徐州市某人工邊坡崩塌地質(zhì)災(zāi)害評價與防治措施

劉 飛，尚明召，李 鋒，徐 坤

(江蘇省第二地質(zhì)工程勘察院，江蘇徐州221004)

危巖崩塌是山地丘陵地區(qū)主要的地質(zhì)災(zāi)害類型，是在長期的重力、風化、滲透等因素作用下，從陡崖、斜坡上墜落的災(zāi)害現(xiàn)象[1]，其失穩(wěn)具有突發(fā)性、破壞性、影響范圍不確定性等特點[2]。針對危巖崩塌的致災(zāi)機制和破壞特征已產(chǎn)生了較多的研究成果。行業(yè)標準[3]按形成機理將崩塌分為：傾倒式、滑移式、臌脹式、拉裂式和錯斷式崩塌。胡厚田等[4-6]根據(jù)崩塌的形成條件和發(fā)生機理，總結(jié)出崩塌的發(fā)育階段及其基本模式、提出了危巖體穩(wěn)定性評價及計算方法。文獻[7-8]提出治理的主要思路是防治危巖體脫落（裂隙擴展）、限制運動范圍和保持坡體穩(wěn)定性。

本文在前人研究的基礎(chǔ)上，通過野外地質(zhì)調(diào)查，查明區(qū)內(nèi)地質(zhì)環(huán)境條件及地質(zhì)災(zāi)害分布發(fā)育特點，分析其成災(zāi)的原因、成災(zāi)的條件，調(diào)查其危害范圍，對危巖的穩(wěn)定性進行評價，提出防治措施建議，為有效減輕和防止地質(zhì)災(zāi)害危害的相關(guān)設(shè)計提供依據(jù)，確保山體邊坡的穩(wěn)定。

1 工程背景

徐州市區(qū)多分布有剝蝕丘陵地貌，隨著建設(shè)用地資源逐漸緊張，開發(fā)項目不可避免的需要占用部分山體，遂產(chǎn)生了規(guī)模不等的人工切坡，地質(zhì)災(zāi)害隱患凸顯。本次擬勘查的人工邊坡位于徐州市云龍湖西側(cè)，削坡后坡面基巖裸露，凹凸不平，存在不穩(wěn)定塊石，雨季山體匯水沿坡面沖刷，已有部分石塊崩落，威脅附近行人及臨山建筑的安全。

2 地質(zhì)環(huán)境條件

2.1 地形地貌及區(qū)域地質(zhì)

徐州地處魯東山區(qū)南緣的黃泛平原，屬華北平原的一部分，地勢總體微向東南傾斜，依據(jù)其地表形態(tài)、組成物、成因等特征，又可將徐州城市規(guī)劃區(qū)細分為：丘陵區(qū)、平原區(qū)和廢黃河壟狀高地等三個沉積結(jié)構(gòu)區(qū)，本次勘查區(qū)位于徐州西南剝蝕構(gòu)造丘陵區(qū)。構(gòu)造上位于閘河復式向斜—杏山子背斜南東翼，為單斜地層，場地周邊無全新活動斷裂分布，區(qū)域地殼穩(wěn)定。場地地層單一，主要為寒武系中統(tǒng)張夏組堅硬中厚層狀、鮞狀灰?guī)r，中風化。地下水類型主要為松散巖類孔隙水（上層滯水）和碳酸鹽巖類裂隙巖溶水，上層滯水局部分布，巖溶水埋深較大，富水性較差，但雨季邊坡中的地下水可以直接得到大氣降水補給，水位和水量大大增加，不利于邊坡穩(wěn)定。

2.2 邊坡地質(zhì)環(huán)境現(xiàn)狀

本次勘查邊坡位于住宅小區(qū)西側(cè)，邊坡長度約70m，邊坡坡向90°～145°，坡度60°～75°，北側(cè)邊坡接近直立?，F(xiàn)狀坡頂標高79.24～107.68m，坡底標高為77.94～83.45m。最大高差24m。邊坡巖層產(chǎn)狀135°∠85°，巖石整體穩(wěn)定性較好，局部發(fā)育35°∠45°節(jié)理，巖層與邊坡的關(guān)系屬于斜交坡，北側(cè)近似順向破，巖層傾角與邊坡傾角幾乎相同，見圖1，邊坡未見外傾結(jié)構(gòu)面發(fā)育，邊坡發(fā)生整體滑動破壞的可能性小，主要以危巖體崩塌破壞為主。崩塌按規(guī)模劃分屬小型崩塌，受威脅人數(shù)小于10人，地質(zhì)災(zāi)害危害程度分級屬小型，直接威脅對象為坡腳住戶和附近行人，危害對象等級為三級。

