瀑布溝庫區漢源新縣城某高切坡穩定性評價

付小雷， 宋文武

(1．西華大學建筑與土木工程學院， 四川成都 610039； 2．西華大學能源與動力工程學院， 四川成都 610039)

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瀑布溝庫區漢源新縣城某高切坡穩定性評價

付小雷1， 宋文武2

(1．西華大學建筑與土木工程學院， 四川成都 610039； 2．西華大學能源與動力工程學院， 四川成都 610039)

由于瀑布溝水電站移民建設的開展，漢源新縣城場平建設形成了一系列的人工高切坡,給城鎮居民生命財產安全帶來較大的危害。文章通過新縣城部分高切坡的勘察設計，詳細介紹某高切坡的地質特征、邊坡類型，建立了該切坡變形破壞模式，遵循以定性分析為基礎、以定量計算為重要輔助手段進行綜合評價的原則，對高切坡的穩定性作出了較為客觀的分析和評價。

高切坡；破壞模式；機制分析；穩定性評價

漢源縣城是瀑布溝庫區移民全遷城鎮之一，在新縣城場平建設過程中，形成了大量的人工高切坡。這些高切坡多位于建筑物的前后緣，與建筑物關系密切，其穩定狀態關系到新縣城能否長久、安全地運行，因此，對高切坡進行準確的穩定性評價及合理的加固是保證新縣城安全運行的重要手段。

本文以漢源新縣城某典型的高切坡為例，分析了高切坡變形的地質條件和邊坡滑移模式，根據該高切坡特征、類型和可能的破壞形式，選擇典型的地質剖面圖采用圓弧滑動法對邊坡穩定性進行計算，并對計算結果進行分析，綜合評價其穩定性[1]。

1　工程概況

某高切坡位于四川省漢源縣境內，為庫區移民遷建新縣城時修建移民安置點場平開挖形成的人工高切坡。坡腳高程1 103.40 m，坡頂高程1 116.62 m，坡高13.22 m，為上陡下緩折線型坡，下段緩坡段坡度40°，上段陡坡段坡度60°。屬黏性土高切坡。

2　基本地質條件

場地內土層較厚，基巖面埋藏較深。切坡體物質自上而下為：人工填土、粉質黏土、昔格達組粉土及粉砂。

(3)昔格達組(NQx)粉砂及粉土層：屬第三系上新統～第四系下更新統昔格達組河湖相沉積層，半成巖狀，水平層理發育，具弱透水性，其上部受后期風化剝蝕及再搬運改造呈殘積土產出，結構疏松，力學性狀差，遇水易軟化，浸水易崩解[2]。

3　變形破壞模式及機制分析

3.1變形破壞模式

該土質高切坡變形破壞模式為整體滑動，在切坡開挖過程中已發生破壞，滑面呈圓弧狀，剪出口清晰可見(圖1)。

圖1　滑動破壞現象(滑面剪出口)

3.2機制分析

(1)應力集中區分布。對該土質高切坡進行數值模擬，結果表明坡體屬于上陡下緩折線形高切坡，應力集中區分布如圖2所示。

圖2　上陡下緩坡主應力等值線

(2)場地內分布的昔格達組粉砂及粉土層屬“易滑地層”，其上部經后期風化搬運改造，土體結構和工程特性已弱化。在高切坡開挖過程中，坡體前緣支撐力逐漸被削弱，并隨著坡高、坡度增加，主應力值增加，拉應力集中區范圍擴大，在變坡點出現應力集中區，坡體局部形成剪切力大于土體自身抗剪強度而產生蠕變，蠕變使失穩土體與穩定土體破裂而形成拉張裂縫；同時高切坡后緣主干道上重型施工車輛來往頻繁，產生荷載和振動作用，進一步破壞坡體應力平衡關系，加速了坡體滑動破壞，坡體后緣產生明顯錯落臺階(圖3)。

圖3　坡體后緣錯落臺階

4　穩定性評價

4.1定性評價

目前高切坡后緣已形成錯落臺階，坡面剪出口明顯，兩側裂縫已貫通，且出現了側壁，表明高切坡狀態不穩定，處于滑動破壞階段。另外，拉張裂縫的存在，為雨水入滲提供條件，在暴雨工況下，雨水入滲會增加土體重度、破壞土體結構、降低土體抗剪強度，并在弱透水層昔格達組頂面積聚，產生水壓力，增加坡體下滑力，坡體應力平衡關系會進一步惡化，因此，坡體滑動破壞會進一步加劇。

4.2定量評價

4.2.1計算模型

根據上述破壞模式分析可知，土體在自重或其他外力作用下，沿坡體結構面整體滑動破壞，破壞面多呈圓弧狀。其破壞模式典型剖面見圖4。

圖4　土質高切坡典型地質剖面

4.2.2計算方法

高切坡穩定性定量分析計算的方法較多，其中極限平衡分析法適用于可能滑動變形破壞類型是較為成熟的、公認的方法。根據可能失穩的高切坡的物質組成、邊界條件、變形破壞模式、滑面及潛在滑面的形態特征、巖土體及結構面物理力學參數等，分別采用圓弧型滑面滑動分析法、平面型滑面滑動分析法、折線型滑面滑動分析法、楔形體滑動分析法和傾倒破壞分析法等方法，計算其在不同工況及荷載組合下的穩定性[3]。

