陜北志丹侯市黃土邊坡穩(wěn)定性評價(jià)和治理建議

呂扶君 趙云剛 文 君

0 引言

在黃土地區(qū)進(jìn)行的公路與鐵路建設(shè)、新城鎮(zhèn)建設(shè)、新農(nóng)村建設(shè)過程中不斷的挖掘路塹、切坡填溝而形成了大量的人工邊坡。這類邊坡面臨著自身的穩(wěn)定性問題和安全危害威脅。因此,準(zhǔn)確評價(jià)這類邊坡坡體穩(wěn)定性是防止邊坡失穩(wěn)破壞、威脅人民生命財(cái)產(chǎn)安全的前提,并為最終的防治提供依據(jù)。

1 黃土邊坡現(xiàn)狀特征

陜北志丹侯市黃土邊坡系為建設(shè)新農(nóng)村示范場地需要向黃土山坡開挖切坡?lián)Q平地而形成的人工高陡邊坡,屬均質(zhì)土黃土邊坡。邊坡呈東西走向,總體北高南低,邊坡坡頂標(biāo)高1 526 m～1 527 m,為新建侯市小學(xué)場地;坡腳標(biāo)高1 506 m,為新農(nóng)村建設(shè)示范場地,邊坡高約 21 m,邊坡坡度為 55°～60°,迎坡面面積約3 510 m2,邊坡東西向長130 m。

根據(jù)現(xiàn)場地質(zhì)調(diào)查,坡體前緣形成的臨空面致使局部坍塌、坡面沖刷、坡頂施工用房墻體縱向拉裂以及坡頂?shù)孛娉霈F(xiàn)近平行于邊坡走向的張性裂縫。這些不良現(xiàn)象均是邊坡失穩(wěn)的前兆,加之待坡頂平臺內(nèi)的學(xué)校建成后將增加坡頂荷載,故侯市邊坡很容易產(chǎn)生整體變形破壞。一旦失穩(wěn)危害程度很嚴(yán)重(上部有施工建筑、下部有大量現(xiàn)有房屋),為一級邊坡。

2 邊坡變形原因分析

1)因不規(guī)范的人為開挖、坡頂建筑棄土堆填,改變了邊坡外形和應(yīng)力狀態(tài),使坡體失去原有自然平衡狀態(tài),引起坡體內(nèi)應(yīng)力重新分布,引發(fā)其變形。2)坡頂施工臨建生活廢水、地表水未采取有效疏排措施,導(dǎo)致水排入、浸入黃土體內(nèi),使坡體上部黃土層重度增加、抗剪強(qiáng)度降低而致使邊坡變形。3)人為削切黃土坡體形成的邊坡,其表面存在被擾動的松散土體,也堆覆部分黃土棄土,并且邊坡表面生態(tài)脆弱,無植被分布,其影響結(jié)果為土體松弛掉塊、掉土,形成坡面剝落或局部坍塌。4)黃土構(gòu)造節(jié)理存在的影響,該邊坡較發(fā)育的垂直節(jié)理和次發(fā)育的斜節(jié)理會不同程度地影響邊坡穩(wěn)定。

3 邊坡穩(wěn)定性評價(jià)

3.1 邊坡穩(wěn)定性分析

侯市黃土邊坡變形主要引起了坡體局部崩塌、坡頂開裂、坡面剝落、坡面沖刷、潛在黃土滑坡危害和潛在黃土濕陷變形問題。潛在隱患存在,導(dǎo)致黃土邊坡失穩(wěn)幾率大。邊坡出現(xiàn)的前緣局部崩滑與坡頂?shù)孛娴睦芽p尤為不利,隨著地表水尤其是暴雨下滲等誘因作用,已有崩滑土體將會進(jìn)一步擴(kuò)大坍塌、崩落的面積,進(jìn)而使土質(zhì)邊坡內(nèi)部應(yīng)力重新調(diào)整,促使滑移區(qū)域增大,最終滑動破壞。這將對邊坡近鄰及周邊環(huán)境造成人員、財(cái)產(chǎn)的嚴(yán)重危害。

3.2 邊坡定量評價(jià)

3.2.1 分析評價(jià)方法

本邊坡根據(jù)自身特點(diǎn),結(jié)合GB 50330-2002建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范等相關(guān)現(xiàn)行規(guī)范要求,在進(jìn)行定量的分析評價(jià)中采用常用的且實(shí)踐反映較好的條分法,用自動搜索最易形成最危險(xiǎn)滑裂面進(jìn)行穩(wěn)定性分析計(jì)算,在數(shù)值選取中充分考慮到工程類比之經(jīng)驗(yàn)結(jié)果。邊坡穩(wěn)定性系數(shù)按下式計(jì)算:

其中,Ks為邊坡穩(wěn)定性系數(shù);ci為第i計(jì)算條塊滑動面上巖土體的粘結(jié)強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值,kPa;φi為第i計(jì)算條塊滑動面上巖土體的內(nèi)摩擦角標(biāo)準(zhǔn)值,(°);li為第i計(jì)算條塊滑動面長度,m;θi,αi分別為第i計(jì)算條塊底面傾角和地下水位面傾角,(°)。

計(jì)算按現(xiàn)狀條件(坡腳標(biāo)高按1 506 m考慮)坡頂無荷載和現(xiàn)狀條件坡頂有荷載(建筑物荷載按20 t/層考慮)兩種情況分別給予計(jì)算評價(jià)(其安全系數(shù)取K=1.30)。

