江西自然博物館Ⅱ號(hào)山體滑坡特征及穩(wěn)定性評(píng)價(jià)

劉江科

(江西省勘察設(shè)計(jì)研究院,江西 南昌 330095)

0 引言

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)的迅猛發(fā)展,國(guó)內(nèi)工民建建筑建設(shè)突飛猛進(jìn),進(jìn)而引發(fā)一系列滑坡災(zāi)害。滑坡穩(wěn)定性分析與評(píng)價(jià)對(duì)于滑坡的超前判斷,整個(gè)滑坡過程的趨勢(shì)分析以及災(zāi)后的整治起著至關(guān)重要的作用。

江西自然博物館位于新余市仰天崗南酉山麓周坑村地塊,總建筑面積83 575 m2,總用地面積達(dá)198 585 m2,是融教育與展示、收藏與研究、合作與交流、旅游休閑于一體的現(xiàn)代化的綜合性自然博物館,為江西省重點(diǎn)建設(shè)工程。在博物館建設(shè)進(jìn)程中,由于人工削坡及基坑開挖,使斜坡體前緣坡度變陡,形成臨空面,加上2009 年2-3月連續(xù)降雨的誘因下,在2009 年3 月8 日,博物館東西向山體后出現(xiàn)裂縫,東側(cè)裂縫寬度為50 cm,深度為70 cm,下滑約40 cm,并有逐步擴(kuò)大的傾向;西側(cè)裂縫寬度30 cm,深度50 cm。Ⅱ號(hào)滑坡位于擬建博物館西側(cè),見圖1。

圖1 Ⅱ號(hào)滑坡現(xiàn)狀全貌及滑坡后緣裂縫Fig.1 The current situation of No.2 landslide and the cracks on the rear edge of the landslide

1 滑坡形成地質(zhì)環(huán)境條件

1.1 地形地貌

此滑坡位于博物館西側(cè)山體,山頂標(biāo)高252.60 m,地面標(biāo)高90～100 m,坡體植被很發(fā)育,呈階梯狀,上部較陡,中部較緩,坡度約為30°,滑坡后緣位于山腰偏下,標(biāo)高約135 m,前緣位于基坑側(cè)壁,標(biāo)高約100 m,相對(duì)高度35 m。坡頂植被良好,以喬木和灌木為主;目前坡體表面多被松散堆積物及風(fēng)化的巖石碎塊等覆蓋,較難觀測(cè)到完整的新鮮巖面。

1.2 地層巖性

1.3 水文地質(zhì)條件

滑坡區(qū)內(nèi)地下水補(bǔ)給來源主要為大氣降水。區(qū)內(nèi)地下水主要有3 類：松散巖類孔隙水、基巖裂隙水及巖溶水。①松散巖類孔隙水：主要分布于坡體表面殘坡積土層中。含水介質(zhì)由礫質(zhì)粘性土組成,地下水主要接受大氣降水直接補(bǔ)給,水量具明顯季節(jié)性。經(jīng)水樣測(cè)試,地下水對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)具弱腐蝕性,對(duì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋無腐蝕性,對(duì)鋼結(jié)構(gòu)具弱腐蝕性。②基巖裂隙水：主要賦存于泥巖、炭質(zhì)頁(yè)巖及砂巖、鐵質(zhì)砂巖裂隙中,地下水主要在裂縫、露頭處接受大氣降水補(bǔ)給。③巖溶水：主要賦存于滑坡前緣分布的石炭系覆蓋型石灰?guī)r中,局部開挖出露,水量較貧乏。在該次勘查深度范圍內(nèi),未見明顯的地下水徑流,故僅考慮暴雨對(duì)滑體的浸潤(rùn)飽和作用,不考慮地下水位產(chǎn)生的水壓力對(duì)滑坡的影響。

1.4 地質(zhì)構(gòu)造

根據(jù)新余市區(qū)域構(gòu)造地質(zhì)圖,勘查區(qū)內(nèi)構(gòu)造變形十分復(fù)雜,地層較為紊亂。次級(jí)小型褶皺和斷裂較為發(fā)育。場(chǎng)地西北部(該滑坡體前緣) 為一逆沖推覆構(gòu)造,角度稍緩,約為20°～30°,區(qū)內(nèi)地層缺失、重復(fù)、老地層逆掩于新地層之上,地層巖性和褶皺構(gòu)造的錯(cuò)移,且各組斷裂互相切割,致使本區(qū)地質(zhì)構(gòu)造更加復(fù)雜。

