大理市某工程搬遷項目邊坡變形特征分析

張 華，張雪芹，楊 波

(1.云南南方地勘工程有限公司，云南 大理 671000；2.云南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院，云南 昆明 650051；3.云南地礦工程勘察集團有限公司 云南 昆明 650051)

紅層是一種外觀以紅色為主色調(diào)的陸相碎屑沉積建造，滇西紅層主要為云南西部地區(qū)侏羅系及白堊系碎屑沉積建造。巖性多以紫紅色泥巖、粉砂質(zhì)泥巖、粉砂巖及細砂巖等為主，具有透水性弱、親水性強，遇水易軟化、塑變，抗風化能力弱，易崩解等特性。主要分布于蘭坪-思茅一帶，呈北西-東南向展布，分為北區(qū)及南區(qū)。北區(qū)主要分布于瀾滄江以東蘭坪、劍川、永平及大理一帶[1]。滇西紅層工程性質(zhì)差，極易產(chǎn)生邊坡滑移、垮塌失穩(wěn)，場區(qū)擾動后形成滑坡、泥石流及堆積體的風險較高，易于發(fā)生地質(zhì)災害。

大理市殯儀館搬遷項目邊坡區(qū)為典型的滇西碎屑沉積建造。通過對項目邊坡現(xiàn)場調(diào)查和地質(zhì)勘察，分析該邊坡(1#～4#邊坡)的工程地質(zhì)條件、水文地質(zhì)條件、巖土體結(jié)構(gòu)和工程地質(zhì)特性及變形破壞跡象、邊坡變形破壞模式，提出了合理的邊坡治理方案，旨在為滇西紅層區(qū)邊坡破壞分析提供理論分析及實際工程中邊坡治理提供參考。

1 邊坡區(qū)特征分析

1.1 邊坡區(qū)工程地質(zhì)條件

研究區(qū)位于大理盆地南東部，洱海南東岸關巍公路5.5Km處，處于三江褶皺系結(jié)合部的臺緣凹陷最南端，西洱海斷裂及獅子山斷裂挾持帶內(nèi)。屬構(gòu)造剝蝕低中山斜坡地貌，山體自然坡度8°～35°。區(qū)內(nèi)雨量充沛，多年平均降雨量1051.1mm，雨季集中在6～9月，占全年降雨量的84%以上。巖體在干濕交替的作用下膨脹和開裂，強度降低，為滇西紅層地質(zhì)災害的高發(fā)期。

擬建場地占地面積約67322.67m2，建筑面積約24000m2，場地規(guī)劃整體呈臺階狀，處于陡坡上，地形地貌復雜，用地面積有限，規(guī)劃建筑較密集，高邊坡所占比例較大。斜坡地形坡度約25°～35°，坡頂位于分水嶺，高程2325m，前緣溝谷平緩，寬度50m～80m，高差190m，斜坡長約610m，寬約225m。擬建場地位于斜坡中部(圖1、圖2)，地形較緩，局部為緩坡平臺，斜坡上部、下部坡度較陡，呈上陡，中緩，下陡地形。大部分基巖出露，局部覆蓋層2m～7m，主要由碎石土、粉質(zhì)黏土組成，基巖為侏羅系上統(tǒng)壩注路組(J3b)泥巖、粉砂巖、砂巖等。據(jù)斜坡區(qū)主要巖土參數(shù)(表1)，工程地質(zhì)特性：①巖體風化強烈，風化物多呈紅色，膠結(jié)物以鈣質(zhì)、鐵質(zhì)為主，膠結(jié)程度差；②含黏土礦物，具有脹縮性，親水性較強，透水性較弱，遇水易軟化、膨脹，易崩解、開裂。為典型滇西紅層工程地質(zhì)特性[2]。

表1 擬建場區(qū)主要巖土參數(shù)表Tab 1.Main Geotechnique Parameter of Draft Construction Field

圖1 勘察工作平面布置圖Fig 1.Exploration Arrangement Map1-勘察剖面及編號；2-鉆孔編號及深度(m)；3-邊坡及編號；4-沖溝及編號；5-用地紅線；6-地下室范圍；7-規(guī)劃建筑；8-規(guī)劃道路；9-鋪磚；10-室內(nèi)±0.00標高；11-規(guī)劃設計擋土墻；12-侏羅系上統(tǒng)壩注路組；13-泉點及編號

