梅子鎮(zhèn)移民社區(qū)邊坡穩(wěn)定性分析

蔣 銳，張皓晗

（陜西省水利電力勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，陜西 西安 710001）

1 工程概況

梅子鎮(zhèn)移民安置社區(qū)為引漢濟(jì)渭工程寧陜縣移民安置點(diǎn)，安置社區(qū)外側(cè)為子午河，內(nèi)側(cè)為公路及邊坡，該安置社區(qū)已入住完畢。工程區(qū)交通位置見(jiàn)圖1。

圖1 工程位置示意圖

移民社區(qū)內(nèi)側(cè)公路邊坡坡面及坡腳未采取防護(hù)措施，截排水溝設(shè)置不完善，運(yùn)行多年來(lái)整體穩(wěn)定。2019 年10 月，由于連續(xù)降雨，內(nèi)側(cè)邊坡發(fā)生嚴(yán)重沖刷及局部滑塌，對(duì)往來(lái)車(chē)輛、人員及社區(qū)建筑物安全造成了一定影響。為保證石佛公路運(yùn)行安全，也避免邊坡滑塌對(duì)上部高速公路的樁基礎(chǔ)安全造成危害，需對(duì)邊坡穩(wěn)定進(jìn)行分析，并提出相應(yīng)處理措施建議。

2 邊坡地質(zhì)環(huán)境條件

2.1 區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造及地震參數(shù)

工程區(qū)大地構(gòu)造單元位于秦嶺褶皺系的南秦嶺褶皺束（Ⅱ2）上，南部與揚(yáng)子準(zhǔn)地臺(tái)（Ⅲ1）北緣臺(tái)緣褶皺帶相鄰。區(qū)域斷裂較為發(fā)育，近場(chǎng)區(qū)共有兩條一級(jí)斷裂和5 條二級(jí)斷裂。

根據(jù)《陜西省引漢濟(jì)渭工程地震安全性評(píng)價(jià)工作報(bào)告》（復(fù)評(píng)報(bào)告）的評(píng)價(jià)結(jié)論，近場(chǎng)區(qū)秦嶺山地內(nèi)場(chǎng)地周鄰的斷層均為第四紀(jì)早、中期活動(dòng)斷裂，晚更新世（Q3）以來(lái)基本不再活動(dòng)，屬于非全新活動(dòng)斷裂，設(shè)計(jì)中可不考慮斷裂錯(cuò)動(dòng)對(duì)工程的影響。歷史和現(xiàn)代震級(jí)小，遭受的地震影響烈度低，屬于構(gòu)造較穩(wěn)定地區(qū)。

根據(jù)《中國(guó)地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖》（GB 18306-2015），工程區(qū)Ⅱ類場(chǎng)地的地震動(dòng)峰值加速度為0.05g，地震動(dòng)反應(yīng)譜特征周期為0.45 s，相應(yīng)的地震基本烈度為Ⅵ度。

2.2 地形地貌

邊坡位于子午河二級(jí)階地上的石佛公路內(nèi)側(cè)，該段路面地形平坦，高程約在499 m 左右，路內(nèi)側(cè)邊坡陡立，地形起伏較大，人工開(kāi)挖陡坡的高程一般在499 m～512 m，高差約13 m左右，無(wú)支護(hù)措施，局部在運(yùn)行期產(chǎn)生滑塌，滑塌范圍上至高程523 m，與路面高差約24 m 左右。

殘留二級(jí)階地的臺(tái)面寬度不小于80 m，階地臺(tái)面高程507 m～530 m。階地基座巖面高程487.8 m～514.4 m。階地堆積物呈現(xiàn)二元結(jié)構(gòu)。階地上部覆蓋有坡洪積堆積的土層，厚度2 m～7 m，天然坡度26°～30°。