2 滑坡特征

2.1 滑坡外形特征

經(jīng)勘查分析：該工程滑坡為牽引式土質(zhì)滑坡,產(chǎn)生外因主要是人工削坡,使滑坡前緣坡體變陡,產(chǎn)生臨空面,加上大氣降水的直接誘發(fā)因素,致使滑體穩(wěn)定平衡狀態(tài)被打破?；缕矫嫘螒B(tài)呈現(xiàn)為“A”形?；虑熬墭?biāo)高為97 m (在現(xiàn)有基坑側(cè)壁),后緣標(biāo)高為135 m,可見明顯的因滑移變形形成的裂縫及后緣壁,壁高0.50～0.80 m,相對(duì)高差為38 m,南緣和北緣受山體邊界控制。滑體寬約90 m,長(zhǎng)約100 m,厚5～15 m,總體積約8×104 m3,滑坡坡體中下部現(xiàn)有放坡臺(tái)階2 級(jí),臺(tái)階高4～8 m,整體坡度約25°,第二級(jí)臺(tái)階約在115 m 左右。上部標(biāo)高115～135 m 處,土體較失穩(wěn),坡度較陡,約40°,主滑方向?yàn)?0°～80°。

2.2 滑坡結(jié)構(gòu)特征

(1) 滑體

滑坡體物質(zhì)組成主要為礫質(zhì)粘性土?；w厚5～10 m,縱剖面表明,滑體呈“弧”形,潛在滑坡體物質(zhì)組成主要為礫質(zhì)粘性土,滑體厚5～10 m,縱剖面表明,滑體呈“L”形。

(2) 滑帶

滑坡為土質(zhì)滑坡,滑帶主要位于礫質(zhì)粘性土層中,滑面為圓弧形。

(3) 滑床

滑坡滑床主要為礫質(zhì)粘性土。通過對(duì)現(xiàn)場(chǎng)勘探資料分析,滑坡前緣為中風(fēng)化石灰?guī)r,強(qiáng)度高,土體下部為強(qiáng)風(fēng)化砂巖及強(qiáng)風(fēng)化鐵質(zhì)砂巖,強(qiáng)度均較高,不可能產(chǎn)生滑移,因此該滑坡最可能發(fā)生沿基巖面滑動(dòng)的潛在滑坡,其潛在滑床為強(qiáng)風(fēng)化砂巖、鐵質(zhì)砂巖。

2.3 滑坡破壞模式分析

(1) 雨水下滲,使坡體的礫質(zhì)粘性土長(zhǎng)期處于飽水狀態(tài),粘聚力降低,抗剪強(qiáng)度降低,容易發(fā)生滑動(dòng)。由于滲入的程度不同,上部粘性土強(qiáng)度更差,與下部強(qiáng)度稍好粘性土形成滑移界面,是滑坡穩(wěn)定性影響的主要因素之一;

(2) 滑坡體上部陡,地貌上呈現(xiàn)階梯狀,中下部較緩,為滑坡發(fā)生提供了地形條件;

(3) 人類活動(dòng)是滑坡形成的主要因素之一。由于自博館建設(shè)施工,人工削坡,使斜坡體坡度變陡,重心上移,前緣形成臨空面,從而引發(fā)滑坡;

(4) 2009 年3-6 月份的久雨或暴雨是滑坡發(fā)生發(fā)展的直接誘發(fā)因素。

由于連續(xù)下雨或暴雨作用,水流下滲入坡體內(nèi),斜坡巖土體含水量陡然增加,重量相應(yīng)增加,加大斜坡體的下滑力,減小抗滑力;且由于人工削坡使斜坡體坡度變陡,重心上移,前緣形成臨空面,當(dāng)邊坡前緣局部地段的下滑力大于抗滑力時(shí),該段發(fā)生變形,出現(xiàn)裂縫,同時(shí)滑動(dòng)面在逐漸形成,坡體上部巖土體由于前面抗滑力減小,失去原有平衡,發(fā)生變形,滑動(dòng)面逐漸延伸,一旦滑動(dòng)面貫通后便出現(xiàn)整體滑動(dòng),產(chǎn)生滑坡,本滑坡性質(zhì)為牽引式。

3 滑坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)

3.1 評(píng)價(jià)方法

據(jù)勘查和工程地質(zhì)調(diào)查,且滑坡體存在潛在滑坡體,潛在滑動(dòng)面在礫質(zhì)粘性土與強(qiáng)風(fēng)化基巖的交界處,按《滑坡防治工程勘查規(guī)范》 推薦的折線法進(jìn)行穩(wěn)定性評(píng)價(jià)。

3.2 計(jì)算參數(shù)選取

(1) 滑體重度：根據(jù)室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果,由公式ρsat=ρd+1/ (sr+1) ρw,可算出各巖土層的飽和容重,見表1。

