某路塹邊坡崩塌地質災害穩(wěn)定性評價及防治對策

張棋豪，張?zhí)胰?/p>

(廣東省地質局第七地質大隊，廣東 惠州 516001)

0 引 言

研究區(qū)域屬亞熱帶季風氣候，四季分明，氣候溫和濕潤，冬季多偏北風，夏季多偏南風，陽光充足，雨量充沛，夏長而無酷暑，冬季偶有陣寒的氣候特征。氣候特點表現(xiàn)為高溫、多雨、濕潤、霜期短，雨、旱季明顯。本區(qū)降水量充沛，具有雨量多、強度大、季節(jié)長、雨日多、時程及分布不均等特點。結合當?shù)厣a(chǎn)建設經(jīng)驗，災害性天氣也是誘發(fā)地質災害的重要因素。應特別注意雨季臺風帶來的暴雨在短時間內降水，沖刷邊坡面，進而引發(fā)崩塌、滑坡和泥石流等地質災害[1]。

地貌類型為剝蝕殘丘，自然山體坡度為15°～40°，山體植被發(fā)育，主要為雜木及低矮灌木。后因需要建設省道，開挖形成工程邊坡?，F(xiàn)狀邊坡未分級放坡，一坡到底，未采取有效的治理措施，坡面植被發(fā)育弱，大部分坡面裸露。坡頂20.0 m外存在高壓電塔，坡腳道路外側為自然山體溝谷，溝谷內植被發(fā)育。該研究區(qū)整體地形地貌條件復雜程度為中等。

1 地質環(huán)境背景

研究區(qū)所在區(qū)域上出露的地層有：寒武系八村群(∈n)、泥盆系桂頭群楊溪組(Dy)、帽子峰組(DCm)、石炭系大賽壩組(C1ds)、震旦系老虎塘組(Zlh)和第四系(Q)。區(qū)域內未見有大的褶皺構造。

區(qū)內雖未見褶皺及斷裂構造，但區(qū)域上斷裂發(fā)育，受區(qū)域地應力的影響，區(qū)內淺表巖石風化較強烈，節(jié)理裂隙發(fā)育，對邊坡穩(wěn)定性有一定影響，地質構造條件復雜程度為中等。

地層主要為石炭系大賽壩組(C1ds)，該區(qū)地層巖性條件復雜程度為簡單；場地距離區(qū)域構造較近，區(qū)域斷裂發(fā)育，受區(qū)域地應力的影響，區(qū)內淺表巖石風化較強烈，節(jié)理裂隙發(fā)育，研究區(qū)內地質構造條件復雜程度為中等[2]。

2 工程地質條件

根據(jù)鉆探揭露，鉆孔揭露深度內場地地基巖土層主要為粉砂巖；各巖土層按其成因分類、物質成分及工程力學強度分述如下(前面數(shù)字為層序號)：

(1)第四系人工填土層(Qml)

①素填土：褐紅色，松散，主要由粉質黏土及碎石堆填而成，堆填時間一般為3年以上，均勻性差，欠固結。主要分布于研究區(qū)坡腳道路附近，為填筑路基堆積。揭露厚度為1.40～2.00 m，平均1.43 m，頂面高程61.10～73.16 m。

(2)第四系坡殘積層(Qel+dl)

②粉質黏土：褐紅色，堅硬，含粉砂巖碎石，碎石粒徑為30～80 mm，含量約20 %，次棱角，切面稍有光澤，干強度中等，韌性中等，遇水易軟化崩解。研究區(qū)內廣泛分布。揭露厚度為0.60～4.00 m，平均1.46 m，頂面高程84.79～105.40 m。

在鉆孔揭露深度內的巖性為粉砂巖，按其風化程度/力學強度/層位關系分為強風化及中風化2個風化帶：

③1強風化粉砂巖：紫紅色，裂隙發(fā)育，巖石風化強烈，巖質軟，巖芯呈碎塊狀、碎塊夾土狀、短柱狀，巖石堅硬程度為極軟巖，巖體完整程度為極破碎，巖體基本質量等級為Ⅴ級。研究區(qū)內廣泛分布。揭露厚度為0.70～3.50 m，平均1.75 m，頂面高程80.79～110.83 m。

取21組巖石點荷載試驗數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計，試驗結果表明巖石點荷載試驗差異較大，強度Is=0.40～2.60 MPa(剔除部分異常值)，平均0.90 MPa，標準值0.70 MPa，根據(jù)整個場地情況建議點荷載值0.60 MPa。

③2中風化粉砂巖：褐色、紫紅色，結構部分破壞，砂粒結構、層狀構造，風化裂隙發(fā)育，巖芯呈塊狀、短柱狀，為軟巖，RQD=30～50，巖體較破碎，巖體基本質量等級為Ⅴ級。研究區(qū)內廣泛分布。揭露厚度為3.00～13.20 m，平均6.28 m，頂面高程59.70～103.40 m。