3.2.2 計(jì)算參數(shù)選取及計(jì)算工況

1)計(jì)算參數(shù)選取。

計(jì)算參數(shù)綜合取值見表1。

表1 黃土邊坡穩(wěn)定性計(jì)算參數(shù)一覽表

2)計(jì)算工況的確定。

志丹縣侯市管理區(qū)的地震基本烈度為6度,不考慮地震力,四種計(jì)算工況如下:

工況一:天然(自重)狀態(tài)(坡頂無荷載);

工況二:飽和(暴雨)狀態(tài)(坡頂無荷載);

工況三:天然(自重)狀態(tài)(坡頂有荷載);

工況四:飽和(暴雨)狀態(tài)(坡頂有荷載)。

3)計(jì)算剖面的選取。

選擇2條典型的、有代表性的工程地質(zhì)縱剖面(沿可能破壞的軸心方向)為計(jì)算剖面。穩(wěn)定性計(jì)算采用基于極限平衡理論的傳遞系數(shù)法進(jìn)行。

3.2.3 穩(wěn)定性計(jì)算評價(jià)

1)高邊坡(坡頂無荷載)的穩(wěn)定性計(jì)算評價(jià)。

通過邊坡的穩(wěn)定性計(jì)算,其計(jì)算結(jié)果見表2。

表2 土體穩(wěn)定系數(shù)計(jì)算結(jié)果表

從表2中可知,坡頂無荷載時(shí),在天然狀態(tài)下穩(wěn)定系數(shù)為0.801～0.922,即天然條件下斜坡處于潛在不穩(wěn)定狀態(tài);在飽和狀態(tài)下的穩(wěn)定系數(shù)為0.280～0.354,表明一旦在最危險(xiǎn)滑裂面附近一帶形成大面積集水并致使土體呈飽和狀態(tài),邊坡將失穩(wěn)。這說明邊坡已處于潛在不穩(wěn)定,尤其在暴雨等災(zāi)害氣候條件下將會發(fā)生滑動變形破壞。

2)高邊坡(坡頂有荷載)的穩(wěn)定性計(jì)算評價(jià)。

通過邊坡的穩(wěn)定性計(jì)算,其計(jì)算結(jié)果見表3。

表3 土體穩(wěn)定系數(shù)計(jì)算結(jié)果表

從表3中可以看出,坡頂有荷載時(shí),在天然狀態(tài)下(工況三)穩(wěn)定系數(shù)為0.926,與坡頂無建筑荷載時(shí)結(jié)果相似,處于潛在不穩(wěn)定狀態(tài);在飽和狀態(tài)下(工況四)的穩(wěn)定系數(shù)為0.338,亦與坡頂無荷載時(shí)相似,一旦在最危險(xiǎn)滑裂面附近一帶形成大面積集水并致使土體呈飽和狀態(tài),邊坡將失穩(wěn)。因此,為了確保切坡上、下部建筑及人民生命財(cái)產(chǎn)的安全,應(yīng)對該邊坡采取及時(shí)有效的治理措施。

3)推力計(jì)算。

推力計(jì)算公式:

表4 切坡前邊坡推力計(jì)算成果表

據(jù)上列公式進(jìn)行土質(zhì)邊坡的推力計(jì)算,幾種情況下的邊坡推力計(jì)算結(jié)果見表4。

由表4可以看出,在天然條件下,四種情況均處于潛在不穩(wěn)定狀態(tài),邊坡具有較大的下滑推力,在暴雨條件或坡頂邊緣增加荷載情況下,均有發(fā)生滑動破壞的可能。

4 治理措施及建議

4.1 治理目標(biāo)原則

1)對高切坡進(jìn)行綜合治理,做到一次治理,不留后患;2)治理工程措施應(yīng)充分吸取當(dāng)?shù)爻晒Φ闹卫斫?jīng)驗(yàn),做到方案可行,技術(shù)可靠,經(jīng)濟(jì)合理;3)防治工程結(jié)合鄉(xiāng)鎮(zhèn)建設(shè)規(guī)劃,充分利用土地,避免重復(fù)工程,節(jié)省投資。

4.2 治理措施建議

1)侯市邊坡安全隱患大,現(xiàn)狀存在的變形跡象表明,一旦突破臨界點(diǎn),變形破壞危害嚴(yán)重,建議及時(shí)采取安全可靠的永久性加固措施。2)建議采用錨桿擋墻支護(hù)結(jié)構(gòu),具體可采取框架梁格構(gòu)式錨桿擋墻或排樁式錨桿擋墻方案。3)攔截或引排地表水可在變形區(qū)5 m范圍以外設(shè)置截、排水溝(槽),嚴(yán)禁施工或生活污水直接排入坡體,應(yīng)采用防漏、防滲的下水管道統(tǒng)一排出坡外,并在墻體內(nèi)設(shè)置下仰角泄水孔。4)對坡頂采用灰土擠密樁處理的建筑,如目前已發(fā)現(xiàn)變形跡象,應(yīng)予以加固。5)加強(qiáng)監(jiān)測,應(yīng)設(shè)置嚴(yán)密的預(yù)警監(jiān)測系統(tǒng),做好應(yīng)對應(yīng)急搶險(xiǎn)準(zhǔn)備工作。

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