深圳市水徑余泥渣土受納場邊坡監測與穩定性分析——以深圳市水徑余泥渣土受納場邊坡為例

方建鋒

（深圳市城市廢物處置中心廣東深圳518028）

深圳市水徑余泥渣土受納場邊坡監測與穩定性分析——以深圳市水徑余泥渣土受納場邊坡為例

方建鋒

（深圳市城市廢物處置中心廣東深圳518028）

以深圳市水徑余泥渣土受納場邊坡為例，采用深層位移監測和GEO-SLOPE穩定性計算相結合的方法，對邊坡穩定性以及監測數據分析后表明：采用圓滑滑動法計算的一般工況安全系數都大于1.35，地震工況大于1.15，邊坡處于穩定狀態。邊坡位移變化整體呈現前期速度較快，后期位移速度逐漸趨緩，最終處于相對穩定狀態，且累計位移都在10mm以內。

余泥渣土受納場；邊坡監測；穩定性分析

1　前言

近3年來深圳市每年產生約3600×104m3的余泥渣土。處理數量如此巨大的余泥渣土對深圳市來說是個極為棘手的問題。目前，大部分余泥渣土運往渣土受納場，形成人工填筑邊坡[1]。而滑坡的形成與巖土體本身特性及坡體結構密切相關，對于人工填筑邊坡，通過合理的設計與施工可以確保坡體結構良好，但坡體填料一般以雜填土和素填土為主，填筑料的物理力學性質差、不均勻性程度高，難以密實，導致邊坡巖土體性能較差，特別是在地震活動、長期的地下水不利作用及暴雨誘發等情況下，更容易產生滑坡現象[2][3]。

深圳現在有138座渣土受納場。2015年12月20日，光明新區紅坳余泥渣土臨時受納場發生滑坡事故，失聯和遇難人數達77人。為預防類似工程事故的發生，本文通過邊坡安全系數計算以及動態監測，對深圳市水徑余泥渣土受納場邊坡進行穩定性分析。同時，此方法可以推廣到類似工程，從而更有效的確保人工填筑邊坡的安全。

2　項目概況

2.1工程概況

深圳市水徑余泥渣土受納場位于布吉水徑村東側山地，清平高速公路的西側，總占地面積約26×104m2，地形呈南北長東西窄的帶狀，分為南北兩個區域進行填埋建筑垃圾，設計總堆填高度：北區標高165m～215m，最高堆高50m；南區標高135m～215m，最高堆高80m，每10m分層設置一級臺階，每級邊坡設計坡率1：2.5，兩級邊坡之間設置平臺，臺階寬度為5m，受納場設計最大容積約487×104m3。

場區設有三處擋土壩：沿清平快速一側南區1號壩長約299m，壩頂標高135m；北區2號壩長約458m，壩頂標高165m；南區西南角3號擋土壩長21.2m，高10m。擋土壩結構形式為均質土壩，壩形為梯形，壩體內外放坡均為1:2.5，壩腳設有排水棱體，土壩外面采用人字形骨架植草綠化。

2.2地質情況

勘察場地原始地貌屬低丘陵-低山地貌，經過采石場長期開采，山體原始地貌已有比較大的改觀，南側及北側土壩段（1-3號斷面）坡底標高約124.0m，坡頂標高約175.0m～182.0m，分3～6階放坡；最北側（4號斷面）坡底約170.0 m左右，坡頂196.0m左右，為一階放坡。

根據野外踏勘及鉆探揭露，坡體內分布的主要為新近人工填土層，下伏及坡底地層為第四系殘積層及燕山期花崗巖。人工填土包括雜填土和素填土，雜填土是組成坡體的主要土層，雜色，主要由建筑垃圾組成，成份為混凝土塊、磚塊，砂礫、石粉渣等，混含約20%～30%的粘性土及少量生活垃圾，松散-稍密。第四系殘積層以礫質粘性土為主，形成于第四紀晚更新世及以前，褐紅色、黃褐色，系花崗巖風化殘積而成，除石英顆粒外其余礦物均已風化成土，大于2mm石英顆粒超過20%，呈可塑-硬塑狀態。燕山期花崗巖主要成分為長石、石英、黑云母等，含其它暗色蝕變礦物，中粗粒花崗結構，致密塊狀構造。勘察揭露全風化、中風化帶。