取14組巖石天然抗壓強度數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計，試驗結果表明巖石天然抗壓強度差異較大，強度R=8.60～24.70 MPa(剔除部分異常值)，平均16.50 MPa，標準值12.70 MPa，根據(jù)整個場地情況建議單軸抗壓強度為13.00 MPa。

研究區(qū)內巖土層種類較簡單，巖體節(jié)理裂隙發(fā)育，且同坡向結構裂隙發(fā)育，易軟化崩解，工程地質條件復雜程度為復雜。

3 崩塌地質災害特征及穩(wěn)定性分析

3.1 崩塌形態(tài)特征

崩塌邊坡在平面上大致呈“U型”，總寬約280.00 m，其中Ⅰ段邊坡寬約100.00 m，最高處約26.00 m，坡向為300°，坡度為25°～40°，坡面植被較發(fā)育，以樟樹為主；Ⅱ段邊坡寬約140.00 m，最高處約40.00 m，坡向為330°，坡度為60°～70°，大部分坡面裸露，見有雨水沖刷痕跡，坡頂見少許低矮灌木；Ⅲ段邊坡寬約40.00 m，自然坡度較緩，約20°～30°，植被發(fā)育，以松樹、樟樹為主，底部可見低矮灌木。邊坡坡腳為省道，距離道路最近處約0.5 m。

據(jù)現(xiàn)場調查及前期資料收集，已發(fā)生的崩塌主要位于Ⅰ、Ⅱ段邊坡，崩塌方向為300°～330°，崩塌厚度約0.50～2.00 m，崩塌體積約200.00 m3，部分崩塌物仍堆積于坡腳。

通過Ⅰ、Ⅱ段已發(fā)生的崩塌地質災害分析，從崩塌邊坡整體地形地貌、地質條件等因素綜合分析，受地質災害影響邊坡長度約280.00 m，整體大致軸向為330°。崩塌按形成機理屬于滑移式崩塌，按規(guī)模屬于中型崩塌。根據(jù)物質組成及物質來源，崩塌體自上而下主要為：黃褐色、紅褐色，堅硬坡殘積粉質黏土；紫紅色、紅褐色土夾碎塊狀強風化粉砂巖。

崩塌體主要位于邊坡中部，也是邊坡最高處，崩塌巖土體為邊坡表層土體，以坡殘積粉質黏土及強風化粉砂巖為主，崩塌規(guī)模相對較小，大致為200.00 m3。坡面雜草叢生，局部可見風化裂隙，因雨水的進入，導致裂隙變寬，暴雨狀態(tài)下對邊坡的穩(wěn)定性非常不利，有再次發(fā)生崩塌的可能性[3]。

3.2 崩塌邊坡破壞模式及破壞方向分析評價

(1)巖土體順層滑動

邊坡區(qū)出露為粉砂巖，砂粒結構，層狀構造，層面間為軟弱結構面，雨季時大氣降水滲入巖體中，順層面向坡腳運移，軟化粉砂巖，其力學強度降低，巖體可能順層面產(chǎn)生滑動。

(2)巖土體沿節(jié)理裂隙組合破裂面滑移崩塌

邊坡區(qū)巖體中節(jié)理裂隙十分發(fā)育，現(xiàn)場調查主要發(fā)育節(jié)理有5組，產(chǎn)狀為100°∠26°、305°∠30°、265°∠75°等，一般為1～3條/m；其延伸長度較長，其它節(jié)理受切割影響，一般延伸均較短，延伸約20～40 cm，節(jié)理面粗糙微張，張開度約1 mm。聯(lián)通性好，由黏土、碎石等充填。依據(jù)其失穩(wěn)機理，現(xiàn)采用赤平投影進行邊坡穩(wěn)定性定性分析。由赤平投影圖可知：對邊坡穩(wěn)定性最不利的是J0、J3切割體，其與坡向夾角為5.8°，為順向坡，傾角為52.9°，傾角大且小于坡面傾角，在震動、暴雨等工況條件下，切割體易崩滑。

3.3 崩塌邊坡穩(wěn)定性分析

崩塌邊坡的穩(wěn)定性分析，以定性分析與定量計算相結合，綜合評價其穩(wěn)定狀態(tài)。

根據(jù)現(xiàn)場調查，崩塌發(fā)生時間已較久，周界清晰，坡腳設置簡易派水溝，坡面未進行任何支護。坡面自上而下巖土體主要為坡殘積粉質黏土，強風化、中風化粉砂巖。且該邊坡為順層邊坡，若遇暴雨或長期降雨的影響，水沿松散土體或破碎巖體下滲，降低土體抗剪強度，崩塌邊坡再次崩塌或引發(fā)更大規(guī)模崩塌或滑坡等地質災害的可能性較大，將嚴重威脅崩塌邊坡坡腳過往車輛及行人生命財產(chǎn)安全。

穩(wěn)定性的判別標準主要參考《建筑邊坡工程技術規(guī)范》(GB 50330-2013)有關穩(wěn)定狀態(tài)劃分的規(guī)定，邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)Fst應按表1確定，當邊坡穩(wěn)定性系數(shù)小于邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)時應對邊坡進行處理[4]。

