安徽省樅陽縣高峰村同咀崩塌穩定性分析與評價

王博，陳國棟，趙曉玲

(1.安徽省地質環境監測總站，安徽 合肥 230001；2.山東省地質科學研究院，山東 濟南 250013)

0 引言

崩塌地質災害點位于樅陽縣雨壇鄉高峰村同咀村民組，樅陽縣城經大崗窯至雨壇公路(Y017)東側山體的西邊坡(圖1)。

Y017鄉道東側山體的西坡為一人工邊坡，切坡長約230m，高5～20m，坡度較陡，局部近于直立。2017年7月2日，該邊坡出現了2處崩塌，崩塌段坡體伴隨出現裂縫和少量孤石滾落。其中Ⅰ號崩塌體體積約3000m3，其后緣裂縫呈圈椅狀，裂縫長66m，最大寬度約0.5m，最大可見深度約1.0m，裂縫所圍成的變形體面積約620m2。

Ⅱ崩塌體體積約550m3，其后緣裂縫亦呈圈椅狀，裂縫長18m，最大寬度約0.3m，最大可見深度約0.3m，裂縫所圍成的變形體面積約50m2(圖2)。2處變形體后緣裂縫總體走向分別為10°和22°，大致與邊坡走向平行。形成裂縫的變形體，在遇強降雨或其他條件改變的情況下，有再次發生較大規模崩塌的可能，直接威脅坡下4戶民房16位居民生命安全，威脅財產約120萬元，危害險情等級為小型。該邊坡安全等級為三級，邊坡地質環境復雜程度為簡單類型。

1 地質背景

1.1 地形地貌

工作區位于大山西坡，微地貌有高丘和谷地，總體地勢是東高西低。東側為高丘，最高點黃海高程為161.8m，丘體總體走向為NE 23°，丘頂呈圓頂，山坡較平緩，坡度一般17～32，上部多覆以第四紀殘坡積物，厚度小于1m；西側為谷地，谷底黃海高程在25～30m(圖3)。

1—第四系殘坡積層；2—煌斑巖脈；3—花崗巖；4—鉆孔及編號；5—巖土體類型界線；6—斷層；7—裂縫；8—崩塌體及編號；9—剖面線及編號；10—產狀圖3 崩塌地質災害工程布置圖

1.2 地層巖性

工作區除第四系殘坡積、坡積層覆蓋外，所見均為巖漿巖出露。工作區內出露的巖體主要為大缸窯巖體及毛王廟巖體的一小部分，其中毛王廟巖體為超淺層侵入體，為深肉紅色細粒鉀長花崗巖，大缸窯巖體為淺肉紅色中—粗粒鉀長花崗巖。鉀長花崗巖呈粒狀、似斑狀結構，塊狀構造。此外，見一條煌斑巖脈近SN向穿插于粗粒鉀長花崗巖和細粒鉀長花崗巖之中。第四系殘坡積、坡積層分布于山坡地表和谷地，厚0.5～2.0m。灰黃、褐黃色，由粉質粘土夾碎石、粉質粘土等組成[注]安徽省地勘局區域地質調查隊，區域地質調查報告(1∶5萬)義津橋幅、樅陽縣幅、湯溝鎮幅，1985年。。

1.3 地質構造

工作區所處構造位置為廬樅火山巖盆地。工作區中部分布一條斷層F，圖幅內長度約180m，走向為NNE 15°左右，其西側見煌斑巖脈充填。

1.4 水文地質條件

1.4.1 地下水類型及含水巖組

根據工作區的地層巖性、含水層分布、地下水賦存特征、富水情況等，可將地下水劃分為2種類型。

(1)松散巖類孔隙水。工作區坡體淺表的殘坡層和谷地的坡積層，厚度薄，含水性差，但透水性好，為大氣降雨垂直入滲補給基巖裂隙水的良好通道。

(2)基巖裂隙水。分布于整個工作區，賦存在鉀長花崗巖的構造裂隙和風化裂隙中，水量較貧乏。據區域水文地質資料，泉流量小于1.0L/s，鉆孔涌水量10～100m3/d，地下水徑流模數0.3～1L/Skm2，水化學類型為HCO3-Ca·Na、HCO3-Ca型，礦化度0.11g/L。地下水動態隨季節的變化而變化，該次調查民井水位埋深1.5m，Z1孔穩定水位埋深2.1m[注]安徽省地礦局第二水文地質工程地質勘查院，安徽省1∶50萬環境地質調查報告，2000年。。

