車村煤礦一號井變電站東邊坡穩(wěn)定性評價與綜合治理方案研究

王磊

摘 要：本文通過勘察查明了車村煤礦一號井變電站東邊坡區(qū)的工程地質(zhì)條件，確定了邊坡穩(wěn)定性評價計算參數(shù)，定性分析并采用極限平衡法定量計算了邊坡的穩(wěn)定性，提出了邊坡綜合治理方案，以期為學者的研究提供參考。

關(guān)鍵詞：邊坡;極限平衡法;穩(wěn)定性;治理方案

中圖分類號：TD854.6 文獻標識碼：A 文章編號：1003-5168（2019）04-0090-04

Study on Stability Evaluation and Comprehensive Treatment Scheme of

East Slope of Substation of No.1 Well in Checun Coal Mine

WANG Lei

（China Coal Xi’an Design Engineering Co.， Ltd.，Xi’an Shaanxi 710054）

Abstract： This paper found out the engineering geological conditions of the east slope area of No. 1 substation in Checun Coal Mine through investigation， determined the calculation parameters of slope stability evaluation， qualitatively analysed and quantitatively calculated the stability of the slope by using the limit equilibrium method， and put forward the comprehensive treatment scheme of the slope， so as to provide reference for scholars'research.

Keywords： slope;limit equilibrium method;stability;treatment scheme

1 工程概況

車村煤礦一號井變電站東邊坡位于延安市子長縣寺灣鄉(xiāng)九仙（田）溝內(nèi)，行政區(qū)劃隸屬陜西省延安市子長縣寺灣鄉(xiāng)，距子長縣城西南約20km。

根據(jù)設計總平面布置圖，平場設計放坡后，邊坡塌滑區(qū)內(nèi)或邊坡塌方影響區(qū)內(nèi)有35kV變電站（較重要建（構(gòu)）筑物），根據(jù)《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范》（GB 50330—2013）第3.2.1和3.2.2條的規(guī)定，邊坡工程的安全等級宜定為一級。

2 工程地質(zhì)條件

邊坡區(qū)域地貌單元屬低中山地貌。變電站東邊坡（見圖1）縱向長約115m，坡度28°～49°，坡面總體傾向西，坡高約50～65m，組成物質(zhì)為黃土，土質(zhì)較疏松，坡面上種植有杏樹等植物，植被覆蓋率約20%，邊坡坡頂有LS1（見圖2）和LS2落水洞分布，坡腳有5孔廢棄窯洞。目前，邊坡未發(fā)現(xiàn)明顯的變形特征，典型剖面號為1-1′和2-2′，見圖3。設計開挖坡腳距離擬建35kV變電站輪廓線約15.0m，距離配電室輪廓線約1.5m。

據(jù)勘探資料顯示，邊坡地層主要為第四系上更新統(tǒng)馬蘭組（Q3eol）和中更新統(tǒng)離石組（Q2eol），見圖4?，F(xiàn)從新到老分述于下。

2.1 第四系上更新統(tǒng)馬蘭組（Q3）

①黃土（Q3eol）：主要為粉土，黃色，稍密，稍濕，具針孔、蟲孔、根孔，底部含較多鈣質(zhì)結(jié)核，一般粒徑5～8cm，最大20cm;土質(zhì)疏松，手易搓成粉，局部含砂量較高，具中等～強烈濕陷性;層厚4.00～8.50m，層底標高1 281.94～1 305.74m，該層廣泛分布于邊坡的表部。

2.2 第四系中更新統(tǒng)離石組（Q2）

②黃土（Q2eol）：主要為粉土，褐黃色，中密，稍濕，土質(zhì)均勻，致密，具針孔，可見黑色鐵錳質(zhì)斑點，不具濕陷性，該層在場地普遍分布;最大揭露厚度20.30m，該層為該區(qū)域的下伏地層。

