成都市龍泉驛區(qū)某邊坡參數(shù)取值研究

，，

(成都市勘察測(cè)繪研究院，四川成都610081)

工程邊坡是道路、房屋等規(guī)劃建設(shè)中常見的一種巖土工程，邊坡失穩(wěn)垮塌會(huì)威脅生命財(cái)產(chǎn)安全，學(xué)者們對(duì)邊坡穩(wěn)定性的關(guān)注和研究最早是從滑坡現(xiàn)象開始的[1-2]。邊坡參數(shù)取值在邊坡穩(wěn)定性分析中至關(guān)重要，對(duì)邊坡防護(hù)設(shè)計(jì)及造價(jià)有著決定性因素。魏斌[3]等利用工程類比的方法確定邊坡合理的力學(xué)參數(shù)，并通過穩(wěn)定性計(jì)算驗(yàn)證參數(shù)的合理性。張勤[4]等通過工程類比法選取層狀裂隙巖體力學(xué)參數(shù)，得出的計(jì)算結(jié)果符合邊坡實(shí)際變形特征，驗(yàn)證了力學(xué)參數(shù)的合理性。王學(xué)坤[5]利用測(cè)斜管對(duì)邊坡進(jìn)行數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)，采用參數(shù)反演方法，對(duì)邊坡土體強(qiáng)度進(jìn)行估算。周雪亭[6]用改進(jìn)BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的方法，獲取邊坡力學(xué)參數(shù)[7]，得出邊坡穩(wěn)定性系數(shù)與傳統(tǒng)極限平衡得出的結(jié)果相對(duì)誤差小于2%。另有學(xué)者根據(jù)邊坡蠕變狀態(tài)綜合反演分析獲取合理參數(shù)[8-15]。

邊坡參數(shù)取值的方法很多，各有優(yōu)缺點(diǎn)。本文將試驗(yàn)法、工程類比法以及參數(shù)反演法得出的力學(xué)參數(shù)進(jìn)行綜合分析，結(jié)合實(shí)際情況，選取合理的巖土力學(xué)參數(shù)進(jìn)行邊坡穩(wěn)定性分析。

1 工程概況

該邊坡位于四川省成都市龍泉驛區(qū)洛帶鎮(zhèn)獅子山附近。該場(chǎng)地整體地勢(shì)為西高東低，呈上陡中緩下陡的形態(tài)，整體坡度為15°～20°，坡向?yàn)檎龞|向。邊坡地層主要為含角礫粉質(zhì)黏土，強(qiáng)、中風(fēng)化砂質(zhì)泥巖。場(chǎng)地內(nèi)含角礫粉質(zhì)黏土層厚度為1.5～5.0 m，其下為基巖，基巖產(chǎn)狀為92～105∠25°～30°，為順層邊坡。裂隙產(chǎn)狀為30°∠80°，343°∠82°，120°∠89°，裂隙延伸小，控制性結(jié)構(gòu)面為層面，見圖1。

含角礫粉質(zhì)黏土與基巖接觸面處分布有薄層灰白色夾紫紅色粉質(zhì)黏土，可塑狀～軟塑狀，遇水極易軟化，力學(xué)強(qiáng)度(內(nèi)聚力C，內(nèi)摩擦角φ)較低。依據(jù)工程地質(zhì)測(cè)繪及類似工程對(duì)比分析，該薄層粉質(zhì)黏土可判斷為現(xiàn)狀邊坡潛在滑動(dòng)面一；根據(jù)地質(zhì)鉆探資料及調(diào)查分析，風(fēng)化巖體中分布有層間錯(cuò)動(dòng)帶，延伸長(zhǎng)度為5～10 m，主要物質(zhì)成分為含有角礫粉質(zhì)黏土；層面粗糙，閉合～張開0.1～0.3 cm，局部充填黏性土，層面為潛在滑動(dòng)面二。工程邊坡需進(jìn)行直立開挖，高度為13.0 m左右，開挖后易形成不穩(wěn)定工程邊坡。

本工程滑動(dòng)面一物理力學(xué)參數(shù)采用室內(nèi)試驗(yàn)及工程類比法進(jìn)行綜合選取；滑動(dòng)面二為硬性結(jié)構(gòu)面與軟弱結(jié)構(gòu)面交錯(cuò)，確定滑動(dòng)面二的力學(xué)參數(shù)較為困難，針對(duì)上述情況，現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行大量工程地質(zhì)測(cè)繪及調(diào)查分析，采用反分析法進(jìn)行計(jì)算，并結(jié)合現(xiàn)有規(guī)范進(jìn)行綜合取值。

2 邊坡力學(xué)參數(shù)取值

2.1 試驗(yàn)法

通過鉆孔或探槽的方式將潛在滑動(dòng)面處的黏土及風(fēng)化巖進(jìn)行采集密封，送至實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行制樣、試驗(yàn)，結(jié)果見表1。