3　邊坡穩定性分析

3.1分析斷面

根據水徑余泥渣土填埋場邊坡結構形式，以及山脊線走向，在重要的邊坡地段布設10個地質鉆孔，共形成3個地質剖面，根據勘探的結果進行現狀邊坡的穩定性分析。地質剖面平面布置圖如圖1、圖2所示，斷面如圖3、圖4、圖5所示。

圖2　北區2-2’和3-3’斷面位置圖

3.1.11-1’斷面

圖3　計算斷面（1-1’斷面）

3.1.22-2’斷面

圖4　計算斷面（2-2’斷面）

3.1.33-3’斷面

圖5　計算斷面（3-3’斷面）

3.2分析工況及計算參數

邊坡在不同工況條件下，其安全系數也不同。一般在自然工況下，邊坡的安全系數較高，是較穩定工況；而在飽水情況下，邊坡巖土體強度降低，往往是安全不利工況，如在暴雨作用下，導致巖土體處于飽和狀態，尤其對于填土邊坡，由于強度降低，往往出現滑坡等地質災害；在地震作用下，地震力對邊坡的穩定性造成很大影響，地震也是對邊坡穩定性不利的重要因素。因此，本次分析考慮在自然狀態下、飽水狀態和地震影響三種工況下邊坡的穩定系數。計算參數如表1所示。

表1　邊坡計算參數

3.3計算結果分析

采用邊坡穩定性計算專業軟件GEO-SLOPE進行計算，該軟件是國內外巖土工程界廣泛使用的邊坡穩定性二維分析計算軟件。分析方法采用最常用的極限平衡法。極限平衡法是當前國內外應用最廣的邊坡穩定性分析方法[4]。它是在已知滑動面上對邊坡進行靜力平衡計算，從而求出邊坡穩定安全系數。當滑移面為一簡單平面時，靜力平衡計算可采用解析法計算；當滑移面為圓弧、對數螺線、折線或任意曲線時，通常采用條分法求解。由于采用條分法時，邊坡為一超靜定問題，需要對某些位置條件進行假定，因此又分為非嚴格條分法和嚴格條分法。非嚴格條分法通常是假定條間力的方向[5]，如瑞典法、簡化Bishop法、簡化Janbu法等；嚴格條分法同樣需要進行一定的假定，在假定合理的條件下解答十分接近準確，如Morgenstern-Price法、Spencer法、Janbu法等。

表2　現狀邊坡安全系數計算結果

通過GEO-SLOPE軟件計算得到邊坡安全系數如表所示，1-1’～3-3’斷面水徑余泥渣土受納場邊坡安全穩定系數在自然狀態、飽水狀態和地震狀態下，采用圓滑滑動法計算的一般工況安全系數都大于1.35，地震工況K>1.15，故邊坡處于穩定狀態[6]。

4　邊坡動態監測

4.1邊坡監測方法

本項目為了對邊坡的實效特性進行相關研究，掌握崩塌，滑坡的變形特征及規律，預測、預報可能發生滑坡的邊界條件、規模、方向、方式、時間等，檢驗、評價邊坡加固處置措施的效果，獲取邊坡防護技術及加固措施研究的相應數據及參數[7]。埋設了7個測斜孔，對邊坡深層位移進行監測。

圖6　現場邊坡與測斜監測孔

4.1.1監測儀器原理

傾斜監測是用測斜儀每隔一定時間逐段測量鉆孔的斜率，從而獲得巖土體內部位移及其隨時間變化的原位觀測方法。監測系統由兩大部分組成：（1）儀器系統：由傳感器探頭、有深度標記的承重電纜和讀數顯示儀組成。（2）測斜導管：垂直埋設在需要監測部位的巖土體里面，并與巖土體連成一體，導管內壁有互成90°的兩對凹槽，以便探頭的滑輪能上下滑動并起定位作用。如果巖土體產生位移，導管將隨巖體一起變形。觀測時，探頭由導輪引導，用電纜垂向懸吊在測斜管內沿凹槽滑行。當探頭以一定間距在導管內逐段測量時，傳感元件將每次測得鉆孔與垂線的夾角轉換成電訊號傳輸到讀數儀測出。

圖7　測斜管A方向和B方向疊加

4.1.2監測方法

測斜管帶有互相垂直的十字槽，分別代表互相垂直的兩個方向(A方向﹑B方向)。每點在互相垂直的兩個方向正、反向各測一次，共測四次。根據監測A、B兩個方向位移量，可求出合位移的大小與方向[8]。

