江西自然博物館Ⅱ號山體滑坡特征及穩定性評價

劉江科

(江西省勘察設計研究院,江西 南昌 330095)

0 引言

隨著我國經濟建設的迅猛發展,國內工民建建筑建設突飛猛進,進而引發一系列滑坡災害。滑坡穩定性分析與評價對于滑坡的超前判斷,整個滑坡過程的趨勢分析以及災后的整治起著至關重要的作用。

江西自然博物館位于新余市仰天崗南酉山麓周坑村地塊,總建筑面積83 575 m2,總用地面積達198 585 m2,是融教育與展示、收藏與研究、合作與交流、旅游休閑于一體的現代化的綜合性自然博物館,為江西省重點建設工程。在博物館建設進程中,由于人工削坡及基坑開挖,使斜坡體前緣坡度變陡,形成臨空面,加上2009 年2-3月連續降雨的誘因下,在2009 年3 月8 日,博物館東西向山體后出現裂縫,東側裂縫寬度為50 cm,深度為70 cm,下滑約40 cm,并有逐步擴大的傾向;西側裂縫寬度30 cm,深度50 cm。Ⅱ號滑坡位于擬建博物館西側,見圖1。

圖1 Ⅱ號滑坡現狀全貌及滑坡后緣裂縫Fig.1 The current situation of No.2 landslide and the cracks on the rear edge of the landslide

1 滑坡形成地質環境條件

1.1 地形地貌

此滑坡位于博物館西側山體,山頂標高252.60 m,地面標高90～100 m,坡體植被很發育,呈階梯狀,上部較陡,中部較緩,坡度約為30°,滑坡后緣位于山腰偏下,標高約135 m,前緣位于基坑側壁,標高約100 m,相對高度35 m。坡頂植被良好,以喬木和灌木為主;目前坡體表面多被松散堆積物及風化的巖石碎塊等覆蓋,較難觀測到完整的新鮮巖面。

1.2 地層巖性

1.3 水文地質條件

滑坡區內地下水補給來源主要為大氣降水。區內地下水主要有3 類：松散巖類孔隙水、基巖裂隙水及巖溶水。①松散巖類孔隙水：主要分布于坡體表面殘坡積土層中。含水介質由礫質粘性土組成,地下水主要接受大氣降水直接補給,水量具明顯季節性。經水樣測試,地下水對混凝土結構具弱腐蝕性,對鋼筋混凝土結構中的鋼筋無腐蝕性,對鋼結構具弱腐蝕性。②基巖裂隙水：主要賦存于泥巖、炭質頁巖及砂巖、鐵質砂巖裂隙中,地下水主要在裂縫、露頭處接受大氣降水補給。③巖溶水：主要賦存于滑坡前緣分布的石炭系覆蓋型石灰巖中,局部開挖出露,水量較貧乏。在該次勘查深度范圍內,未見明顯的地下水徑流,故僅考慮暴雨對滑體的浸潤飽和作用,不考慮地下水位產生的水壓力對滑坡的影響。

1.4 地質構造

根據新余市區域構造地質圖,勘查區內構造變形十分復雜,地層較為紊亂。次級小型褶皺和斷裂較為發育。場地西北部(該滑坡體前緣) 為一逆沖推覆構造,角度稍緩,約為20°～30°,區內地層缺失、重復、老地層逆掩于新地層之上,地層巖性和褶皺構造的錯移,且各組斷裂互相切割,致使本區地質構造更加復雜。

2 滑坡特征

2.1 滑坡外形特征

經勘查分析：該工程滑坡為牽引式土質滑坡,產生外因主要是人工削坡,使滑坡前緣坡體變陡,產生臨空面,加上大氣降水的直接誘發因素,致使滑體穩定平衡狀態被打破。滑坡平面形態呈現為“A”形。滑坡前緣標高為97 m (在現有基坑側壁),后緣標高為135 m,可見明顯的因滑移變形形成的裂縫及后緣壁,壁高0.50～0.80 m,相對高差為38 m,南緣和北緣受山體邊界控制。滑體寬約90 m,長約100 m,厚5～15 m,總體積約8×104 m3,滑坡坡體中下部現有放坡臺階2 級,臺階高4～8 m,整體坡度約25°,第二級臺階約在115 m 左右。上部標高115～135 m 處,土體較失穩,坡度較陡,約40°,主滑方向為70°～80°。

2.2 滑坡結構特征

(1) 滑體

滑坡體物質組成主要為礫質粘性土。滑體厚5～10 m,縱剖面表明,滑體呈“弧”形,潛在滑坡體物質組成主要為礫質粘性土,滑體厚5～10 m,縱剖面表明,滑體呈“L”形。

(2) 滑帶

滑坡為土質滑坡,滑帶主要位于礫質粘性土層中,滑面為圓弧形。

(3) 滑床

滑坡滑床主要為礫質粘性土。通過對現場勘探資料分析,滑坡前緣為中風化石灰巖,強度高,土體下部為強風化砂巖及強風化鐵質砂巖,強度均較高,不可能產生滑移,因此該滑坡最可能發生沿基巖面滑動的潛在滑坡,其潛在滑床為強風化砂巖、鐵質砂巖。