表1 數(shù)值模擬各地層基本物理力學(xué)參數(shù)Tab.1 Numerical simulation of basic physical and mechanical parameters of each layer

礫質(zhì)粘性土飽和容重為20.19 kN/m3。

(2) 滑帶抗剪強(qiáng)度

滑帶主要物質(zhì)為礫質(zhì)粘性土,根據(jù)室內(nèi)試驗(yàn)及原位測(cè)試試驗(yàn),參考恢復(fù)山體反演計(jì)算結(jié)果和工程經(jīng)驗(yàn),滑帶土飽和抗剪強(qiáng)度值取C=7.5 kPa,φ=16.3°。

3.3 邊坡變形特征分析

根據(jù)邊坡穩(wěn)定性計(jì)算模型,對(duì)原狀土和巖層采用平面應(yīng)變模型選擇合理尺寸自動(dòng)劃分平面網(wǎng)格。為了減小邊界條件對(duì)體系應(yīng)力的影響,曲邊坡兩側(cè)伸展各50 m 作為邊界條件,下方砂巖強(qiáng)度比上方原狀土大得多,故取向下伸展30 m 作為底界。對(duì)該模型的左邊界和右邊界施加水平約束,使其X 方向位移為0,Y 方向自由;底邊界施加水平約束和豎向約束,使其X,Y 方向位移均為0。采用sigma/W 有限元軟件對(duì)地下水位上升后的邊坡進(jìn)行計(jì)算,計(jì)算結(jié)果見圖2-5。圖2 為坡體最大剪應(yīng)變分布,可以看出滑坡最大剪應(yīng)變?cè)谥骰绿庉^為集中;圖3 為坡體最大應(yīng)變分布,可以看出和最大剪應(yīng)變分布一致較好;圖4、圖5分別為滑移面和潛在滑移面在自重和暴雨工況下的穩(wěn)定性模擬。

圖2 坡體最大剪應(yīng)變分布Fig.2 Maximum shear strain distribution of slope

圖3 坡體最大應(yīng)變分布Fig.3 Maximum strain distribution of slope

圖4 滑移面穩(wěn)定性模擬計(jì)算(Fs=0.87)Fig.4 Simulation calculation of slip surface stability (Fs=0.87)

圖5 潛在滑動(dòng)面穩(wěn)定性模擬計(jì)算(Fs=1.08)Fig.5 Simulation calculation of potential sliding surface stability (Fs=1.08)

3.4 穩(wěn)定性分析

該次滑坡體穩(wěn)定性計(jì)算,只考慮滑坡體處于最不利情況下的穩(wěn)定性,主要為自重加暴雨時(shí)的穩(wěn)定性。

坡體內(nèi)沒有形成貫穿裂縫,暴雨時(shí)不考慮裂隙充水時(shí)的靜水壓力作用,只考慮對(duì)滑帶的潤(rùn)滑飽和作用。

計(jì)算結(jié)果顯示,主滑剖面穩(wěn)定系數(shù)為0.87,處于不穩(wěn)定狀態(tài),潛在滑坡體穩(wěn)定系數(shù)為1.08,處于欠穩(wěn)定狀態(tài),因此Ⅱ號(hào)滑坡在久雨或暴雨的條件下,將處于不穩(wěn)定狀態(tài),應(yīng)盡快進(jìn)行滑坡治理。

4 結(jié)語(yǔ)

(1) 江西自然博物館Ⅱ號(hào)滑坡為牽引式土質(zhì)滑坡,滑體寬約90 m,長(zhǎng)約100 m,厚5～15 m,總體積約8×104 m3,為小型滑坡,根據(jù)其危害程度,屬一級(jí)滑坡。

(2) 經(jīng)綜合分析、計(jì)算,可以確定博物館Ⅱ號(hào)滑坡在久雨或暴雨的情況下,處于不穩(wěn)定狀態(tài)。

(3) Ⅱ號(hào)滑坡,對(duì)滑體進(jìn)行放坡治理,放坡坡率采用1∶3,坡面采用預(yù)應(yīng)力錨桿格構(gòu)防護(hù),格構(gòu)內(nèi)覆土植草。坡頂設(shè)置截水溝,坡體及坡腳設(shè)置排水溝。

在對(duì)滑坡進(jìn)行防治治理施工時(shí),應(yīng)加強(qiáng)驗(yàn)槽工作,加強(qiáng)對(duì)滑坡變形監(jiān)測(cè)。監(jiān)測(cè)工作應(yīng)考慮防治工程施工期的安全監(jiān)測(cè)及動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)相配套,做到安全施工,文明施工。