2.3 地下水

勘察期間僅在3號勘探點和該邊坡坡腳水井見到地下水，地下水為黃土孔隙、孔洞、裂隙潛水。

第四系黃土孔隙、孔洞、裂隙潛水含水層主要由粉土組成，易于接收大氣降水補給，富水性中等。穩(wěn)定水位埋深4.10～16.40m，相應標高為1 239.00～1 247.03m，潛水水位受季節(jié)性影響變化較大，區(qū)域地下水年變化幅度1.00m左右。地下水由大氣降水補給，排泄方式以人工排泄和向地表泄流為主?？辈炱陂g屬枯水期。水井中實測水位埋深11.00m，標高為1 239.00m。

3 邊坡穩(wěn)定性評價

3.1 定性評價

勘察中，對本邊坡附近的天然斜坡和人工邊坡進行了調(diào)繪，天然斜坡總坡度在30°及以下，大部分為穩(wěn)定邊坡，未發(fā)生過較大破壞。坡腳開挖直接影響坡體穩(wěn)定性，導致坡體向臨空面發(fā)生局部垮塌或蠕動;尤以地下水富集地段的坡體穩(wěn)定性較差。

變電所東邊坡縱向長約115m，坡度約28°～49°，坡面總體傾向西，坡高約66m，組成物質(zhì)為黃土，土質(zhì)較疏松，坡面上種植有杏樹等植物。該邊坡以前未發(fā)生過變形或滑動，現(xiàn)狀呈基本穩(wěn)定狀態(tài)。但是，在邊坡坡頂發(fā)育兩處落水洞，分別是LS1和LS2，落水洞對邊坡的穩(wěn)定性影響較大，危害程度大。建議對坡頂?shù)穆渌催M行回填并夯實。平場時對邊坡坡腳進行開挖，最大開挖深度19m。

3.2 定量評價

3.2.1 剪切試驗。根據(jù)邊坡的特性及當前所處的勘察階段，對每層土采樣，進行直剪（快剪）和增濕剪試驗，測定了的相應的C、[Φ]值。

3.2.2 綜合確定巖土工程計算參數(shù)。根據(jù)試驗結(jié)果，參考當?shù)氐墓こ探?jīng)驗綜合確定邊坡穩(wěn)定性計算時所需的參數(shù)建議值，見表1。

3.2.3 極限平衡法計算邊坡的穩(wěn)定性

3.2.3.1 計算模型。利用極限平衡法進行穩(wěn)定性計算，需要確定潛在滑面的后側(cè)邊界和底邊界。根據(jù)對邊坡潛在滑面的搜索結(jié)果，最不利情況為滑動面從坡腳處滑出。

3.2.3.2 計算方法。極限平衡分析法是目前評價邊坡穩(wěn)定性的主要方法，是一種基于平衡理論的數(shù)學模型計算分析方法。極限平衡分析法按照極限平衡理論，根據(jù)邊坡破壞面上抵抗破壞的阻力與破壞的比值進行判定[1]。常用的極限平衡分析法主要有Fellenius法（瑞典法）、Bishop法、Janbu法、Morgenstern-Price法、Spencer法、Sarma法、平面直線法和推力傳遞系數(shù)法等[2]。其中，瑞典法和Bishop法的應用更為普遍。

蔣斌松[3]在文獻中提到：在同樣的邊坡條件下，簡化Bishop法的安全系數(shù)一般比瑞典條分法高6%～7%，并且，一般認為Bishop法更符合實際。蔡美峰[4]在文獻中認為：Bishop法是計算圓弧形破壞最常用的方法，計算精度較高。

按照《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范》（GB 50330—2013）中第5.2.2、5.2.3和5.2.4條的規(guī)定，本次穩(wěn)定性評價采用圓弧滑動法中的簡化Bishop法。

3.2.3.3 計算初始條件的確定。邊坡勘察時為枯水季，勘察期間坡體內(nèi)部可見穩(wěn)定的地下水位。根據(jù)鉆孔揭露的水位深度。并考慮粉土的毛細作用，將水位以下和水位以上3m的土體都考慮為飽和土體。水位以上超過3m的土體均為天然含水率土體。