圖2 4-4典型剖面邊坡變形特征斷面圖Fig 2.Typical Section4-4 of Side Slope Deformation Characteristics1-殘坡積土；2-泥巖；3-粉砂巖；4-砂巖；5-地層編號；6-第四系殘坡積層；7-侏羅系上統(tǒng)壩注路組；8-邊坡范圍及編號；9-鉆孔編號及深度(m)；10-剖面走向；11-巖層產(chǎn)狀；12-地形線；13-巖層界線及分層厚度；14-水位線及水位深度；15-取樣及取樣深度；16-預計邊坡坡面線

根據(jù)勘查結(jié)果，邊坡范圍內(nèi)分布主要為第四系全新統(tǒng)人工堆積填土、殘坡積含角礫粉質(zhì)粘土及侏羅系上統(tǒng)壩注路組全風化泥質(zhì)、粉砂巖及砂巖。以各巖土體分界面及巖層內(nèi)軟弱面作為潛在滑動面邊坡穩(wěn)定性評價。各邊坡工程地質(zhì)特征如下：

1#邊坡：土、巖體結(jié)構(gòu)挖方邊坡，位于擬建場地最高點(東側(cè))。地形坡度約45°，高差6.1m～11.5m，坡向274°，平面為弧形。邊坡坡長約5.5m～12.2m，寬約91.2m，面積816m2，潛在滑移體厚2.5m～4.5m，體積約0.29×104m3。

2#邊坡：土、巖體結(jié)構(gòu)挖方邊坡。開挖后地形坡度約59°，高差9.02m～15.41m，坡向274°，平面為直線。邊坡坡長約10m～20m，寬約64.1m，面積961.5m2，潛在滑移體厚2.5m～5.5m，體積約0.38×104m3。

3#邊坡為擬建場地中部，為一挖方邊坡，坡頂距上方建筑區(qū)距離較遠，存在較大的削坡空間。開挖后地形坡度約59°，高差7.4m～16.3m，坡向274°，平面為直線。坡長約18.1m～27.0m，寬約215.80m，面積4866.29m2，潛在滑移體厚3.2m～8.4m，體積約2.82×104m3。

4#邊坡：開挖后邊坡垂直高差7.3m～12.3m，坡向274°，平面為直線。邊坡坡長約8.1m～10.5m，寬約189.4 m，面積1761.42m2，潛在滑移體厚4.8 m～7.2m，體積約1.06×104m3。

1.2 邊坡穩(wěn)定性分析

評價邊坡穩(wěn)定性主要有極限平衡法、有限單元法、離散單元法及概率分析法，其中以極限平衡分析法在工程實踐中使用最多。其要點是：首先根據(jù)具體情況假定破壞面(滑面)形狀，而不是按塑性理論計算得到；其次破壞面內(nèi)巖土體不需要滿足塑性條件，僅需在滑動面上滿足塑性條件即可(亦即把坡體當作剛體來處理)，而不是塑性理論要求坡體內(nèi)部每一點均需滿足塑性條件。對巖土體進行穩(wěn)定性評價時，首先假設滑面，可為各種形態(tài)；然后根據(jù)滑面確定極限抗力，再求得穩(wěn)定系數(shù)。由于滑面是假設的，具有較大的不確定性，各個滑面所求得的安全系數(shù)可能會有較大差異，其最小值最接近于問題的解答，相應破壞面就是該坡最危險滑面。規(guī)范推薦和生產(chǎn)實際中常用的方法有一般條分法、簡布(Janbu)法和不平衡推力法等。

假定滑面后，滑面的幾何參數(shù)、物理力學參數(shù)都為已知值。因此，為了達到平衡并能求得穩(wěn)定性系數(shù)，需要求得的未知量有：每一層土條滑面上的豎向作用力、土條之間的作用力等。如果考慮條間水平和豎直作用力的作用，則坡體穩(wěn)定性計算變?yōu)槌o定問題，欲求得穩(wěn)定性系數(shù)必須引入合理的假設或者適當?shù)膮f(xié)調(diào)條件，如土體的應力-應變關系，而土體的應力應變關系較為復雜，不便于工程應用，通常的穩(wěn)定性評價都是通過簡化假設以減少未知量，這類假設大致有以下三種。

