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运用工程地质类比法边坡稳定性分析

2019/08/28 阅读:

摘要:边坡稳定性分析评价方法包括定性评价和定量评价,而工程地质类比法属于定性评价中的一种,它的实质是将已有边坡的岩土工程经验进行总结归纳后,应用到条件相似的边坡稳定性评价研究中去,是一种经验方法,应用广泛。以四川省乐山市某边坡为例,首先阐述了边坡的基本特征,包括范围、规模、形态、物质组成以及变形特征,然后通过对周边类似原始斜坡以及填土边坡自然稳定角的确定,最后运用工程地质类比法分析评价边坡的稳定性,为采取工程治理措施以及类似边坡稳定性评价提供了依据。

关键词:工程地质类比法;稳定性;自然稳定角;定性评价

1引言

边坡位于四川省乐山市金口河区,处于大渡河左岸。受“5.12”特大地震及其余震影响,该边坡发生变形破坏,在后缘产生大量的拉张裂缝及下错阶坎,坡顶靠近坡口位置的围墙产生大量裂缝,前缘产生溜滑、滑塌变形。若变形持续发展,将会直接影响边坡的整体稳定性,对坡顶建筑、坡脚位置的居民、农户以及公路产生直接威胁。本文在调查边坡基本特征、结构特征以及变形特征的基础上,对周边类似斜坡的自然稳定角进行调查总结,通过工程地质类比法[1]分析该边坡的稳定性。

2边坡基本特征

该边坡分布范围较大,在平面上呈不规则矩形和扇形的组合形态,边坡顺坡向长约80~200m,宽约500m,面积约7.2×104m2,前缘高程由北东向南西逐渐降低,主要分布在520~610m左右,后缘高程集中在640~670m左右,高差约50~120m,坡向234~319°,边坡在南西侧转向。该边坡北侧为原始自然边坡,地形上呈上凹下凸的形态,局部区域发生变形破坏,南侧主要为人工填土边坡,变形明显。根据边坡各区域地形地貌条件、岩土体物质组成、变形发育程度的不同[2],对该边坡进行分区论述,见图1。图1边坡分区图(1)边坡北东侧为自然边坡,剖面呈上凹下凸的形态,坡体物质主要为中更新统冲洪积含漂卵砾石土,其中北侧区域发生明显崩塌变形,将崩塌变形所在边坡划分为Ⅰ区;其南侧自然边坡区域无明显变形,仅在边坡中下部位置受水流冲刷,形成一沟槽,将该段边坡划分为Ⅱ区。(2)边坡南侧受工程建设堆填,为人工填土边坡,坡体顺直,植被覆盖较差,整体地形坡度约40°,边坡主要物质组成为人工填土,该区域中部变形明显,受“5.12地震”影响,后缘产生明显裂缝,坡顶位置的围墙被拉裂,将该处划分为Ⅲ区;人工填土边坡南西侧区域后缘出露人工填土,前缘及边坡中前部区域分布主要为中更新统冲洪积含漂卵砾石土,该区域变形迹象较明显:后缘发育裂缝,前缘受私采石料影响发育小型崩塌,将其定为Ⅳ区。

3边坡自然稳定角的确定

3.1原始斜坡自然稳定角的确定

采用全站仪对周边具有相同或相近工程地质条件的稳定自然斜坡进行了测量。对测量结果进行整理分析后,绘制出坡高与坡角关系曲线,见图2。边坡内出露的自然陡坎高度为10~20m,坡度约为77°。对照周边自然斜坡坡高与自然稳定角的关系曲线,该高度范围稳定边坡坡度为73°~81°。

3.2填土边坡自然稳定角的确定

Ⅲ区边坡为填土边坡,填土堆填年限约40年,堆填时未经碾压,土体结构松散,调查发现,该区填土堆填至今从未发生过整体大规模失稳变形。2008年“5.12”地震发生后,该区边坡坡口及坡顶区域产生震陷裂缝,边坡浅表发生滑塌变形;2008年后该区边坡坡脚开挖,引起原有浅表滑塌加剧,形成3处浅表滑塌变形,见图3。滑塌发生后,松散物质多分布于边坡坡面,说明该区边坡整体处于稳定状态,局部坡体浅表地层欠稳定状态,对坡脚切坡、地震等诱发因素较为敏感[3]。通过测量,对3处边坡滑塌变形过程进行分析,见图4,其过程为:天然稳定→开挖坡脚→溜滑、滑塌变形→重新稳定,溜滑发生后,松散物质多散布于坡面位置,未在坡脚形成堆积。综上,边坡表层土体目前应处于极限平衡状态,其自然边坡顺直,边坡坡度为36~38°,其边坡休止角(即自然稳定角)为38°。

4边坡稳定性工程地质类比分析

考虑到该边坡地层条件、变形破坏特征,采用工程地质类比分析法进行稳定性分析评价。本次调查,对场地周边大量与该边坡具有同样地质背景的稳定边坡形态进行调查实测。根据调查成果,分析得出的附近稳定边坡坡高—坡度关系曲线,据此对该边坡中具有同样地质背景条件的区域进行工程地质类比分析,对其稳定性作出分析评价[4]。