根據該土質高切坡特征、類型和可能的破壞形式，選擇典型的地質剖面圖采用圓弧滑動法對邊坡穩定性進行計算。

圓弧滑動法計算公式為：

(1)

(2)

(3)

Ri=Nitgφi+cili

(4)

(5)

式中： Ks為高切坡穩定性系數；ci為第i計算條塊破壞面上巖土體的黏聚力(kPa)；φi為第i計算條塊破壞面上巖土體的內摩擦角(°)；li為第i計算條塊破壞面長度(m)；θi、αi為第i計算條塊底面傾角和地下水位面傾角(°)；Gi為第i計算條塊單位寬度巖土體自重(kN/m)；Gbi為第i計算條塊滑體地表建筑物的單位寬度自重(kN/m)；Pwi為第i計算條塊單位寬度的動水壓力(kN/m)；Ni為第i計算條塊滑體在破壞面法線上的反力(kN/m)；Ti為第i計算條塊滑體在破壞面切線上的反力(kN/m)；Ri為第i計算條塊滑體在破壞面切線上的抗滑力(kN/m)。

4.2.3計算參數

根據室內試驗及同地區工程經驗確定各計算參數值見表1。

表1　計算參數取值

4.2.4計算結果與穩定性評價

計算工況：① 自重+荷載(不考慮上場平建筑物的加載)；② 自重+荷載+降雨(不考慮上場平建筑物的加載)。計算結果：穩定系數 Ks=0.850(工況①)，Ks=0.717(工況②)。

該高切坡的穩定狀態狀態直接關系到上下場平6棟建筑物和道路的安全，根據《建筑邊坡工程技術規范》相關標準，結合漢源新縣城場地高切坡所處位置與重要性、高切坡結構類型與高度、其失穩危害程度嚴重，安全等級二級，穩定安全系數取值1.25。計算結果表明:該高切坡在工況①下Ks=0.850<1.25，處于不穩定狀態，將產生滑動破壞，與實際情況吻合；在工況②下Ks=0.717<1.25,也處于不穩定狀態。根據工程地質測繪和穩定性定性、定量評價結果表明，該高切坡在天然工況(工況①)和暴雨工況(工況②)下都會滑動破壞，因此，需對該高切坡進行相應加固處理。

5　治理措施

(1)應做好排水處理。整個邊坡的排水根據現場實際情況采取防、堵、截、排措施有效攔截、匯聚地表水，通過排水系統排出坡體外，避免地表水對滑坡產生的不利影響。

(2)進行交通管制。限制高切坡后緣坡頂主干道上的重型車輛的來往，并對該邊坡進行削坡，以減小坡體的荷載，防止邊坡再次滑移。

(3)根據場地條件和坡體下滑力，宜采用以抗滑擋墻為主，截(排)水、格構加固和坡面綠化等為輔的加固措施。

6　結束語

(1) 高切坡的穩定性評價應遵循的原則：以工程地質分析為基礎，綜合內、外影響因素分析，對高切坡可能變形破壞機制進行準確的判斷，對其穩定性進行工程地質定性分析，同時根據室內(外)試驗、結合工程類比等手段，提出各種穩定性分析方法所需的參數，針對不同破壞模式，確定各種荷載組合，選用相應的穩定性分析計算方法進行定量分析；并根據變形破壞模式分析、穩定性定性及定量評價結果，綜合評價高切坡穩定性，為高切坡的防護設計提供可靠的方案和參數[4]。

(2) 本邊坡工程從開工至完工，歷時6個月，施工過程中及施工后經歷多次暴雨考驗，監測結果證實邊坡變形極小，表明采用“抗滑擋墻+格構加固+坡面綠化+排水治理”的方案是合理的。此種結構具有形式簡單、取材容易、施工難度小、穩定坡體收效快、適用范圍廣等特點，加之擋墻能收縮坡腳以減少占地，從而增加了場地的使用面積，取得了良好的經濟安全效果。

(3)在治理復雜高切坡時，應重視施工勘察和施工期間的變形監測工作，及時根據現場實際地質情況、變形監測的反饋信息，對原設計做校核、修改和補充，確保治理措施更加科學合理。

[1]羅群. 三峽庫區移民城鎮高切坡穩定性分析與治理設計[J]. 三峽大學學報，2007(6).

[2]中機工程勘察設計研究院.大渡河瀑布溝水電站漢源新縣城移民遷建工程西區M-2復合安置1#B地塊巖土工程勘察報告[R].成都：中機工程勘察設計研究院,2010.

[3]GB 50330-2013 建筑邊坡工程技術規范[S].

[4]GB 50021-2001 巖土工程勘察規范[S].

付小雷(1983～),男,在讀碩士研究生；宋文武(1965～),男,教授，碩士生導師。

P642.22

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[定稿日期]2016-03-24