表1 參數(shù)試驗(yàn)結(jié)果

2.2 工程類比法

工程場(chǎng)地附近道路及建筑物施工開挖后出現(xiàn)多次淺表層工程滑坡，采用抗滑樁結(jié)合擋土墻進(jìn)行治理，治理效果較好。該邊坡破壞模式與場(chǎng)地附近工程滑坡破壞模式基本一致，邊坡發(fā)生變形跡象十分相似，故對(duì)以上工程邊坡進(jìn)行類比分析。

《成都市醫(yī)療廢物處置中心滑坡》(中國(guó)建筑西南勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司)2009年勘察報(bào)告中提供相關(guān)參數(shù)見表2。

《成都市固體廢棄物衛(wèi)生處置場(chǎng)滲濾液處理擴(kuò)容工程》(四川省地質(zhì)工程勘察院)(位于本工程正下方)2012年滑坡勘察報(bào)告中提供相關(guān)參數(shù)見表3。

表3 巖土物理力學(xué)指標(biāo)表

2.3 參數(shù)反分析

本文主要針對(duì)廠房后巖質(zhì)邊坡進(jìn)行反分析，根據(jù)場(chǎng)地工程地質(zhì)測(cè)繪及調(diào)查分析，巖質(zhì)邊坡近5 a內(nèi)未發(fā)生變形破壞?；谝陨锨闆r，本次選取“自重+暴雨”工況進(jìn)行計(jì)算和分析，依據(jù)GB 50330—2013《建筑工程邊坡技術(shù)規(guī)范》中公式(1)—(5)，選擇3-3和4-4剖面(圖2)進(jìn)行計(jì)算分析。

(1)

R=[(G+Gb)cosθ-Qsinθ-Vsinθ-U]·

tanφ+CL

(2)

T=(G+Gb)sinθ+Qcosθ+Vcosθ

(3)

(4)

(5)

式中T——滑體單位寬度重力及其他外力引起的下滑力，kN/m3；R——滑體單位寬度重力及其他外力引起的抗滑力，kN/m3；C——滑面的內(nèi)聚力，kPa；φ——滑面的內(nèi)摩擦角,(°)；L——滑面長(zhǎng)度，m；G——滑體單位寬度自重，kN/m3；Gb——滑體單位寬度豎向附加荷載，kN/m3；θ——滑面傾角，(°)；U——滑面單位寬度總水壓力，kN/m3；V——后緣陡傾裂隙面上的單位寬度總水壓力，kN/m3；Q——滑體單位寬度水平荷載，kN/m3；hw——后緣陡傾裂隙充水高度，m。

邊坡巖土主要由含角礫粉質(zhì)黏土和基巖組成，以基巖為主。邊坡巖體重度取值采用加權(quán)平均重度并結(jié)合工程經(jīng)驗(yàn)，天然重度取21.0 kN/m3，飽和重度為22.0 kN/m3。根據(jù)《建筑邊坡技術(shù)規(guī)范》第4.3.1條相關(guān)規(guī)定，硬性結(jié)構(gòu)面C=20～50 kPa，φ=18°～27°，軟弱結(jié)構(gòu)面C=10～20 kPa，φ=8°～12°，本次邊坡巖體滑面力學(xué)強(qiáng)度反分析計(jì)算取值范圍C=13～17 kPa，φ=14°～19°。

從表4、5可以看出，K值隨內(nèi)摩擦角φ的變化較內(nèi)聚力C大；因此，內(nèi)摩擦角較內(nèi)聚力對(duì)邊坡穩(wěn)定性影響大，即邊坡穩(wěn)定性對(duì)內(nèi)摩擦角敏感度高于內(nèi)聚力C。

表4 工程邊坡層間結(jié)構(gòu)面C、φ敏感性分析(3-3剖面)

表5 工程程邊坡層間結(jié)構(gòu)面C、φ敏感性分析(4-4剖面)

通過以上反分析并結(jié)合工程邊坡實(shí)際變形情況，本工程邊坡按Fs=1.20進(jìn)行取值較為合理，考慮水對(duì)邊坡力學(xué)參數(shù)有一定軟化作用，結(jié)構(gòu)面(硬性結(jié)構(gòu)面與軟弱結(jié)構(gòu)面)內(nèi)摩擦角φ為17°～18°，內(nèi)聚力C為14～15 kPa之間較為合理。

2.4 力學(xué)參數(shù)綜合選取

結(jié)合室內(nèi)試驗(yàn)、工程類比及反分析等有關(guān)數(shù)據(jù)，潛在面一參數(shù)選取室內(nèi)試驗(yàn)，工程類比進(jìn)行綜合選??；考慮水對(duì)邊坡力學(xué)參數(shù)有一定軟化作用，滑動(dòng)面二參數(shù)選取反分析法并結(jié)合現(xiàn)有規(guī)范進(jìn)行綜合選取。力學(xué)參數(shù)取值見表6。