圖1 邊坡北側(cè)層面、坡面

3 危巖體形態(tài)特征

根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查，在勘查范圍內(nèi)發(fā)現(xiàn)4處危巖體。各危巖體的現(xiàn)狀特征如下：

1#危巖體，見圖2，分布高程85.09m，崩落高差6.3m，主崩方向110°，危巖形態(tài)為不規(guī)則塊體，危巖尺寸5m×4m×3m（長×高×厚），體積60m3，崩塌方式為滑移式，該危巖體呈突出狀，控制性結(jié)構(gòu)面主要是后壁結(jié)構(gòu)面，產(chǎn)狀110°∠85°，切割深度6～7m，裂隙面寬10cm，底部粘性土夾碎石塊充填，上部無充填，有水流沖刷痕跡，底座被坡腳覆土覆蓋，危巖體正前方樹木有被推擠的現(xiàn)象。

圖2 1#危巖體

2#危巖體，見圖3，分布高程86.54m，崩落高差4.7m，主崩方向130°，危巖形態(tài)為不規(guī)則塊體，危巖尺寸1m×2m×1m（長×高×厚），體積2m3，崩塌方式為傾倒式，為切坡遺留孤石，底座為石灰?guī)r。該處邊坡坡頂高程較低，為坡頂面主要匯水處，受水流沖刷嚴重，坡頂覆土隨水流沖刷堆積在危巖體后側(cè)，厚度約0.7m。

圖3 2#危巖體

3#危巖體，見圖4，分布高程92.87m，崩落高差12.51m，主崩方向80°，危巖形態(tài)為薄板狀，危巖尺寸4m×5m×0.5m（長×高×厚），體積10m3，崩塌方式為滑移式，控制性結(jié)構(gòu)面主要是后壁結(jié)構(gòu)面和巖層層面，后壁結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀80°∠70°，切割深度5m，裂隙面寬3cm，無充填。

圖4 3#危巖體

4#危巖體，見圖5，分布高程102.57m，崩落高差19.12m，主崩方向135°，危巖形態(tài)為板狀，危巖尺寸7m×3m×1m（長×高×厚），體積21m3，崩塌方式為滑移式，控制性結(jié)構(gòu)面主要是后壁結(jié)構(gòu)面，后壁結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀135°∠85°，切割深度3m，結(jié)構(gòu)面沿后壁貫通至底座前緣，裂隙面寬3～10cm，上部充填雜土生長灌木雜草。該段邊坡高差大，灰?guī)r呈薄層—中厚層狀，裂隙沿層面發(fā)育，坡面發(fā)育與層面接近正交的節(jié)理裂隙面。

圖5 4#危巖體

4 穩(wěn)定性及影響范圍分析

4.1 危巖體穩(wěn)定性分析

勘查區(qū)危巖體崩塌方式分為滑移式、傾倒式兩種，根據(jù)各危巖體現(xiàn)狀特征，選擇符合其破壞方式的計算模型進行穩(wěn)定性計算，1#、2#危巖體裂隙面較寬，泥質(zhì)充填，裂隙面結(jié)合差，裂隙抗剪強度低；3#、4#危巖體裂隙面平直光滑，呈微張狀，部分泥質(zhì)充填，裂隙面結(jié)合一般，裂隙抗剪強度一般，計算剖面沿危巖失穩(wěn)的最不利方向并通過危巖重心，幾何形狀參數(shù)主要包括巖體重心、面積及與基座接觸面傾角等，根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查量取。取三種工況進行計算分析：

工況一、天然狀態(tài)（自重）；

工況二、暴雨狀態(tài)(自重+裂隙水壓，其中裂隙充水高度取裂隙深度的1/2)；

工況三、地震狀態(tài)（自重+裂隙水壓力+地震力,其中裂隙充水高度取裂隙深度的1/2）。

危巖穩(wěn)定狀態(tài)劃分按表1，計算結(jié)果見表2。

表1 危巖穩(wěn)定性狀態(tài)劃分

表2 三種工況下危巖穩(wěn)定系數(shù)及穩(wěn)定性評價

根據(jù)計算結(jié)果，天然狀態(tài)下各危巖體穩(wěn)定性好，暴雨工況下除3#危巖體計算結(jié)果為穩(wěn)定，其余表現(xiàn)為基本穩(wěn)定—不穩(wěn)定，評價結(jié)果與現(xiàn)場情況較為吻合，由于計算過程僅考慮裂隙充水產(chǎn)生的靜水壓力，尚未考慮裂隙結(jié)構(gòu)面受長期雨水作用產(chǎn)生的強度降低，可見持續(xù)性強降水對邊坡危巖體穩(wěn)定性影響較強?？辈閰^(qū)地震荷載不大，附近工程建設(shè)強度趨弱，振動荷載對穩(wěn)定性影響較小。