2.3 地層巖性

根據(jù)勘探試驗(yàn)資料和各土層的鑒定特征，邊坡附近出露的地層巖性按時(shí)代由新到老分述如下。

①層為全新統(tǒng)人工堆積（Q4s）：填筑土，淺黃色，以砂土質(zhì)為主，含部分礫石，稍密～中密，厚度約1 m～2 m。主要分布于路基部位。

②粉質(zhì)粘土：第四系全新統(tǒng)坡洪積堆積（Q4dl+pl），呈灰黑色，以粘粒為主，夾少量碎石，稍濕，硬塑～可塑。覆蓋于工程區(qū)山前斜坡及二級(jí)階地表面，層厚2 m～7 m 不等。

③-1 粉質(zhì)粘土：第四系上更新統(tǒng)沖洪積堆積層（Q3al+Pl），棕紅色，以粘粒為主，具水平層理，含砂質(zhì)，硬塑～可塑。層厚約9 m 左右，為二級(jí)階地上部堆積層。

③-2 層粉細(xì)砂：第四系上更新統(tǒng)沖洪積堆積層（Q3al+Pl），灰黃色，有水平層理、稍濕，中密厚度約2 m 左右。

③-3 卵石：第四系上更新統(tǒng)沖洪積堆積層（Q3al+Pl），雜色，中密～密實(shí)，呈次圓狀，分選性差，一般粒徑2 cm～8 cm，含零星漂石，最大粒徑30 cm，母巖一般為灰?guī)r、花崗巖等組成，礫砂和粘土充填。砂礫石層厚4.5 m～7.5 m，為二級(jí)階地下部堆積層。

④二云石英片巖（Sc）：灰褐色，片狀構(gòu)造，薄層結(jié)構(gòu)，片理發(fā)育，易風(fēng)化，巖質(zhì)較軟。強(qiáng)風(fēng)化層分布較廣，厚度一般2.5 m～13 m，在公路下部分布較薄，在邊坡上部分布較厚，弱風(fēng)化巖體的底界未揭穿。

邊坡代表性典型剖面見(jiàn)圖2。

圖2 邊坡代表性剖面示意圖

2.4 水文地質(zhì)條件

根據(jù)勘察階段揭示，邊坡坡面未見(jiàn)泉水出露，地下水埋深較大，地下水主要賦存與風(fēng)化基巖及階地砂卵石中，向子午河排泄。

根據(jù)取樣室內(nèi)水質(zhì)試驗(yàn)成果，地下水對(duì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋具微腐蝕性，對(duì)鋼結(jié)構(gòu)具有弱腐蝕性。

2.5 巖土體物理力學(xué)特征

根據(jù)取樣室內(nèi)顆分試驗(yàn)成果，②粉質(zhì)粘土砂粒占比20.9%、粉粒占比33.6%、粘粒占比45.6%，③-1 粉質(zhì)粘土砂粒占比21.1%、粉粒占比38.3%、粘粒占比40.9%。試驗(yàn)顯示兩層土均為非膨脹性土，主要物理力學(xué)試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)成果見(jiàn)表1。

鋼的國(guó)家軍用標(biāo)準(zhǔn)的制修訂開(kāi)始于90年代初期，是冶金、航空部門(mén)共同在原冶金工業(yè)軍用標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上制定。發(fā)動(dòng)機(jī)直接采用的鋼國(guó)軍標(biāo)有棒材、管材、板材、絲材、帶材、圓餅和環(huán)坯等原材料和鍛坯標(biāo)準(zhǔn)，在這些國(guó)軍標(biāo)發(fā)布后，廢止了相應(yīng)的冶標(biāo)。發(fā)動(dòng)機(jī)用鋼的航標(biāo)中，80年代初期制定的棒材、管材標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)內(nèi)容已納入相應(yīng)的材料國(guó)軍標(biāo)，目前發(fā)動(dòng)機(jī)用鋼的航標(biāo)主要用于鑄鋼及鑄件的生產(chǎn)。[8]

