徐州市某土质边坡稳定性评价与防治_孙晓倩.pdf

2023 年 2 月Feb.,2023doi：10.3969/j.issn.1672-9943.2023.01.037徐州市某土质边坡稳定性评价与防治孙晓倩1，刘飞2，闫士民1，颜士顺1，王淑娴1（1.江苏省地质矿产局第五地质大队，江苏 徐州 221004；2.江苏省第二地质工程勘察院，江苏 徐州 221004）摘要 以徐州市某土质边坡为研究对象，对边坡及周边进行地质勘查，调查边坡地层岩性、水文地质条件、工程地质条件、物理力学参数，利用简化 Bishop 法进行边坡稳定性计算，采用 M-P 法进行稳定性校核。计算结果表明：天然工况下，边坡处于基本稳定稳定状态；降雨工况下，边坡处于欠稳定不稳定状态。边坡在降雨作用下仍有产生滑动的可能，需要对边坡采取综合防治措施，包括削坡工程、排水工程、坡面防护工程、坡面绿化工程及监测工程。关键词 地质条件；边坡稳定性评价；简化 Bishop 法；防治措施中图分类号P642.22文献标识码B文章编号1672-9943（2023）01-0119-030引言某土质边坡位于徐州市风景名胜区内，地貌为丘陵向山前平原过渡区，边坡发育有 4 条次一级冲沟地貌单元。2021 年 79 月在连续多日降雨后，冲沟沟沿处发生了多处土质滑坡，对游客人身安全和周边的建筑物造成了威胁，同时破坏了景区的生态环境。目前，滑坡体前缘高程 5558 m，后缘高程约74 m，高差 1519 m；纵向长度 2039 m，横向长度1020 m，面积 100200 m2，滑坡体厚度 25 m。滑体呈前缓后陡特点，平均坡度约 35；后缘壁临空，有明显位移现象，并形成陡坎，最大坡度约 45，净空 510 m。滑体体积 100150 m3，为小型滑坡，滑动面整体呈圆弧形。由于坡度改变，边坡高差相对较大，岩土体工程地质条件较差，在降雨等因素的作用下，边坡仍有进一步发生滑坡的可能，需要对边坡进行稳定性评价并提出相应的防治措施1-3。1边坡地质条件1.1地层岩性边坡及周边地层主要为震旦系城山组（Zc）石英砂岩和第四系粉质黏土。第四系广泛分布于边坡区，直接覆盖于基岩上部。1.2水文地质条件边坡及周边地下水类型主要为松散岩类孔隙水和基岩裂隙水 2 大类型。松散岩类孔隙水主要赋存于浅部粉砂、粉质黏土层中。地下水类型为潜水，局部具有上层滞水的特点，以大气降水补给为主，其受大气降水影响最大，以蒸发排泄和侧向渗流为主。基岩裂隙水赋存于震旦系城山组石英砂岩地层中，由于受构造运动和风化作用影响，石英砂岩节理、裂隙发育，岩体完整性较差，局部较破碎。地下水主要赋存于岩体裂隙中，在基岩裸露区和薄覆盖区接受大气降水补给，富水性不均，地下水向地势低处径流，在隐伏区多为承压或弱承压水。年变化幅度 35 m。勘查期间钻探揭示潜水水位埋深1.54.5 m，未观测到基岩裂隙水。1.3工程地质条件根据勘查深度范围内揭露的岩土层特征，按其成因、类型、物理力学性质指标的差异划分为 3 个工程地质层4-6。各岩土层工程地质特征分层描述如下：层 1 粉质黏土（Q4）：棕红色，可塑 硬塑，稍有光泽，干强度高，韧性高，粉粒含量较大，含少量铁锰结核，钻孔揭示厚度 0.74.3 m。其表层 0.30.5 m较为松软，垂向裂隙较发育。边坡区普遍分布。层 2 粉质黏土（Q3）：棕红色、黄褐色，硬塑，局部可塑，稍有光泽，干强度高，韧性高，粉粒含量较大，含少量铁锰结核；钻孔揭示厚度 3.211.9 m；边坡区普遍分布。层 3 中风化石英砂岩（Zc1）：灰白色、褐黄色，中风化，细粒结构，块状构造，硅质胶结，节理裂隙发育；取芯呈短柱状、块状，较完整，局部较破碎，较软岩，岩体基本质量等级为 级；边坡区普遍分布。1.4物理力学条件根据室内土工试验结果，场地土层主要物理力学性质指标如表 1 所示。能 源 技 术 与 管 理EnergyTechnologyand Management2023 年第 48 卷第 1 期Vol.48 No.11192023 年 2 月Feb.,20232边坡稳定性评价2.1评价方法该边坡发生的滑坡类型为浅层滑坡，滑动面呈圆弧形，产生于边坡坡体内部。