4.2 危巖體影響范圍分析

根據(jù)巖塊從陡坡上崩落到斜坡或平臺停止運動的過程，可以把落石運動軌跡方式分為墜落、跳動、滑動、滾動。危巖體發(fā)生破壞，其運動方式受下部斜坡的物質(zhì)組成、邊坡坡度等的影響，運動距離各不相同。根據(jù)相關(guān)研究成果，崩落體只有坡度角小于一定臨界值（約27°）時，才停積于崖腳，隨坡度角增大，可分別表現(xiàn)為滑動、滾動、跳躍和自由崩落等方式。

本次勘查區(qū)邊坡坡度60°～75°，局部近直立，危巖體按相對高差劃分屬于低位—中位危巖，坡底已整平，危巖體形態(tài)、大小、高差各不相同，其中3#危巖體較為穩(wěn)定，利用邊坡落石統(tǒng)計分析軟件分別對1#、2#和4#危巖崩塌后軌跡進行模擬分析，根據(jù)模擬結(jié)果分析，危巖體主要沿坡面滑動，滑落至坡腳后根據(jù)坡腳巖土體的性質(zhì)彈起高度有所不同，坡底角度近水平，彈起后水平運動距離有限，1#、2#危巖體水平滾動距離2～3m，4#危巖體因其高度較高、坡面平直阻力小，水平滾動距離約7m。水平影響范圍雖不大，但考慮到坡腳附近為住戶活動區(qū)域，后期還將進行平整、綠化作業(yè)，對人員安全仍存在威脅。

5 防治措施建議

根據(jù)邊坡地質(zhì)災(zāi)害勘查結(jié)果，邊坡整體穩(wěn)定性較好，防治工程的主要治理重點是邊坡截排水和危巖體清除。具體措施如下：

（1）建議在坡頂設(shè)置截排水墻，排水溝末端順地勢自然排水或?qū)胧姓潘芫W(wǎng)，考慮到勘查區(qū)以外不確定塊石的威脅，坡頂截排水墻應(yīng)采取一定的錨固措施兼做擋土，也可設(shè)置被動式防護網(wǎng)；

（2）坡頂坡面進行危巖體清除，清除應(yīng)采用從上而下的順序，盡量采用人工撬除或機械破碎清除，清除后的坡面應(yīng)進行坡面防護，可采用主動式防護網(wǎng)或掛網(wǎng)錨噴的方法；

（3）為防止坡面匯水沖刷場地、降低場地土地基承載力，在坡腳線外0.5m處修筑0.5m高漿砌石擋墻，擋墻與坡腳線圍成坡腳排水溝，排水溝內(nèi)側(cè)需做防滲措施，以免坡面匯水入滲至建筑持力層，排水溝向南延伸順導入市政排水管網(wǎng)。

6 結(jié)論

（1）勘查邊坡位于徐州市南部丘陵區(qū)，成因為人工切坡，邊坡長度約70m，最大高差24m，邊坡整體穩(wěn)定性較好，地質(zhì)災(zāi)害類型為崩塌，屬小型崩塌，受威脅人數(shù)小于10人，地質(zhì)災(zāi)害危害程度屬小型，直接威脅對象為坡腳住戶和附近行人，危害對象等級為三級；

（2）邊坡分布有4處危巖體，體積2～60m3，崩落高差4.7～19.12m，發(fā)育形態(tài)各不相同，按破壞模式可分為滑移式、傾倒式兩種；

（3）穩(wěn)定性分析結(jié)果表明天然狀態(tài)下各危巖體穩(wěn)定性好，暴雨工況下除3#危巖體計算結(jié)果為穩(wěn)定，其余表現(xiàn)為基本穩(wěn)定—不穩(wěn)定，持續(xù)性強降水對邊坡危巖體穩(wěn)定性影響較強?？辈閰^(qū)地震荷載不大，附近工程建設(shè)強度趨弱，振動荷載對穩(wěn)定性影響較?。?/p>

（4）本次勘查區(qū)邊坡坡度60°～75°，局部近直立，坡面較光滑，危巖體屬于中—低位，崩落軌跡主要為坡面滑動、坡腳跳躍滾動，水平影響范圍2～7m，威脅坡腳人員的安全；

（5）根據(jù)地質(zhì)災(zāi)害主要致災(zāi)因素和致災(zāi)體特征，建議防治工程治理重點為邊坡截排水和危巖體清除。坡頂設(shè)置截排水墻兼做擋土，或采用被動式防護網(wǎng)+截排水溝的組合，坡面清除危巖體并采用主動式防護網(wǎng)或掛網(wǎng)錨噴，坡腳設(shè)置漿砌石排水溝。