4.1Ⅰ区

Ⅰ区边坡物质组成主要为冲洪积密实含漂卵砾石土,为自然边坡,其边坡形态在纵向上陡缓转折,整体形态不规则,略呈上凹下凸的形态,大体分为3部分:后缘陡坎、中部缓坡和前缘陡坡,见图5。现列表描述其坡高、坡度等形态特征,并将边坡坡度与自然稳定边坡坡高—坡度关系曲线中相同坡高下的坡度进行工程地质类比分析,从而判断其稳定性状态,见表1。由上表分析得出:Ⅰ区整体坡度远小于相同坡高下自然稳定边坡坡度,可判定为现状整体稳定;前缘陡坡坡度小于相同坡高下自然稳定边坡坡度,判定为整体稳定;发生变形的后缘陡坎坡度略小于相同坡高下自然稳定边坡坡度,可判定为现状基本稳定,与后缘陡坎处变形多为浅表层小规模崩塌相吻合。

4.2Ⅱ区

Ⅱ区边坡物质组成和Ⅰ区相同,亦主要为冲洪积密实含漂卵砾石土,为原始边坡,其边坡形态在纵向上陡缓转折,整体形态不规则,略呈上凹下凸的形态,大体分为3部分:后缘陡坎、中部狭窄缓坡和前缘陡坡,见图6。边坡前缘发育一冲蚀沟槽,由边坡中部水沟破损溢水冲蚀而成。现列表描述其坡高、坡度(包括冲蚀形成沟槽)等形态特征,并将边坡坡度与自然稳定边坡坡高—坡度关系曲线中相同坡高下的坡度进行工程地质类比分析,从而判断其稳定性状态,见表2。由上表分析得出:Ⅱ区整体坡度远小于相同坡高下自然稳定边坡坡度,可判定为现状整体稳定;前缘陡坡坡度小于相同坡高下自然稳定边坡坡度,判定为整体稳定;后缘陡坎坡度小于相同坡高下自然稳定边坡坡度,可判定为整体稳定;冲蚀沟槽坡度略小于相同坡高下自然稳定边坡坡度,可判定为现状基本稳定。与该区变形仅为冲蚀沟槽后缘陡壁浅表层小规模崩塌相吻合。

4.3Ⅲ区

根据Ⅲ区填土边坡近年来稳定性的演变规律:稳定→地震诱发浅表失稳→稳定→开挖坡脚→表层溜滑、滑塌变形→重新稳定,对Ⅲ区填土在不同时期下稳定时坡面形态特征进行工程地质类比分析,进而分析评价填土边坡的稳定性。Ⅲ区边坡为填土边坡,填土覆盖于整个Ⅲ区边坡坡体,下伏地层为中更新统冲洪积含漂卵砾石土。边坡形态在纵向上较为顺直,局部受人类开垦,稍有起伏,见图7。本次测得的该区地形剖面坡度均在36~38°之间,结合08震后测得的相关测量成果,其坡脚在去年修路开挖切坡,使得边坡坡度部分区域发生改变,从而导致该区边坡新发展3处滑塌体,前缘左侧滑塌体在水文地质条件作用下形成溜槽。根据实测的断面资料,发生滑塌变形后,其稳定坡度再次降低,与原地形坡度基本吻合。由此分析判断,目前边坡浅表填土处于极限平衡状态。综上分析,Ⅲ区边坡目前整体处于稳定状体,浅表层土体处于欠稳定状态。

4.4Ⅳ区

该区边坡上部出露有填土,前缘及边坡中下部区域分布主要为中更新统冲洪积含漂卵砾石土。边坡形态在纵方向上形态较不规则,陡缓转折,呈上、下部略缓,中部较陡的形态,前缘局部区域因采石开挖,坡度较陡,近直立。将边坡坡度与自然稳定边坡坡高—坡度关系曲线中相同坡高下的坡度和前文分析填土自然稳定角进行工程地质类比分析,填土边坡的自然稳定角为38°,该处填土边坡高约25m,坡度为37°,从而判断该处填土边坡现状呈基本稳定性状态。

5结语

根据边坡基本特征以及宏观变形,按照工程地质类比法对该边坡进行稳定性分析评价,得出如下结论:(1)Ⅰ区边坡后缘陡坎发生浅表层崩塌变形破坏,发生变形的陡坎现状处于整体基本稳定状态,Ⅰ区斜坡现状处于整体稳定状态;(2)Ⅱ区边坡中下部由于排水沟破损淌水冲蚀边坡土体造成局部变形破坏,形成沟槽,该沟槽内见不规则掉块、崩塌,沟壁现状处于基本稳定状态,Ⅱ区斜坡现状处于稳定状态;(3)Ⅲ区边坡浅表层发生溜滑、滑塌变形,坡口产生裂缝,并引发坡顶围墙拉裂破坏,边坡整体处于稳定状态,浅表层土体处于欠稳定状态;(4)Ⅳ区边坡变形主要是地表产生震陷裂缝和前缘人工陡坎发生不规则掉块、崩塌,现状处于整体基本稳定状态。

参考文献

[1]丁参军,张林洪,于国荣,等.边坡稳定性分析方法研究现状与趋势[J].水电能源科学,2011,29(8):112-114.

[2]李智毅,杨裕云.工程地质学概论[M].武汉:中国地质大学出版社,1994.

[3]张倬元,王士天,王兰生,等.工程地质分析原理[M].北京:地质出版社,2009.

[4]陈祖煜.土质边坡稳定分析—原理•方法•程序[M].北京:中国水利水电出版社,2003.

作者:李奎 单位:湖南中大设计院有限公司四川分公司

运用工程地质类比法边坡稳定性分析

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