瀑布沟库区汉源新县城某高切坡稳定性评价

付小雷， 宋文武

(1．西华大学建筑与土木工程学院， 四川成都 610039； 2．西华大学能源与动力工程学院， 四川成都 610039)



瀑布沟库区汉源新县城某高切坡稳定性评价

付小雷1， 宋文武2

(1．西华大学建筑与土木工程学院， 四川成都 610039； 2．西华大学能源与动力工程学院， 四川成都 610039)

由于瀑布沟水电站移民建设的开展，汉源新县城场平建设形成了一系列的人工高切坡,给城镇居民生命财产安全带来较大的危害。文章通过新县城部分高切坡的勘察设计，详细介绍某高切坡的地质特征、边坡类型，建立了该切坡变形破坏模式，遵循以定性分析为基础、以定量计算为重要辅助手段进行综合评价的原则，对高切坡的稳定性作出了较为客观的分析和评价。

高切坡；破坏模式；机制分析；稳定性评价

汉源县城是瀑布沟库区移民全迁城镇之一，在新县城场平建设过程中，形成了大量的人工高切坡。这些高切坡多位于建筑物的前后缘，与建筑物关系密切，其稳定状态关系到新县城能否长久、安全地运行，因此，对高切坡进行准确的稳定性评价及合理的加固是保证新县城安全运行的重要手段。

本文以汉源新县城某典型的高切坡为例，分析了高切坡变形的地质条件和边坡滑移模式，根据该高切坡特征、类型和可能的破坏形式，选择典型的地质剖面图采用圆弧滑动法对边坡稳定性进行计算，并对计算结果进行分析，综合评价其稳定性[1]。

1　工程概况

某高切坡位于四川省汉源县境内，为库区移民迁建新县城时修建移民安置点场平开挖形成的人工高切坡。坡脚高程1 103.40 m，坡顶高程1 116.62 m，坡高13.22 m，为上陡下缓折线型坡，下段缓坡段坡度40°，上段陡坡段坡度60°。属黏性土高切坡。

2　基本地质条件

场地内土层较厚，基岩面埋藏较深。切坡体物质自上而下为：人工填土、粉质黏土、昔格达组粉土及粉砂。

(3)昔格达组(NQx)粉砂及粉土层：属第三系上新统～第四系下更新统昔格达组河湖相沉积层，半成岩状，水平层理发育，具弱透水性，其上部受后期风化剥蚀及再搬运改造呈残积土产出，结构疏松，力学性状差，遇水易软化，浸水易崩解[2]。

3　变形破坏模式及机制分析

3.1变形破坏模式

该土质高切坡变形破坏模式为整体滑动，在切坡开挖过程中已发生破坏，滑面呈圆弧状，剪出口清晰可见(图1)。

图1　滑动破坏现象(滑面剪出口)

3.2机制分析

(1)应力集中区分布。对该土质高切坡进行数值模拟，结果表明坡体属于上陡下缓折线形高切坡，应力集中区分布如图2所示。

图2　上陡下缓坡主应力等值线

(2)场地内分布的昔格达组粉砂及粉土层属“易滑地层”，其上部经后期风化搬运改造，土体结构和工程特性已弱化。在高切坡开挖过程中，坡体前缘支撑力逐渐被削弱，并随着坡高、坡度增加，主应力值增加，拉应力集中区范围扩大，在变坡点出现应力集中区，坡体局部形成剪切力大于土体自身抗剪强度而产生蠕变，蠕变使失稳土体与稳定土体破裂而形成拉张裂缝；同时高切坡后缘主干道上重型施工车辆来往频繁，产生荷载和振动作用，进一步破坏坡体应力平衡关系，加速了坡体滑动破坏，坡体后缘产生明显错落台阶(图3)。

图3　坡体后缘错落台阶

4　稳定性评价

4.1定性评价

目前高切坡后缘已形成错落台阶，坡面剪出口明显，两侧裂缝已贯通，且出现了侧壁，表明高切坡状态不稳定，处于滑动破坏阶段。另外，拉张裂缝的存在，为雨水入渗提供条件，在暴雨工况下，雨水入渗会增加土体重度、破坏土体结构、降低土体抗剪强度，并在弱透水层昔格达组顶面积聚，产生水压力，增加坡体下滑力，坡体应力平衡关系会进一步恶化，因此，坡体滑动破坏会进一步加剧。