表1 物理力學(xué)試驗(yàn)成果統(tǒng)計(jì)表

3 邊坡穩(wěn)定性計(jì)算

3.1 計(jì)算原理

穩(wěn)定性計(jì)算采用極限平衡法，首先假設(shè)滑面，根據(jù)滑面確定極限抗力，再求穩(wěn)定性系數(shù)。由于假設(shè)滑面具有較大的不確定性，各滑面所求得的安全系數(shù)可能存在較大差異，安全系數(shù)最小值所對(duì)應(yīng)的破壞面即為最危險(xiǎn)滑面。

安全系數(shù)是作用于潛在破壞面上塊體沿破壞面的抗剪力與該塊體沿破壞面的剪切力之比，表明土體沿著選定的滑面處于極限平衡狀態(tài)時(shí)土的剪力的折減程度。安全系數(shù)基于兩個(gè)假定：①對(duì)抗剪強(qiáng)度的參數(shù)黏聚力和摩擦角用同一安全系數(shù)進(jìn)行折減；②所有土條的安全系數(shù)相同。

擋墻邊坡主要為土質(zhì)邊坡，因此本次分析方法采用《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范》[1]附錄A 推薦的Bishop 法。

3.2 計(jì)算工況

邊坡穩(wěn)定計(jì)算工況包括正常工況和非常工況。其中，正常工況是在正常和持久的條件下，邊坡土體處于天然含水率狀態(tài)下，計(jì)算參數(shù)取天然重度及天然抗剪強(qiáng)度；非常工況是在連續(xù)降雨期，邊坡土體飽和，計(jì)算參數(shù)取飽和重度及飽和抗剪強(qiáng)度。由于場(chǎng)地所在地的地震基本烈度為Ⅵ度，故不考慮地震影響。

3.3 計(jì)算參數(shù)的選取

各地層物理力學(xué)參數(shù)取值見(jiàn)表2。②粉質(zhì)粘土、③-1 粉質(zhì)粘土參數(shù)為室內(nèi)試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)值；①填筑土、③-2 粉細(xì)砂、③-3 卵石重度按試驗(yàn)值，抗剪強(qiáng)度參照附近已成工程經(jīng)驗(yàn)類比；基巖抗剪強(qiáng)度大，對(duì)穩(wěn)定性影響不大，視為不滑動(dòng)層。

表2 物理力學(xué)試驗(yàn)成果統(tǒng)計(jì)表

3.4 計(jì)算結(jié)果

經(jīng)建模計(jì)算，正常工況（天然狀態(tài)）下邊坡的最小安全系數(shù)為1.332，最不利滑動(dòng)面剪出口位于公路附近；非常工況（飽和狀態(tài)）下邊坡最小安全系數(shù)為0.904，最不利滑動(dòng)面剪出口位于邊坡坡腳。兩種工況下最不利滑動(dòng)面形態(tài)見(jiàn)圖3、圖4。

圖3 正常工況下邊坡最不利滑動(dòng)面

圖4 非常工況下邊坡最不利滑動(dòng)面

4 邊坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)及處理建議

4.1 邊坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)

結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)調(diào)查，多年來(lái)運(yùn)行結(jié)果表明，歷經(jīng)了多期次長(zhǎng)時(shí)間的強(qiáng)降水過(guò)程的考驗(yàn)，邊坡未出現(xiàn)大的整體滑動(dòng)，整體穩(wěn)定性較好，僅雨季暴雨時(shí)，局部出現(xiàn)小規(guī)模的局部滑塌。這與計(jì)算成果是相符合的。

4.2 處理建議

根據(jù)數(shù)值模擬計(jì)算及現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查成功，本邊坡處理的關(guān)鍵在于降低坡體內(nèi)地下水位，防止坡體飽和。因此建議對(duì)邊坡采取坡面截水及坡體排水措施，避免降水直接滲入坡體中。為防止雨季暴雨局部土體飽和，產(chǎn)生的小規(guī)?；绊懯鸸返恼＿\(yùn)行，建議在坡腳修建低擋墻進(jìn)行防護(hù)。