表6 工程邊坡力學(xué)參數(shù)綜合選取

3 穩(wěn)定性計(jì)算分析

3.1 剖面選取

針對(duì)基覆交界處工程邊坡穩(wěn)定計(jì)算，邊坡滑體為含角礫粉質(zhì)黏土，滑床為基巖，計(jì)算選擇覆蓋層厚度大且后緣較陡的4-4′剖面(圖3)。

3.2 Janbu法穩(wěn)定性計(jì)算成果

對(duì)工程邊坡穩(wěn)定性計(jì)算采用簡(jiǎn)化Janbu法，計(jì)算結(jié)果見表7。

表7 工程邊坡穩(wěn)定性計(jì)算成果

通過穩(wěn)定性計(jì)算可知，工程邊坡在天然狀態(tài)下處于穩(wěn)定狀態(tài)，與現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查基本一致；暴雨?duì)顟B(tài)處于欠穩(wěn)定狀態(tài)。

3.3 開挖邊坡穩(wěn)定性計(jì)算

根據(jù)邊坡滑動(dòng)特點(diǎn)，采用分級(jí)支擋，土層滑動(dòng)主要在邊坡中上部，應(yīng)采用抗滑樁進(jìn)行治理。開挖后形成直立順層巖質(zhì)邊坡，沿層面滑動(dòng)，巖層傾角取25°，按照GB 50330—2013《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范》A.0.2和DZ/T 0218—2006《滑坡防治工程勘查規(guī)范》對(duì)滑坡采用平面滑動(dòng)進(jìn)行穩(wěn)定性計(jì)算，暴雨工況按1/2充水高度計(jì)算，選取典型2-2′和5-5′剖面進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算剖面見圖4，成果見表8。

剖面各計(jì)算工況穩(wěn)定系數(shù)K天然狀態(tài)地震+自重暴雨工況2-2′1.0731.0160.9035-5′1.1641.0150.904

開挖后邊坡均處于欠穩(wěn)定狀態(tài)，暴雨工況均為不穩(wěn)定的狀態(tài)。開挖邊坡均應(yīng)采取防護(hù)治理措施。

3.4 三維數(shù)值模擬分析

圖5為工程邊坡的FLAC三維地質(zhì)模型，該模型以垂直向外為X軸正方向，水平向右為Y軸正方向。為驗(yàn)證邊坡綜合參數(shù)取值的合理性，本文將表6的參數(shù)代入進(jìn)行邊坡開挖計(jì)算,并采用抗滑樁和錨索聯(lián)合支護(hù)，最終可得Y=30、60、90、120 m處剖面的X方向位移云(圖6)。

從圖6可知：邊坡在開挖后采用抗滑樁和錨索聯(lián)合支護(hù)效果較好，位移最大值出現(xiàn)在Y=30 m處樁頂附近，量值在10～25 mm之間，隨距樁頂距離的增加，位移量值逐漸減小。結(jié)合工程邊坡位移監(jiān)測(cè)布置(圖7，選取部分位移量較大監(jiān)測(cè)點(diǎn))，圖8為聯(lián)合支護(hù)后，樁頂監(jiān)測(cè)點(diǎn)的X方向位移累積。

由圖8可知：實(shí)測(cè)點(diǎn)X方向累積位移值集中在7～25 mm之間，其中5號(hào)監(jiān)測(cè)點(diǎn)位移值最大，達(dá)到24 mm。數(shù)值模擬計(jì)算值和監(jiān)測(cè)值基本一致，進(jìn)而證明邊坡力學(xué)參數(shù)取值較為合理性。

4 結(jié)論

考慮到工程力學(xué)參數(shù)求解方法各自的不合理性，本文將試驗(yàn)法、工程類比法以及參數(shù)反分析法獲取的參數(shù)進(jìn)行對(duì)比分析，再結(jié)合實(shí)際工程地質(zhì)條件，得出研究區(qū)域邊坡綜合力學(xué)參數(shù)，通過對(duì)邊坡穩(wěn)定性計(jì)算及后期運(yùn)行效果，得出以下結(jié)論。

a) 室內(nèi)試驗(yàn)單一且離散較大時(shí)，可采用室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)合工程類比法綜合取值，能較為合理選取巖土力學(xué)參數(shù)。

b) 邊坡順層滑動(dòng)，硬性結(jié)構(gòu)面與軟弱結(jié)構(gòu)面相間，較準(zhǔn)確、合理取值難度大，可通過工程反分析并結(jié)合規(guī)范等進(jìn)行合理選取巖土力學(xué)參數(shù)。

c) 本工程邊坡巖土力學(xué)參數(shù)取值較為困難，現(xiàn)場(chǎng)取值試驗(yàn)結(jié)果具有一定離散性，應(yīng)采用多種方法進(jìn)行綜合分析；根據(jù)計(jì)算、模擬及監(jiān)測(cè)結(jié)果，參數(shù)取值結(jié)果符合實(shí)際情況。

d) 現(xiàn)狀工程邊坡為穩(wěn)定較好，開挖后邊坡處于欠穩(wěn)定狀態(tài)，暴雨工況下邊坡失穩(wěn)，工程中應(yīng)對(duì)此類邊坡引起重視。