根据 GB/T32864-2016 滑坡防治工程勘查规范7相关条文，本次采用简化 Bishop 法进行稳定性计算，用 M-P 法进行校核。2.2模型建立和参数选取本次稳定性计算选取边坡区内 1-1 和 2-2 共2 条代表性剖面进行建模，设定天然和降雨 2 种工况。天然工况下，岩土体参数选取天然状态下的参数，地下水位取天然状态下的水位。降雨工况时，岩土体参数选取饱水状态下的参数，同时根据实际情况，在模型中施加降雨（q=50 mm/d）模拟降雨入渗，考虑渗流场与应力场耦合作用8-9。计算模型示意如图 1 所示。（a）天然工况（b）降雨工况图 1计算模型计算中所采用的岩土物理力学参数的选取合理与否，是评价边坡稳定性的关键所在10-12。土的密度和渗透系数可根据土工试验、类比分析综合确定；土的抗剪强度参数可在室内试验的基础上，采用参数反演的方法对代表性剖面进行反演，从而更精确地得出滑带土的具体取值，反过来更加精确地反映边坡稳定性13-14。边坡稳定性计算参数如表 2所示。表 2边坡稳定性计算参数2.3边坡稳定性评价根据 GB/T32864-2016滑坡防治工程勘查规范，滑坡稳定状态划分如表 3 所示。计算结果如图2、表 4 所示。表 3滑坡稳定状态划分（a）天然工况（b）降雨工况图 21-1 剖面稳定性计算成果（简化 Bishop 法）表 4天然和降雨工况下剖面稳定性计算结果孙晓倩，等徐州市某土质边坡稳定性评价与防治表 1土层主要物理力学性质指标测试结果名称含水率W/%密度/（g/cm3）孔隙比eO液限WL/%塑限WP/%液性指数IL塑性指数IP粘聚力C/kPa内摩擦角/（）层 1 粉质黏土18.71.840.7229.016.30.2312.729.311.9层 2 粉质黏土19.61.950.6330.317.00.1813.446.116.0岩土层密度/（g/cm3）天然工况降雨工况渗透系数/（cm/s）C/（kPa）/（）C/（kPa）/（）层 1 粉质黏土1.8424.010.219.09.89.43E-04层 2 粉质黏土1.9535.012.032.011.02.84E-05层 3 石英砂岩2.501 00040.080035.0-滑坡稳定系数 FsFs1.01.0Fs1.051.05Fs1.15Fs1.15滑坡稳定状态不稳定欠稳定基本稳定稳定剖面号计算工况计算方法稳定性系数稳定状态1-1天然工况简化 Bishop 法1.107基本稳定M-P 法1.103基本稳定降雨工况简化 Bishop 法0.890不稳定M-P 法0.885不稳定2-2天然工况简化 Bishop 法1.064基本稳定M-P 法1.375稳定降雨工况简化 Bishop 法0.866不稳定M-P 法1.047欠稳定层 1 粉质黏土层 2 粉质黏土层 3 石英砂岩层 1 粉质黏土层 2 粉质黏土层 3 石英砂岩q=50 mm/d层 1 粉质黏土层 2 粉质黏土层 3 石英砂岩层 1 粉质黏土层 2 粉质黏土层 3 石英砂岩渗流路径0.8901.1070.0000.4290.8571.2861.7142.1432.5713.000+0.0000.5001.0001.5002.0002.5003.000+SafetyFactorSafetyFactor1202023 年 2 月Feb.,2023根据稳定性计算结果，天然工况下，各计算点处于基本稳定 稳定状态；降雨工况下，各计算点处于欠稳定 不稳定状态。结合现场勘查分析可知，由于粉质黏土表层结构比较疏松，垂向裂隙发育，为地表水下渗创造了条件，土层达到暂态饱和后，粘聚力和内摩擦角均下降，同时降雨入渗也增大了下滑力，因而在降雨作用下浅部土体饱和后最易产生滑动。边坡稳定性计算结果与现场调查时稳定性初步判断结果基本吻合。