①假定條間的豎向作用力為零，較為典型的有畢肖普法；

②假定條間作用力方向，如不平衡推力傳遞法、斯賓塞法、薩爾瑪法；

③假定條間力作用點的位置，如Janbu法等。

通過以上假設，超靜定問題轉(zhuǎn)化為靜定問題，求得穩(wěn)定性系數(shù)。

研究區(qū)1#-4#邊坡最不利，工況破裂面主要位于全風化基巖層以及巖土界面。采用圓弧法、折線法進行穩(wěn)定性分析及推力計算，計算時取滑塊單寬為1.0m，簡化為二維問題進行計算。

圓弧法(簡化Bishop)穩(wěn)定系數(shù)

整體斜坡：一般工況下穩(wěn)定系數(shù)Kf=1.35～1.51，處于穩(wěn)定狀態(tài)；暴雨工況下穩(wěn)定系數(shù)Kf=1.05～1.15，處于基本穩(wěn)定-穩(wěn)定狀態(tài)。即整個山坡一般工況下穩(wěn)定，在特殊暴雨天氣下基本穩(wěn)定-穩(wěn)定。山坡自身穩(wěn)定性較好，無需進行整治。

1#邊坡：一般工況下穩(wěn)定系數(shù)Kf=1.021～1.166，處于欠穩(wěn)定-基本穩(wěn)定狀態(tài)。

2#邊坡：一般工況下穩(wěn)定系數(shù)Kf=0.836，處于不穩(wěn)定狀態(tài)。

2#-1和2#-2邊坡：整體深層一般工況下穩(wěn)定系數(shù)Kf=3.75，處于穩(wěn)定狀態(tài)；整體淺層一般工況下穩(wěn)定系數(shù)Kf=1.07，處于基本穩(wěn)定狀態(tài)。2#-1一般工況下穩(wěn)定系數(shù)Kf=0.856，處于不穩(wěn)定狀態(tài)；2#-2一般工況下穩(wěn)定系數(shù)Kf=0.860，處于不穩(wěn)定狀態(tài)。

3#邊坡：一般工況下穩(wěn)定系數(shù)多為Kf=0.854～0.909，處于不穩(wěn)定狀態(tài)，局部基本穩(wěn)定。

4#邊坡：一般工況下穩(wěn)定系數(shù)Kf=0.20～0.948，處于不穩(wěn)定狀態(tài)，局部基本穩(wěn)定。

1.3 邊坡變形發(fā)展趨勢

1#邊坡：地層以全強風化泥巖為主，坡高差6.1 m～11.5m，為建筑上方的挖方邊坡，天然狀態(tài)下基本穩(wěn)定，靠近溝谷部位可能出水。一般工況下穩(wěn)定系數(shù)Kf=1.021～1.166，處于欠穩(wěn)定-基本穩(wěn)定狀態(tài)。附加安全系數(shù)后邊坡剩余下滑力較小，地震工況推力小于一般工況，即一般工況為最危險工況。該邊坡規(guī)模較小，推力較小，一般工況下可能出現(xiàn)局部坍滑，需要護坡工程。

2#邊坡：地層以全強風化泥巖為主，坡高差9.02m～15.41m，為建筑下方、道路上方的挖方邊坡，天然狀態(tài)下基本穩(wěn)定，靠近溝谷部位可能出水。一般工況下穩(wěn)定系數(shù)Kf=0.836，處于不穩(wěn)定狀態(tài)。即開挖后一般工況下邊坡即將失穩(wěn)，在地震等不利因素下，邊坡可能加劇破壞，需要整治。