根據(jù)邊坡的結(jié)構(gòu)特征及未來可能的實際環(huán)境條件，本次擬定天然工況進行計算評價。

天然狀態(tài)：恢復地貌開挖之前的原始情況，計算時采用天然狀態(tài)下的C、[Φ]值和天然容重，計算原始邊坡穩(wěn)定性。

按上述條件，對1-1′剖面和2-2′剖面采用理正巖土計算軟件（6.0版）進行天然工況下的穩(wěn)定性計算，結(jié)果見表2。

3.2.4 結(jié)果分析。根據(jù)表2和《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范》（GB 50330—2013）中第5.3.1和5.3.2條的規(guī)定，原始地貌條件下，變電所東邊坡穩(wěn)定系數(shù)為1.118～1.168，處于基本穩(wěn)定狀態(tài)。

4 邊坡綜合治理方案

4.1 邊坡治理方案

優(yōu)化坡形方案建議。優(yōu)化坡形方案主要是通過減小邊坡的總坡度來提高邊坡的穩(wěn)定性。建議單坡坡高為8m，單坡坡比為1∶1，小平臺寬為3m，大平臺寬8～18m，并以放坡總坡度不超過33°為宜。該方案施工方便、簡單，造價低，但占地面積較大，會形成大量棄土。

加固方案建議。適用于本場地邊坡的加固方案主要為預應力錨索（桿）等。錨索加固方案主要通過錨索的錨固作用來提高邊坡的穩(wěn)定性。該方案不需要大范圍放坡，占地面積小，但施工較優(yōu)化坡形方案復雜，且造價相對較高。

對于變電站東邊坡，建議采用優(yōu)化坡形方案。

另外，在工程施工前，應先回填邊坡上已有落水洞，防止雨水和地表水進一步滲入增大土體重量，弱化土體的強度。同時，嚴禁在斜坡上部堆載或加壓。

4.2 邊坡截排水方案建議

雨水的滲入對黃土邊坡穩(wěn)定性有著至關(guān)重要的影響，從區(qū)域內(nèi)邊坡的破壞調(diào)查可以看出，沒有作防水處理的邊坡，基本上都遭受了不同程度的破壞，輕到坡面剝蝕，重到邊坡塌滑。因此，做好邊坡的防水、排水工作，是保證邊坡安全穩(wěn)定的重中之重，具體布置如下。

①每級平臺縱坡坡降設計不小于5‰，坡度傾向盡量與場地坡度一致，使排水溝水流容易排出;每級平臺設5%的反傾率，使平臺上水易流入排水溝內(nèi)。

②每級平臺上設置排水溝，排水溝采用梯形斷面，全斷面襯砌，側(cè)墻和平臺表面應設2㎝厚的防水砂漿或加設一層防水土工布。

③邊坡周邊距開口邊緣10m處設置漿砌石截水溝。

④截水溝在與每一平臺排水溝交匯處設計消力池，可采用漿砌片石或預制混凝土塊襯砌，當截水溝坡降陡于1∶1.5時，應在截水溝底板處設立跌坎或采用金屬管，減少水流的沖刷。

4.3 坡面防護建議

一般采用工程防護與植物防護相結(jié)合的方法進行護坡，其不僅能防止坡面的破壞，而且也起到生態(tài)環(huán)境保護和美化邊坡的作用。該工業(yè)場地邊坡坡面防護可以采用以下兩種方式。

①在邊坡坡面上設置格構(gòu)植物防護。格構(gòu)內(nèi)植物應選擇根系發(fā)達、莖矮葉茂的耐旱植物。

②可用空心六棱磚或方磚鋪砌平臺，也可在平臺上種植成活率高的耐寒灌木，防止遇水沖刷平臺，既美觀又實用。

參考文獻：

[1]張世雄.固體礦物資源開發(fā)工程[M].武漢：武漢理工大學出版社，2005.

[2]何淑軍，張春山，吳樹人，等.基于蒙特卡洛法的多級黃土滑坡可靠性分析[J].地質(zhì)通報，2008（27）：1822-1831.

[3]蔣斌松，康偉.邊坡穩(wěn)定性中BISHOP法的解析計算[J].中國礦業(yè)大學學報，2008（3）：287-290.

[4]蔡美峰，何滿朝，劉東燕，等.巖石力學與工程[M].北京：科學出版社，2008.