3边坡防治措施根据边坡造成的地质灾害及其特点，主要采取综合防治措施，包括边坡削坡工程、排水工程、坡面防护工程、坡面绿化工程及监测工程。（1）削坡工程。由于边坡高差大、坡度陡，存在地质灾害隐患，需对边坡进行削坡，清除地质灾害隐患、降低坡高和坡度，增强边坡的稳定性，为后期的边坡防护和绿化提供基础地形。（2）排水工程。在易滑区边坡后缘开挖截水沟进行地表水拦截和旁引，阻止地表水进入滑坡范围；在坡脚设置排水沟，与坡顶截水沟连接。截排水沟设置应充分利用地势条件，随坡就势，以利于地表水的汇集和迅速向区外排水。边坡截排水工程应与景区排水系统和设施合理衔接。（3）坡面防护与绿化。对坡度较缓、整体稳定性较好、边坡易受雨水冲刷及冲蚀的地段，可采用砌体坡面防护措施，并在坡脚设置护脚墙；砌体可采用浆砌或干砌法，在坡面砌筑块石、片石或预制块。（4）在确保边坡稳定的基础上，根据当地经验选择适合的植物物种进行坡体植被修复。（5）监测工程。为及时掌握已治理区边坡的变形发展规律，预测边坡有可能发生的地质灾害的影响范围及发展趋势，需要建立长期监测预警系统，以便采取相应的处理措施，确保坡脚活动人员的生命财产及坡脚建筑物安全。监测工作分施工安全监测、治理效果监测和长期监测 3 个阶段。4结论（1）根据调查，该边坡已多次发生滑坡，对周边建筑及人员造成威胁，对景区生态环境产生了破坏，所以对边坡进行稳定性评价和治理十分必要。（2）根据边坡稳定性分析结果，在天然工况下，边坡处于基本稳定 稳定状态；在降雨工况下，边坡处于欠稳定 不稳定状态，边坡稳定性计算结果与现场调查时稳定性初步判断结果基本吻合。在降雨作用下，浅部土体饱和后最易产生滑动。（3）鉴于边坡已多次发生滑坡，坡体目前稳定性较差，宜采用综合防治措施，包括削坡工程、排水工程、坡面防护工程、坡面绿化工程及监测工程。参考文献1黄昌乾，丁恩保.边坡工程常用稳定性分析方法 J.水电站设计，1999（1）：53-58.2杨学堂，王飞.边坡稳定性评价方法及发展趋势 J.岩土工程技术，2004（2）：103-106.3李晶岩，付丽.边坡稳定性分析方法 J.山西建筑，2011，37（4）：65-67.4王艳红.边坡稳定性分析方法综述 J.甘肃科技，2007（3）：179-180.5李彰明.模糊分析在边坡稳定性评价中的应用 J.岩石力学与工程学报，1997（5）：490-495.6夏元友，朱瑞赓.斜坡稳定性综合评价方法的集成式因素权重赋值方法 J.中国有色金属学报，1998（1）：163-167.7中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局，中国国家标准化委员会.滑坡防治工程勘查规范：GB/T32864-2016 S.北京：中国标椎出版社，2016.8理继红，李伟，何伟，等.牛犊山西侧滑坡稳定性分析 J.山西建筑，2021，47（9）：46-48.9路晓光.重庆市某滑坡稳定性分析 J.山西建筑，2018，44（33）：42-44.10姚文花.梅州大埔某残积土滑坡力学性质与稳定性评价 J.嘉应学院学报（自然科学），2011，29（5）：51-53.11肖先国，林依平，余涛，等.Slide 软件在边坡稳定性计算中的应用 J.交通科技，2012（4）：50-51.12刘海波，许宝田，王波.降雨对南京方山边坡稳定性的影响分析 J.土工基础，2020，34（4）：418-422.13向章波，张家铭，周晓宇，等.基于 Slide 的某红层路堑边坡稳定性分析 J.水文地质工程地质，2015，42（4）：90-95.14杨军，姚正学，董耀刚，等.基于 Monte-Carlo 方法的边坡稳定性评价 J.山地学报，2016，34（5）：555-561.作者简介孙晓倩（1989-），女，工程师，硕士，毕业于中国矿业大学地质工程专业，长期从事水工环方面的勘查与综合研究等工作。收稿日期：2022-07-19能 源 技 术 与 管 理EnergyTechnologyand Management2023 年第 48 卷第 1 期Vol.48 No.1121