)測(cè)。監(jiān)測(cè)深層位移變化方向如圖7所示，深層位移曲線圖如下：

圖8　水徑余泥渣土受納場(chǎng)邊坡位移方向圖

圖9　CX1深層位移曲線圖

圖10　CX2深層位移曲線圖

圖11　CX3深層位移曲線圖

圖12　CX4深層位移曲線圖

圖13　CX5深層位移曲線圖

圖14　CX6深層位移曲線圖

圖15　CX7深層位移曲線圖

在深層位移監(jiān)測(cè)時(shí)，測(cè)斜管底部位于穩(wěn)定地層，視為水平位移為零，累積位移即各點(diǎn)相對(duì)于孔底位移的累積值，根據(jù)位移變形，可推測(cè)滑動(dòng)面深度、位移大小及位移速率。

對(duì)7個(gè)測(cè)斜孔共進(jìn)行了18次監(jiān)測(cè)，其中最大變形量發(fā)生在CX5監(jiān)測(cè)點(diǎn)的管口位置，為2016年4月5日監(jiān)測(cè)值9.30mm，最大變形速率為0.30mm/d。通過對(duì)7個(gè)測(cè)斜監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，前期監(jiān)測(cè)位移速率較大，后期位移速率逐漸趨緩，邊坡整體處于穩(wěn)定狀態(tài)。以CX5為例，2015年10月19日至2015年12月12日，管口位移變化量7.32mm，而2015年12月12日至2016年4月11日，管口位移變化量?jī)H1.72mm，說明土體變形逐漸趨于收斂。

通過對(duì)CX4監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，2015年12月12日開始，測(cè)斜管口以下20m深度位置坡體位移速度較快，存在滑動(dòng)面，但由于滑動(dòng)面較深，上部土體填筑密實(shí)，CX4監(jiān)測(cè)點(diǎn)管口累計(jì)位移量較小，收斂速度快，說明目前邊坡整體處于緩慢變形狀態(tài)。

5　結(jié)語(yǔ)

本文以深圳市水徑余泥渣土受納場(chǎng)邊坡為例，采用深層位移監(jiān)測(cè)和GEO-SLOPE穩(wěn)定性計(jì)算相結(jié)合的方法，對(duì)邊坡穩(wěn)定性以及監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析后表明：（1）采用圓滑滑動(dòng)法計(jì)算的一般工況安全系數(shù)都大于1.35，地震工況大于1.15，故邊坡處于穩(wěn)定狀態(tài)。（2）邊坡位移整體呈現(xiàn)前期速度較快，后期位移速度逐漸趨緩，且累計(jì)位移都在10mm以內(nèi)，邊坡處于相對(duì)穩(wěn)定狀態(tài)，與數(shù)值計(jì)算結(jié)果相吻合。作者認(rèn)為，本文采用數(shù)值計(jì)算與現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)相結(jié)合的方法，對(duì)于類似人工填土邊坡穩(wěn)定性分析，具有很強(qiáng)的借鑒意義。（3）深圳市水徑余泥渣土填筑邊坡CX4位置地表以下20m存在局部滑動(dòng)面，但由于上部土體填筑密實(shí)，坡腳、坡面已做好土壩和骨架植草綠化，邊坡坡率較小，最終CX4監(jiān)測(cè)點(diǎn)管口累計(jì)位移量較小，土體變形收斂速度較快。

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方建鋒（1982—），男，廣東省人，大學(xué)學(xué)歷，學(xué)士，環(huán)境工程師，2005年畢業(yè)深圳大學(xué)工商企業(yè)管理專業(yè)，2011年畢業(yè)武漢大學(xué)法學(xué)專業(yè)，法學(xué)學(xué)士學(xué)位。現(xiàn)從事市政環(huán)境衛(wèi)生工程建設(shè)、城市建筑垃圾受納場(chǎng)的建設(shè)和日常管理、生活垃圾填埋場(chǎng)封場(chǎng)管理、城市生物質(zhì)廢物處置研究等技術(shù)工作。主要研究方向?yàn)椋菏姓h(huán)境衛(wèi)生工程建設(shè)與管理、城市生物質(zhì)廢物處置研究、城市建筑垃圾受納場(chǎng)和城市生活垃圾衛(wèi)生填埋技術(shù)與封場(chǎng)后管理。