1.4.2 地下水的補給、徑流、排泄條件

工作區地下水的補給來源為大氣降水。地下水的徑流受地形條件控制，從高處向低處徑流，其水力坡度與所處地形坡度和坡向基本一致。經短暫徑流后，地下水在低洼處或當地侵蝕基準面附近以溢流或泉的形式排泄、補給地表水體，蒸發、植物吸收也是該區地下水的排泄方式[注]安徽省地質環境監測總站，安徽省樅陽縣1∶10萬地質災害調查與區劃報告，2002年。。

1.5 工程地質特征

1.5.1 巖體

(1)堅硬的塊狀侵入巖巖組由燕山期細粒鉀長花崗巖、中—粗粒鉀長花崗巖和煌斑巖等組成。

(2)全風化層：山坡中下部和坡腳地帶的淺表巖石風化強烈，表層為全風化，結構疏松，呈砂土狀，Z2，Z3孔全風化層揭露厚度0.2～0.5m，Z1孔全風化層揭露厚度5.0m，邊坡全風化層揭露厚度1.0～1.5m。

(3)強風化層：全風化層下部為強風化鉀長花崗巖層，Z2，Z3孔強風化層未揭穿，Z1孔強風化層未揭露，從邊坡強風化層揭露看，該強風化層厚度大于5.0m，結構較完整，裂隙較發育，一般呈閉合—微張狀[注]安徽省地質礦產勘查局321地質隊，銅陵市樅陽縣雨壇鄉高峰村同咀村民組崩塌地質災害勘查報告，2017年。。據區域工程地質資料，新鮮巖石單軸飽和抗壓強度110～220MPa，抗剪強度約為72MPa，內摩擦角85°左右，軟化系數大于0.75，風化后巖石力學性能顯著下降[注]安徽省地質礦產勘查局326地質隊，安徽省樅陽縣1∶5萬地質災害調查報告，2015年。。

1.5.2 殘坡積與坡積

工作區坡體表層分布有殘坡積粉質粘土夾碎石，谷地表層為坡積粉質粘土和粘土。

殘坡積碎石土：分布于山體淺表段，其成分為粉質粘土混碎石，松散，碎石以風化花崗巖為主，呈塊狀，棱角狀，含量一般在5%～20%。該層厚度在0.30～1.20m。

坡積粘性土：分布于谷地，其成分為粉質粘土、粘土，稍濕，可塑—硬塑，具中低壓縮性，壓縮系數0.05～0.25MPa-1，承載力特征值250kPa。

2 不穩定邊坡特征

2.1 邊坡形態特征

不穩定邊坡位于大山(青山)西坡坡麓，為一人工切坡，平面上呈“Ω”形分布，中間凹，兩側凸。切坡長約230m，從坡腳向山坡開挖的平面投影寬度為3～65m，切坡高度為5～20m，坡中部比兩端高，形成的開采面呈近直立狀，坡度60°～80°，坡向約270°。

2.2 邊坡結構特征

2.2.1 邊坡物質組成

組成坡體物質自上而下有：①第四系殘坡積粉質粘土夾碎石，灰黃、褐黃色，松散，稍濕，可塑，厚度小于0.5m；②全風化鉀長花崗巖，灰黃色，松散，呈砂狀，原巖結構基本破壞，但尚可辨認，干鉆可鉆進，厚度0.5～1.5m；③強風化鉀長花崗巖，灰黃、灰白色，細粒、中—粗粒結構，塊狀構造，原巖結構大部分破壞，礦物成分顯著變化，具高嶺土化、鉀長石化，風化裂隙較發育，鉆孔未揭穿，從邊坡揭露情況看，厚度5～18m。

2.2.2 邊坡裂隙發育特征

經裂隙測量，Ⅰ號崩塌體所在邊坡裂隙主要有：①325°∠83°，間距23～34cm；②252°∠63°，間距10～36cm；③331°∠71°，間距10～14cm；④60°∠60°，該組裂隙與331°∠71°組裂隙成為“X”型共軛剪節理。Ⅱ號崩塌體所在邊坡裂隙主要有：①76°∠80°，間距80～100cm；②120°∠41°，間距10～50cm；③305°∠41°，間距7～12cm；④225°∠47°，間距14～24cm；⑤285°，近直立，該組裂隙與坡面大致平行。

2.2.3 邊坡巖體結構類型

從邊坡出露的巖體看，組成邊坡的巖石主要是強風化的鉀長花崗巖，屬較軟—較硬巖，巖體完整程度為較完整，裂隙面傾角較陡，結合程度為一般。經綜合分析判斷，該巖質邊坡巖體類型屬Ⅲ類[1]。

