某電廠邊坡的滑坡形成機理及穩定性分析

賴林海

1 邊坡概況

深圳市某電廠一期工程設計規模3×340 MW燃汽聯合循環機組,規劃容量8×340 M W。目前一期工程已投入運營。由于遭遇持續強降雨,使電廠東側邊坡發生滑坡地質災害。該邊坡為土質邊坡。目前坡體已出現一處滑坡,并造成坡上消防水管斷裂破壞。滑坡破壞處坡面由土工布覆蓋,其余坡面處植被較發育。坡頂為消防水池,臨近坡腳一帶設置有排水溝,坡腳為電廠綠化通道,坡腳以西10 m～15 m處為電廠廠區,坡高 45 m～52 m,坡度約30°～45°,邊坡呈南北走向。坡體由坡殘積土層及強～微風化花崗巖組成,邊坡尚未進行支護。

2 工程地質概況

根據地質測繪和鉆探成果,邊坡地層主要有第四系坡殘積層和侏羅系花崗巖,自上而下依次為坡殘積礫質黏性土,強風化帶,中等風化帶,微風化帶等,各土層的主要物理力學參數的取值見表1。

表1 土層的主要物理力學參數

3 滑坡的形成機理

滑坡是指斜坡上的土體或者巖體,受河流沖刷、地下水活動、地震及人工切坡等因素影響,在重力作用下,沿著一定的軟弱面或者軟弱帶,整體地或者分散地順坡向下滑動的自然現象。其產生的機制包括內在機制和外在機制[1-3]。

產生滑坡的內在機制:1)軟弱巖層及一般松軟土:軟弱面抗剪強度較低,抗水能力弱,吸水能力強,特別是黃土、黏土吸水后易膨脹,在水的作用下,為滑坡的產生創造了必要條件。2)地質構造:斷層及斷層破碎帶使巖體的整體性受到破壞,地下水或地表水將沿著斷層滑動面運行,為滑坡的產生提供了條件。

產生滑坡的外在機制:1)地表水和地下水的作用:由于水的運動切割了地面坡度,侵蝕、軟化了黏土軟弱巖層,使巖層之間的摩擦力和抗剪力降低,構成了滑坡的條件。2)改變滑坡的外形:如雨水的沖刷,人工的開挖和加載使得滑坡體的平衡狀態受到了破壞,為滑坡的產生提供了條件。3)巖石體的物理狀態和力學狀態受到改變:如一些隧道洞口開挖引起的洞口頂巖石的滑坡。

綜上分析:坡面水土流失長期對消防水管周邊土體的破壞是引起滑坡的主要原因,地表水作用是滑坡的激發和誘發因素。

4 邊坡的穩定性分析

邊坡穩定性直接關系到邊坡工程的安全性、經濟性。研究邊坡穩定性的目的,在于預測邊坡失穩的破壞時間、規模,以及危害程度,事先采取防治措施,減輕地質災害,使邊坡的設計達到安全、經濟的目的[4,5]。

4.1 工程地質原理分析

據鉆孔揭露,巖體風化厚度極不均勻,具有由坡腳向坡頂逐漸由薄變厚之規律,從滑坡區向西殘積土風化厚度1 m～3 m不等,而從滑坡區向東殘積土厚度5 m～16 m。坡體巖土風化不均勻,導致巖土強度和性能的差異,受巖土體各種不同結構面影響和制約,當遇強降雨等因素影響,地表水沿結構面迅速補給坡體,降低巖土體的抗剪強度,引發土體性質較大差異,并引起土體沿差異界面發生滑動。

從現狀邊坡地貌分析,消防水管線拉斷處至坡頂水池邊緣的坡體較陡,特別是水池邊緣管線的南側邊坡坡度達 70°～80°;而該處管線北側的邊坡段,坡腳處已經產生滑坡,坡體失去平衡,穩定性差,局部有繼續發生滑坡及崩塌的可能。

4.2 坡率法進行邊坡穩定性分析

根據GB 50330-2002建筑邊坡工程技術規范和深圳地區工程經驗,對所在邊坡進行穩定性類比分析,評價結果如下:

勘測區邊坡為土質邊坡,治理段邊坡長約60 m,高45 m～52 m,坡度30°～45°。坡體主要由坡殘積礫質黏性土、強～微風化花崗巖組成,目前邊坡已發生一處滑坡災害,巖土體工程性質較差,消防爬梯臺階局部已有變形破壞等跡象。

根據坡率比較法,本邊坡開挖高度與坡腳均超過GB 50330-2002建筑邊坡工程技術規范邊坡坡率允許值,邊坡穩定性較差。

4.3 邊坡穩定性定量分析

勘測區內邊坡主要為土質邊坡,坡體主要由上部土體或強烈風化的土體、下部基巖構成。當上部土體達到飽和狀態時,可能存在優勢破裂面直接引導滑動面沿某個軌跡滑動或者在土體內沿圓弧滑動。因此結合工程地質情況、巖土體結構特征等,采用圓弧滑動法進行計算分析。本次邊坡穩定性計算結合邊坡穩定性分析軟件完成。

根據邊坡穩定性定性分析結果,選擇具有代表性的剖面(A剖面和B剖面),進行穩定性分析,計算考慮了天然、飽和兩種狀態。飽和狀態下,對土體的力學性質參數進行了折減。邊坡體穩定性分析時所需巖土物理力學參數取值見表1。

從圖1～圖4可以看出:天然狀態下A剖面及B剖面的安全性系數分別為1.288和1.336,此工況下邊坡處于基本穩定狀態,但A剖面未達到規范要求的安全系數1.30,安全儲備較低;在連續降雨或暴雨,巖土體達到飽和狀態時,A剖面及B剖面的安全性系數分別為0.929和1.037,此時邊坡處于失穩或極限平衡狀態,易發生新的地質災害。由于邊坡高而陡,在大氣降水等不利因素的進一步作用下,有繼續失穩破壞的危險,破壞將發生于淺～中部,破壞模式以淺層土質崩塌或滑坡為主,其規模中等。

5 結語

1)據平面地質測繪和地質災害調查,綜合分析認為坡面水土流失長期對消防水管周邊土體的破壞是引起滑坡的主要原因,地表水作用是滑坡的激發和誘發因素。

2)根據邊坡地質勘測資料,結合邊坡穩定性的定性和定量分析結果,從整體上考慮,邊坡在飽和狀態下潛在不穩定因素,邊坡穩定性較差,破壞后果較嚴重。

3)邊坡在自然狀態下處于基本穩定狀態;飽和狀態下,邊坡處于基本穩定～欠穩定狀態,部分坡段較為高陡,巖土體松散,在不利因素的作用下可能會進一步發生崩塌和滑坡災害,必須采取相應措施進行加固治理。

4)為防止地質災害的發生,避免和減少地質災害對工程和地質環境造成破壞,依據邊坡穩定性的定性和定量分析結果,結合邊坡的實際情況,須進行治理。

[1] 楊 軍.邊坡穩定性分析方法綜述[J].山西建筑,2009,35(2):144-145.

[2] 劉亞峰,賀俊利,路曉東.張石高速公路某邊坡穩定性分析與支護設計[J].山西建筑,2009,35(3):272-273.

[3] 黃昌乾,丁恩保.邊坡穩定性評價結果的表達與邊坡穩定判據[J].工程地質學報,1997,5(4):375-380.

[4] 田劍鋒,馬 超,趙 甫.公路巖質邊坡穩定性評價方法研究[J].公路,2008(7):65-68.

[5] GB 50330-2002,建筑邊坡工程技術規范[S].