表1 邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)Fst表Tab.1 Slope Stability Safety Factor(Fst)

研究區(qū)邊坡類型主要為類土質邊坡，現(xiàn)狀坡面無任何支護措施，邊坡破壞形式主要考慮沿巖土體內部最不利方向滑動的可能性。該邊坡工程安全等級為二級，F(xiàn)st=1.30。

崩塌后邊坡巖土體主要為坡殘積粉質黏土、節(jié)理裂隙極發(fā)育的強風化粉砂巖，強風化巖芯大部分為土夾碎塊狀，局部為碎塊狀，性質類似于土質邊坡或類土質邊坡，極易沿風化裂隙面發(fā)生崩塌或形成弧形滑動的滑坡。因此，使用正版理正6.5巖土計算軟件，進行自動搜索潛在最危險滑動面，計算邊坡整體或局部的穩(wěn)定性。

選取剖面典型進行計算剖面，經(jīng)過上述典型剖面計算，崩塌后邊坡工況1：穩(wěn)定系數(shù)Fs=1.032；工況2：穩(wěn)定系數(shù)Fs=0.934，崩塌邊坡天然狀態(tài)下欠穩(wěn)定，暴雨狀態(tài)下不穩(wěn)定，各分段邊坡選取剖面進行邊坡穩(wěn)定性計算結果見表2。

表2 選取崩塌邊坡穩(wěn)定性計算結果表Tab.2 Stability Calculation Results of Selected Collapsed Slope

3.4 邊坡穩(wěn)定性綜合分析評價

根據(jù)現(xiàn)場調查，崩塌邊坡周界清晰，崩塌邊坡坡頂未設置截水溝，僅坡腳設置簡易排水溝，坡面未有任何支護措施，若遇暴雨或長期降雨的影響，雨水沿松散土體或破碎巖體下滲，降低土體抗剪強度，崩塌邊坡再次崩塌或引發(fā)更大規(guī)模地質災害的可能性較大，將嚴重威脅崩塌邊坡坡腳行人及坡頂高壓電塔運行的安全，因此崩塌邊坡穩(wěn)定性定性分析為欠穩(wěn)定狀態(tài)，再次發(fā)生可能性較大。

4 防治對策

惠城區(qū)該路塹邊坡為早期修建省道開挖山體形成，邊坡寬約280 m，高5.0～40.0 m，坡向330°～350°，坡度40°～70°，屬于類土質邊坡。現(xiàn)狀邊坡已發(fā)2處崩塌地質災害，崩塌規(guī)模為中型。根據(jù)場地的地質環(huán)境條件及災害的特征，邊坡崩塌地質災害形成的條件及影響因素主要有：

(1)地形地貌：發(fā)育該崩塌的斜坡，坡度較陡，約40°～70°，而巖層產(chǎn)狀為350°∠50°，為滑移式崩塌較易發(fā)育的順層邊坡。

(2)巖土結構：邊坡巖土體為第四系人工填土層、坡殘積粉質黏土層、強風化粉砂巖及中風化粉砂巖。強風化粉砂巖風化劇烈，呈土夾碎塊狀、碎塊狀，巖體飽水易崩解軟化，邊坡巖體受節(jié)理裂隙切割，巖體完整性差，局部呈碎裂結構，為崩塌的形成提供了物質基礎。

(3)降雨：邊坡坡面匯水面積約55 000 m2，研究區(qū)雨季降雨集中，強度大，水流沖刷能力強，巖土體結構較為松散，在強降雨(連續(xù)降雨)作用下地表水較易入滲到斜坡內。流向邊坡坡面的地表水及降落的雨水滲入邊坡巖土體后，增大了巖土體的含水率，邊坡土體處于飽和狀態(tài)，既增加坡體的重度又降低巖土體的抗剪強度。地表水的沖刷、溶解和軟化裂隙充填物形成軟弱面，成為滑移式崩塌發(fā)生的控滑結構面，土體在本身重力和降雨的激發(fā)作用下極易引起崩塌。

(4)人類工程活動：前期修筑省道人工開挖該斜坡坡腳，破壞了坡體的原始平衡狀態(tài)，為崩塌的主要誘發(fā)因素。

5 結 語

研究區(qū)地貌類型為為剝蝕殘丘，自然山體坡度為15°～40°，山體植被發(fā)育，主要為雜木及低矮灌木。后因建設省道，開挖形成工程邊坡?，F(xiàn)狀邊坡未分級放坡，未采取有效的治理措施，坡面植被發(fā)育弱，大部分坡面裸露。坡頂20.0 m外存在高壓電塔。該研究區(qū)整體地形地貌條件復雜程度為中等。研究區(qū)內巖土層分類較少，但巖體節(jié)理裂隙發(fā)育，易軟化崩解，為順層邊坡，工程地質條件復雜程度為復雜。該路塹邊坡崩塌形成的影響因素為地形地貌、巖土結構、降雨及人類工程活動，人類工程活動是崩塌主要的誘發(fā)因素。