2.2.4 崩塌堆積體特征

兩處崩落體均呈“扇形”堆積于坡腳處，其物質組成主要有全風化鉀長花崗巖和強風化鉀長花崗巖，堆積物大小混雜，分選性較差，另外，Ⅰ號崩落體中見少量未風化的鉀長花崗巖滾石，球度較好，直徑30cm左右。其中Ⅰ號崩落體底邊長約55m，斜面長29m，坡度40°，方量約3000m3；Ⅱ號崩落體底邊長約20m，斜面長6.8m，坡度37°，方量約550m3。

3 坡體裂縫特征

兩處崩塌所在的坡體均出現了開裂，為卸荷裂隙。其中Ⅰ號崩塌坡體見4條走向各不相同，長度、寬度和深度亦各不相等的裂縫，其中后緣裂縫大致呈圈椅狀分布，裂縫長66m，最大寬度約0.5m，最大可見深度約1.0m，主裂縫段任意高程約55m，走向10°；Ⅱ號崩塌坡體見5條走向各不相同，長度、寬度和深度亦各不相等的裂縫，其中后緣裂縫大致呈圈椅狀分布，裂縫長18m，最大寬度約0.3m，最大可見深度約0.3m，主裂縫段任意高程約37m，走向22°。

4 崩塌形成的影響因素及形成機制

人工切坡為崩塌的發生提供了基礎條件，切坡形成高陡的開采面，造成較大范圍的巖體臨空，打破坡體原有的應力平衡狀態，導致邊坡應力重新分布，使部分巖體卸荷回彈，坡體的應力釋放產生新的卸荷裂隙，并致使原有節理裂隙寬度增大，從而形成危巖體[2]。邊坡地層巖性主要為全風化和強風化鉀長花崗巖，巖體風化較強。巖石強度呈較軟弱—較堅硬狀，其抗壓、抗剪強度較低。強風化鉀長花崗巖中發育多組裂隙，呈“X”型交錯，局部密集發育。該區降雨頻繁，降雨量大。雨水下滲，一方面增加了巖體自重，加大了靜水壓力；另一方面，溶解軟化了裂隙充填物，促進裂隙進一步發育貫通。綜上所述，崩塌的形成是地形地貌、地層巖性、地質構造、水文地質條件、人類工程活動等多種因素綜合作用的結果，根據邊坡類型及坡體裂縫特征，結合巖土體條件綜合判斷，該處邊坡的失穩模式為滑移式崩塌。

5 崩塌穩定性分析與評價

5.1 崩塌變形位移監測

在2處崩塌變形體布置了8個水平位移監測點，其中Ⅰ號6個，Ⅱ號2個。2017年7月11日—2017年8月29日共進行了8期位移監測，根據天氣狀況及監測數據的穩定情況，1～4期按約3天一周期頻率監測，4～6期按約7天一周期頻率監測，6～8期按約15天一周期頻率監測[3]。在8期的監測中，當期位移量普遍處于0～10mm區間，當期最大位移量為33mm；累計位移量處于5～42mm區間，考慮到監測區域地處密林間，各種因素特別是天氣原因對監測結果的影響較大，監測點偶爾出現20～30mm范圍的位移應該是監測誤差，可以認為監測區域基本穩定。

5.2 崩塌穩定性定性分析

根據調查的各結構面產狀及邊坡坡向，分別作Ⅰ號崩塌和Ⅱ號崩塌危巖體的赤平投影圖(圖4、圖5)，從圖中可知，有一部分裂隙面的交棱線傾向坡外，為外傾不利結構面，邊坡結構為不穩定結構，破壞模式以滑移式破壞為主。此外，巖體被多組裂隙切割形成楔體，也降低了巖體的穩定性[4]。

圖4 Ⅰ號崩塌邊坡結構面極射赤平投影圖

圖5 Ⅱ號崩塌邊坡結構面極射赤平投影圖

該邊坡7月2日在遭強降雨情況下，有2處已經出現小規模的崩塌地質災害。根據相似性原則和工程地質類比，在重力、風化和強降雨等綜合因素影響下，易再次發生崩塌。因此，整個邊坡目前是處于欠穩定—基本穩定狀態，穩定性較差，發展趨勢不穩定，建議盡快對該邊坡進行綜合治理。

5.3 崩塌穩定性計算與評價

5.3.1 穩定性計算方法

根據前述不穩定邊坡的形成因素、破壞模式分析，采用滑移式崩塌破壞模型進行穩定性計算[5-7]。根據《建筑邊坡工程技術規范(GB50330-2013)》附錄A的有關規定，采用平面滑動面的極限平衡法進行穩定性計算(圖6)。計算公式如下：