2.3 滑坡破壞模式分析

(1) 雨水下滲,使坡體的礫質粘性土長期處于飽水狀態,粘聚力降低,抗剪強度降低,容易發生滑動。由于滲入的程度不同,上部粘性土強度更差,與下部強度稍好粘性土形成滑移界面,是滑坡穩定性影響的主要因素之一;

(2) 滑坡體上部陡,地貌上呈現階梯狀,中下部較緩,為滑坡發生提供了地形條件;

(3) 人類活動是滑坡形成的主要因素之一。由于自博館建設施工,人工削坡,使斜坡體坡度變陡,重心上移,前緣形成臨空面,從而引發滑坡;

(4) 2009 年3-6 月份的久雨或暴雨是滑坡發生發展的直接誘發因素。

由于連續下雨或暴雨作用,水流下滲入坡體內,斜坡巖土體含水量陡然增加,重量相應增加,加大斜坡體的下滑力,減小抗滑力;且由于人工削坡使斜坡體坡度變陡,重心上移,前緣形成臨空面,當邊坡前緣局部地段的下滑力大于抗滑力時,該段發生變形,出現裂縫,同時滑動面在逐漸形成,坡體上部巖土體由于前面抗滑力減小,失去原有平衡,發生變形,滑動面逐漸延伸,一旦滑動面貫通后便出現整體滑動,產生滑坡,本滑坡性質為牽引式。

3 滑坡穩定性評價

3.1 評價方法

據勘查和工程地質調查,且滑坡體存在潛在滑坡體,潛在滑動面在礫質粘性土與強風化基巖的交界處,按《滑坡防治工程勘查規范》 推薦的折線法進行穩定性評價。

3.2 計算參數選取

(1) 滑體重度：根據室內試驗結果,由公式ρsat=ρd+1/ (sr+1) ρw,可算出各巖土層的飽和容重,見表1。

表1 數值模擬各地層基本物理力學參數Tab.1 Numerical simulation of basic physical and mechanical parameters of each layer

礫質粘性土飽和容重為20.19 kN/m3。

(2) 滑帶抗剪強度

滑帶主要物質為礫質粘性土,根據室內試驗及原位測試試驗,參考恢復山體反演計算結果和工程經驗,滑帶土飽和抗剪強度值取C=7.5 kPa,φ=16.3°。

3.3 邊坡變形特征分析

根據邊坡穩定性計算模型,對原狀土和巖層采用平面應變模型選擇合理尺寸自動劃分平面網格。為了減小邊界條件對體系應力的影響,曲邊坡兩側伸展各50 m 作為邊界條件,下方砂巖強度比上方原狀土大得多,故取向下伸展30 m 作為底界。對該模型的左邊界和右邊界施加水平約束,使其X 方向位移為0,Y 方向自由;底邊界施加水平約束和豎向約束,使其X,Y 方向位移均為0。采用sigma/W 有限元軟件對地下水位上升后的邊坡進行計算,計算結果見圖2-5。圖2 為坡體最大剪應變分布,可以看出滑坡最大剪應變在主滑坡處較為集中;圖3 為坡體最大應變分布,可以看出和最大剪應變分布一致較好;圖4、圖5分別為滑移面和潛在滑移面在自重和暴雨工況下的穩定性模擬。

圖2 坡體最大剪應變分布Fig.2 Maximum shear strain distribution of slope

圖3 坡體最大應變分布Fig.3 Maximum strain distribution of slope

圖4 滑移面穩定性模擬計算(Fs=0.87)Fig.4 Simulation calculation of slip surface stability (Fs=0.87)

圖5 潛在滑動面穩定性模擬計算(Fs=1.08)Fig.5 Simulation calculation of potential sliding surface stability (Fs=1.08)

3.4 穩定性分析

該次滑坡體穩定性計算,只考慮滑坡體處于最不利情況下的穩定性,主要為自重加暴雨時的穩定性。

坡體內沒有形成貫穿裂縫,暴雨時不考慮裂隙充水時的靜水壓力作用,只考慮對滑帶的潤滑飽和作用。

計算結果顯示,主滑剖面穩定系數為0.87,處于不穩定狀態,潛在滑坡體穩定系數為1.08,處于欠穩定狀態,因此Ⅱ號滑坡在久雨或暴雨的條件下,將處于不穩定狀態,應盡快進行滑坡治理。

4 結語

(1) 江西自然博物館Ⅱ號滑坡為牽引式土質滑坡,滑體寬約90 m,長約100 m,厚5～15 m,總體積約8×104 m3,為小型滑坡,根據其危害程度,屬一級滑坡。

(2) 經綜合分析、計算,可以確定博物館Ⅱ號滑坡在久雨或暴雨的情況下,處于不穩定狀態。

(3) Ⅱ號滑坡,對滑體進行放坡治理,放坡坡率采用1∶3,坡面采用預應力錨桿格構防護,格構內覆土植草。坡頂設置截水溝,坡體及坡腳設置排水溝。

在對滑坡進行防治治理施工時,應加強驗槽工作,加強對滑坡變形監測。監測工作應考慮防治工程施工期的安全監測及動態監測相配套,做到安全施工,文明施工。