4.2邊坡監測結果及分析

測斜監測從2015年10月19日開始，由于初始值采集時水徑余泥渣土場已經停止填筑，監測頻率為1次/半個月至一個月，遇到惡劣天氣以及監測異常情況加密監測。監測深層位移變化方向如圖7所示，深層位移曲線圖如下：

圖8　水徑余泥渣土受納場邊坡位移方向圖

圖9　CX1深層位移曲線圖

圖10　CX2深層位移曲線圖

圖11　CX3深層位移曲線圖

圖12　CX4深層位移曲線圖

圖13　CX5深層位移曲線圖

圖14　CX6深層位移曲線圖

圖15　CX7深層位移曲線圖

在深層位移監測時，測斜管底部位于穩定地層，視為水平位移為零，累積位移即各點相對于孔底位移的累積值，根據位移變形，可推測滑動面深度、位移大小及位移速率。

對7個測斜孔共進行了18次監測，其中最大變形量發生在CX5監測點的管口位置，為2016年4月5日監測值9.30mm，最大變形速率為0.30mm/d。通過對7個測斜監測數據分析發現，前期監測位移速率較大，后期位移速率逐漸趨緩，邊坡整體處于穩定狀態。以CX5為例，2015年10月19日至2015年12月12日，管口位移變化量7.32mm，而2015年12月12日至2016年4月11日，管口位移變化量僅1.72mm，說明土體變形逐漸趨于收斂。

通過對CX4監測點數據分析發現，2015年12月12日開始，測斜管口以下20m深度位置坡體位移速度較快，存在滑動面，但由于滑動面較深，上部土體填筑密實，CX4監測點管口累計位移量較小，收斂速度快，說明目前邊坡整體處于緩慢變形狀態。

5　結語

本文以深圳市水徑余泥渣土受納場邊坡為例，采用深層位移監測和GEO-SLOPE穩定性計算相結合的方法，對邊坡穩定性以及監測數據分析后表明：（1）采用圓滑滑動法計算的一般工況安全系數都大于1.35，地震工況大于1.15，故邊坡處于穩定狀態。（2）邊坡位移整體呈現前期速度較快，后期位移速度逐漸趨緩，且累計位移都在10mm以內，邊坡處于相對穩定狀態，與數值計算結果相吻合。作者認為，本文采用數值計算與現場動態監測相結合的方法，對于類似人工填土邊坡穩定性分析，具有很強的借鑒意義。（3）深圳市水徑余泥渣土填筑邊坡CX4位置地表以下20m存在局部滑動面，但由于上部土體填筑密實，坡腳、坡面已做好土壩和骨架植草綠化，邊坡坡率較小，最終CX4監測點管口累計位移量較小，土體變形收斂速度較快。

[1]蔡永紅.深圳水徑余泥渣土受納場設計研究[J].城市道橋與防洪,2011(10):152-156.

[2]楊威.郴寧高速公路萬華巖邊坡監測與穩定性評價方法研究[D].中南大學,2013.

[3]尚文濤,郭國和,王震.土質高邊坡安全監測及穩定性分析[J].重慶交通大學學報:自然科學版,2008,27(B11):956-959.

[4]龔曉楠.地基處理手冊:第三版[M].中國建筑工業出版社, 2008.06.

[5]樁基手冊[M].張雁,劉金波.中國建筑工業出版社,2009,11.

[6]建筑邊坡工程技術規范（GB50330-2013）.中國建筑工業出版社,2002.

[7]鮑海濤.十天高速封家壩收費站高邊坡監測與穩定性分析[D].長安大學,2013.

[8]王曉靜.巖質路塹邊坡施工監測及穩定性分析[J].測繪與空間地理信息,2015,38(7):66-68.

方建鋒（1982—），男，廣東省人，大學學歷，學士，環境工程師，2005年畢業深圳大學工商企業管理專業，2011年畢業武漢大學法學專業，法學學士學位。現從事市政環境衛生工程建設、城市建筑垃圾受納場的建設和日常管理、生活垃圾填埋場封場管理、城市生物質廢物處置研究等技術工作。主要研究方向為：市政環境衛生工程建設與管理、城市生物質廢物處置研究、城市建筑垃圾受納場和城市生活垃圾衛生填埋技術與封場后管理。