R=[(G+Gb)cosθ-Qsinθ-Vsinθ-U]tanφ+cL

T=(G+Gb)sinθ+Qcosθ+Vcosθ

1—第四系；2—花崗巖；3—煌斑巖脈；4—強風化；5—全風化圖6a 樅陽縣高峰村同咀邊坡穩定性計算坡面1～1′

1—第四系；2—花崗巖；3—煌斑巖脈；4—強風化；5—全風化圖6b 樅陽縣高峰村同咀邊坡穩定性計算坡面2～2′

1—第四系；2—花崗巖；3—煌斑巖脈；4—強風化；5—全風化圖6c 樅陽縣高峰村同咀邊坡穩定性計算坡面3～3′

式中：T—滑體單位寬帶重力及其他外力引起的下滑力(kN/m)；R—滑體單位寬帶重力及其他外力引起的抗滑力(kN/m)；c—滑面的黏聚力(kPa)；φ—滑面的內摩擦角(°)；L—滑面的長度(m)；G—滑體單位寬帶的自重(kN/m)；Gb—滑體單位寬帶豎向附加荷載(kN/m)；θ—滑面傾角(°)；U—滑體單位寬帶總水壓力(kN/m)；V—后裂隙面上的單位寬帶總水壓力(kN/m)；Q—滑體單位寬帶的水平荷載(kN/m)；h—后緣陡傾裂隙深度(m)；hw—后緣陡傾裂隙充水高度(m)，根據裂隙情況及匯水條件確定。

5.3.2 計算參數的確定

(1)荷載類型的確定

該區不考慮地震應力的影響，因此，作用力類型選用巖體自重、孔隙水壓力。巖體自重為巖體體積與容重的乘積。孔隙水壓力只考慮靜水壓力(hw)的作用。在天然狀態下，不考慮孔隙水水位；在暴雨狀態下取值為1/4～1/2的孔隙水高度。

(2)計算工況的確定

根據該區地質環境條件及邊坡變形引發的主次要因素，選用天然狀態、暴雨期2種工況進行計算。天然狀態的荷載組合為自重。暴雨期的荷載組合為自重+暴雨期靜水壓力

5.3.3 計算指標的確定

該次研究未進行巖石物理力學指標試驗，根據該地區經驗值及其他工區的測試成果，選用相關計算指標(表1)，形體指標根據實測剖面量取。

表1 穩定性計算主要參數

5.3.4 允許安全系數的確定

當得到的安全系數大于允許安全系數時，邊坡為穩定的，小于允許安全系數時為不穩定的，當不滿足允許安全系數時，應通過工程處理使其提高。一般應根據下列因素確定：①地質災害體的危害等級；②參數取值對安全儲備的考慮；③工程模型概化合理與否，計算方法誤差等；④工程服務年限。

現行《巖土工程勘察規范(GB50021-2001)》(2009版)對于允許安全系數的取值規定為：新設計的邊坡、一般工程宜取1.15～1.30；《建筑邊坡工程技術規范》(GB50330-2013)規定為：三級邊坡取1.05(地震工況)和1.25(一般工況)。

綜合考慮上述各類規范的規定及各類因素，該工程邊坡的允許安全系數選定為不小于1.20。

5.4 計算結果及評價

根據邊坡實際情況，分別選取了1～1'，2～2'，3～3'號3個斷面為計算模型，并確定了各斷面的最危險滑動面，計算結果見表2。

表2 穩定性計算主要參數

計算結果表明，Ⅰ號崩塌體和Ⅱ號崩塌體所在邊坡，在天然工況1(自重)下處于基本穩定狀態，在暴雨工況2(自重+暴雨)下處于欠穩定狀態，有發生崩塌失穩破壞的可能性，須對其進行治理。其余邊坡段處于穩定狀態。

5.5 防治方案建議

根據邊坡地質條件，建議防治方案如下[8-10]：對處于欠穩定—基本穩定狀態或穩定性較差的坡面，采用錨桿+格構植草(或噴砼)方案進行工程治理。對處于穩定狀態的坡面，采用植草或噴砼進行治理；③對邊坡后方零星出露的滾石、塊石，采用清理和在邊坡下方修建攔石墻或開挖截石溝進行治理。布置坡頂、坡腳的截排水設施。削坡修整，并清理坡面的廢碴，進行坡面、采坑復綠。

崩塌是由人工切坡，鉀長花崗巖強烈風化，構造裂隙、風化裂隙和卸荷裂隙發育，強降雨等多種因素作用下形成的，其形成機制為滑移式崩塌。Ⅰ號崩塌體和Ⅱ號崩塌體所在邊坡，在天然工況1(自重)下處于基本穩定狀態，在暴雨工況2(自重+暴雨)下處于欠穩定狀態，有發生崩塌失穩破壞的可能性。總體來看，該邊坡崩塌危險性較大。