3#邊坡：地層以全強風化泥巖為主，坡高差7.4m～16.30m，為建筑上方的挖方邊坡，邊坡局部出露泉點，特別是1#火化車間位置，天然狀態(tài)下邊坡可能沿著最不利工況破裂面發(fā)生變形破壞。一般工況下穩(wěn)定系數(shù)多為Kf=0.854～0.909，處于不穩(wěn)定狀態(tài)，邊坡將失穩(wěn)，在地震等作用下將加劇。需整治。

4#邊坡：地層以全強風化泥巖為主，坡高差7.3m～12.30m，為建筑上方的挖方邊坡，該邊坡多處出露泉點，泉點基本在一個高程基準上，天然狀態(tài)下邊坡可能沿著最不利工況破裂面發(fā)生變形破壞。一般工況下穩(wěn)定系數(shù)Kf=0.20～0.948，處于不穩(wěn)定狀態(tài)，局部基本穩(wěn)定。邊坡將失穩(wěn)，在地震等作用下將加劇。需進行整治。

1.4 方案分析

方案設計遵循原則：支護科學，技術優(yōu)化，安全可靠，經(jīng)濟合理、施工便捷。整體思路：1#邊坡穩(wěn)定性相對較好，邊坡規(guī)模較小，剩余下滑力較小，可采用錨桿框格梁+護腳擋土墻整治方案；2#邊坡上方存在放坡條件，可采用錨索框格梁+護腳擋土墻整治方案；設計的挖方邊坡以3#邊坡和4#邊坡為主，其中3#邊坡目前雖局部進行了適量開挖，但坡后方放坡空間較大，可對放坡坡度進行修正，邊坡巖性以全強風化泥巖和灰黃色全強風化砂巖為主，承載力較好，可采用錨索框格梁支護；4#邊坡由于已進行開挖，坡頂規(guī)劃道路所在位置原生土被挖除，即從坡腳工程位置期需回填一部分至規(guī)劃道路，最終坡面將被填土覆蓋，不宜采用框格粱，采用樁板墻支護。圖3。

圖3 4-4典型剖面設計縱斷面圖Fig 3.Design Longitudinal Section of Typical Section 4-41-殘坡積土；2-泥巖；3-粉砂巖；4-砂巖；5-地層編號；6-第四系殘坡積層；7-侏羅系上統(tǒng)壩注路組；8-邊坡范圍及編號；9-鉆孔編號及深度(m)；10-剖面走向；11-巖層產(chǎn)狀；12-地形線；13-巖層界線及分層厚度；14-水位線及水位深度；15-最不利滑動面；16-規(guī)劃設計擋墻；17-擬建錨拉抗滑樁；18-擬建樁頂冠梁

2 滇西紅層工程地質(zhì)特性及孕災分析

紅層屬陸相碎屑巖沉積建造，巖石在干熱氣候條件下經(jīng)強烈風化，原有礦物成分氧化經(jīng)沉積最終形成紅層地層。滇西紅層主要為侏羅系及白堊系。巖性多以紫紅色泥巖、粉砂質(zhì)泥巖、粉砂巖及細砂巖等為主，巖石主要成分包括碎屑礦物及粘土礦物。

粘土礦物具有較強的吸水性，吸水后碎屑顆粒之間聯(lián)結(jié)弱化、崩解。 同時基巖在吸水膨脹、 失水收縮后膠結(jié)性變差，風化程度加快，各項力學指標降低，巖土強度參數(shù)飽和值較天然值最大減弱近34%，粘聚力減弱更為明顯(表1)，從而產(chǎn)生山體崩塌、滑移失穩(wěn)破壞。

3 結(jié)語

(1)邊坡基巖由侏羅系上統(tǒng)壩注路組(J3b)泥巖、 粉砂巖、 砂巖組成，滇西紅層特殊的軟巖性質(zhì)決定了巖體風化速度較快、風化帶較厚、巖體抗剪強度較低，為邊坡的局部塊體和整體失穩(wěn)提供了基本條件。

(2)基于邊坡變形破壞機制提出截排水溝+錨索框格梁+錨索抗滑樁整治措施。

(3)滇西紅層具有親水性較強、透水性弱、遇水易軟化等特征，工程建設中應深入分析紅層特征，加強勘察設計工作，做好選址、勘查、設計、施工工程建設全周期的風險管控。