某电厂边坡的滑坡形成机理及稳定性分析

赖林海

1 边坡概况

深圳市某电厂一期工程设计规模3×340 MW燃汽联合循环机组,规划容量8×340 M W。目前一期工程已投入运营。由于遭遇持续强降雨,使电厂东侧边坡发生滑坡地质灾害。该边坡为土质边坡。目前坡体已出现一处滑坡,并造成坡上消防水管断裂破坏。滑坡破坏处坡面由土工布覆盖,其余坡面处植被较发育。坡顶为消防水池,临近坡脚一带设置有排水沟,坡脚为电厂绿化通道,坡脚以西10 m～15 m处为电厂厂区,坡高 45 m～52 m,坡度约30°～45°,边坡呈南北走向。坡体由坡残积土层及强～微风化花岗岩组成,边坡尚未进行支护。

2 工程地质概况

根据地质测绘和钻探成果,边坡地层主要有第四系坡残积层和侏罗系花岗岩,自上而下依次为坡残积砾质黏性土,强风化带,中等风化带,微风化带等,各土层的主要物理力学参数的取值见表1。

表1 土层的主要物理力学参数

3 滑坡的形成机理

滑坡是指斜坡上的土体或者岩体,受河流冲刷、地下水活动、地震及人工切坡等因素影响,在重力作用下,沿着一定的软弱面或者软弱带,整体地或者分散地顺坡向下滑动的自然现象。其产生的机制包括内在机制和外在机制[1-3]。

产生滑坡的内在机制:1)软弱岩层及一般松软土:软弱面抗剪强度较低,抗水能力弱,吸水能力强,特别是黄土、黏土吸水后易膨胀,在水的作用下,为滑坡的产生创造了必要条件。2)地质构造:断层及断层破碎带使岩体的整体性受到破坏,地下水或地表水将沿着断层滑动面运行,为滑坡的产生提供了条件。

产生滑坡的外在机制:1)地表水和地下水的作用:由于水的运动切割了地面坡度,侵蚀、软化了黏土软弱岩层,使岩层之间的摩擦力和抗剪力降低,构成了滑坡的条件。2)改变滑坡的外形:如雨水的冲刷,人工的开挖和加载使得滑坡体的平衡状态受到了破坏,为滑坡的产生提供了条件。3)岩石体的物理状态和力学状态受到改变:如一些隧道洞口开挖引起的洞口顶岩石的滑坡。

综上分析:坡面水土流失长期对消防水管周边土体的破坏是引起滑坡的主要原因,地表水作用是滑坡的激发和诱发因素。

4 边坡的稳定性分析

边坡稳定性直接关系到边坡工程的安全性、经济性。研究边坡稳定性的目的,在于预测边坡失稳的破坏时间、规模,以及危害程度,事先采取防治措施,减轻地质灾害,使边坡的设计达到安全、经济的目的[4,5]。

4.1 工程地质原理分析

据钻孔揭露,岩体风化厚度极不均匀,具有由坡脚向坡顶逐渐由薄变厚之规律,从滑坡区向西残积土风化厚度1 m～3 m不等,而从滑坡区向东残积土厚度5 m～16 m。坡体岩土风化不均匀,导致岩土强度和性能的差异,受岩土体各种不同结构面影响和制约,当遇强降雨等因素影响,地表水沿结构面迅速补给坡体,降低岩土体的抗剪强度,引发土体性质较大差异,并引起土体沿差异界面发生滑动。

从现状边坡地貌分析,消防水管线拉断处至坡顶水池边缘的坡体较陡,特别是水池边缘管线的南侧边坡坡度达 70°～80°;而该处管线北侧的边坡段,坡脚处已经产生滑坡,坡体失去平衡,稳定性差,局部有继续发生滑坡及崩塌的可能。

4.2 坡率法进行边坡稳定性分析

根据GB 50330-2002建筑边坡工程技术规范和深圳地区工程经验,对所在边坡进行稳定性类比分析,评价结果如下:

勘测区边坡为土质边坡,治理段边坡长约60 m,高45 m～52 m,坡度30°～45°。坡体主要由坡残积砾质黏性土、强～微风化花岗岩组成,目前边坡已发生一处滑坡灾害,岩土体工程性质较差,消防爬梯台阶局部已有变形破坏等迹象。

根据坡率比较法,本边坡开挖高度与坡脚均超过GB 50330-2002建筑边坡工程技术规范边坡坡率允许值,边坡稳定性较差。

4.3 边坡稳定性定量分析

勘测区内边坡主要为土质边坡,坡体主要由上部土体或强烈风化的土体、下部基岩构成。当上部土体达到饱和状态时,可能存在优势破裂面直接引导滑动面沿某个轨迹滑动或者在土体内沿圆弧滑动。因此结合工程地质情况、岩土体结构特征等,采用圆弧滑动法进行计算分析。本次边坡稳定性计算结合边坡稳定性分析软件完成。

根据边坡稳定性定性分析结果,选择具有代表性的剖面(A剖面和B剖面),进行稳定性分析,计算考虑了天然、饱和两种状态。饱和状态下,对土体的力学性质参数进行了折减。边坡体稳定性分析时所需岩土物理力学参数取值见表1。

从图1～图4可以看出:天然状态下A剖面及B剖面的安全性系数分别为1.288和1.336,此工况下边坡处于基本稳定状态,但A剖面未达到规范要求的安全系数1.30,安全储备较低;在连续降雨或暴雨,岩土体达到饱和状态时,A剖面及B剖面的安全性系数分别为0.929和1.037,此时边坡处于失稳或极限平衡状态,易发生新的地质灾害。由于边坡高而陡,在大气降水等不利因素的进一步作用下,有继续失稳破坏的危险,破坏将发生于浅～中部,破坏模式以浅层土质崩塌或滑坡为主,其规模中等。

5 结语

1)据平面地质测绘和地质灾害调查,综合分析认为坡面水土流失长期对消防水管周边土体的破坏是引起滑坡的主要原因,地表水作用是滑坡的激发和诱发因素。

2)根据边坡地质勘测资料,结合边坡稳定性的定性和定量分析结果,从整体上考虑,边坡在饱和状态下潜在不稳定因素,边坡稳定性较差,破坏后果较严重。

3)边坡在自然状态下处于基本稳定状态;饱和状态下,边坡处于基本稳定～欠稳定状态,部分坡段较为高陡,岩土体松散,在不利因素的作用下可能会进一步发生崩塌和滑坡灾害,必须采取相应措施进行加固治理。

4)为防止地质灾害的发生,避免和减少地质灾害对工程和地质环境造成破坏,依据边坡稳定性的定性和定量分析结果,结合边坡的实际情况,须进行治理。

[1] 杨 军.边坡稳定性分析方法综述[J].山西建筑,2009,35(2):144-145.

[2] 刘亚峰,贺俊利,路晓东.张石高速公路某边坡稳定性分析与支护设计[J].山西建筑,2009,35(3):272-273.

[3] 黄昌乾,丁恩保.边坡稳定性评价结果的表达与边坡稳定判据[J].工程地质学报,1997,5(4):375-380.

[4] 田剑锋,马 超,赵 甫.公路岩质边坡稳定性评价方法研究[J].公路,2008(7):65-68.

[5] GB 50330-2002,建筑边坡工程技术规范[S].