4.2定量评价

4.2.1计算模型

根据上述破坏模式分析可知，土体在自重或其他外力作用下，沿坡体结构面整体滑动破坏，破坏面多呈圆弧状。其破坏模式典型剖面见图4。

图4　土质高切坡典型地质剖面

4.2.2计算方法

高切坡稳定性定量分析计算的方法较多，其中极限平衡分析法适用于可能滑动变形破坏类型是较为成熟的、公认的方法。根据可能失稳的高切坡的物质组成、边界条件、变形破坏模式、滑面及潜在滑面的形态特征、岩土体及结构面物理力学参数等，分别采用圆弧型滑面滑动分析法、平面型滑面滑动分析法、折线型滑面滑动分析法、楔形体滑动分析法和倾倒破坏分析法等方法，计算其在不同工况及荷载组合下的稳定性[3]。

根据该土质高切坡特征、类型和可能的破坏形式，选择典型的地质剖面图采用圆弧滑动法对边坡稳定性进行计算。

圆弧滑动法计算公式为：

(1)

(2)

(3)

Ri=Nitgφi+cili

(4)

(5)

式中： Ks为高切坡稳定性系数；ci为第i计算条块破坏面上岩土体的黏聚力(kPa)；φi为第i计算条块破坏面上岩土体的内摩擦角(°)；li为第i计算条块破坏面长度(m)；θi、αi为第i计算条块底面倾角和地下水位面倾角(°)；Gi为第i计算条块单位宽度岩土体自重(kN/m)；Gbi为第i计算条块滑体地表建筑物的单位宽度自重(kN/m)；Pwi为第i计算条块单位宽度的动水压力(kN/m)；Ni为第i计算条块滑体在破坏面法线上的反力(kN/m)；Ti为第i计算条块滑体在破坏面切线上的反力(kN/m)；Ri为第i计算条块滑体在破坏面切线上的抗滑力(kN/m)。

4.2.3计算参数

根据室内试验及同地区工程经验确定各计算参数值见表1。

表1　计算参数取值

4.2.4计算结果与稳定性评价

计算工况：① 自重+荷载(不考虑上场平建筑物的加载)；② 自重+荷载+降雨(不考虑上场平建筑物的加载)。计算结果：稳定系数 Ks=0.850(工况①)，Ks=0.717(工况②)。

该高切坡的稳定状态状态直接关系到上下场平6栋建筑物和道路的安全，根据《建筑边坡工程技术规范》相关标准，结合汉源新县城场地高切坡所处位置与重要性、高切坡结构类型与高度、其失稳危害程度严重，安全等级二级，稳定安全系数取值1.25。计算结果表明:该高切坡在工况①下Ks=0.850<1.25，处于不稳定状态，将产生滑动破坏，与实际情况吻合；在工况②下Ks=0.717<1.25,也处于不稳定状态。根据工程地质测绘和稳定性定性、定量评价结果表明，该高切坡在天然工况(工况①)和暴雨工况(工况②)下都会滑动破坏，因此，需对该高切坡进行相应加固处理。

5　治理措施

(1)应做好排水处理。整个边坡的排水根据现场实际情况采取防、堵、截、排措施有效拦截、汇聚地表水，通过排水系统排出坡体外，避免地表水对滑坡产生的不利影响。

(2)进行交通管制。限制高切坡后缘坡顶主干道上的重型车辆的来往，并对该边坡进行削坡，以减小坡体的荷载，防止边坡再次滑移。

(3)根据场地条件和坡体下滑力，宜采用以抗滑挡墙为主，截(排)水、格构加固和坡面绿化等为辅的加固措施。

6　结束语

(1) 高切坡的稳定性评价应遵循的原则：以工程地质分析为基础，综合内、外影响因素分析，对高切坡可能变形破坏机制进行准确的判断，对其稳定性进行工程地质定性分析，同时根据室内(外)试验、结合工程类比等手段，提出各种稳定性分析方法所需的参数，针对不同破坏模式，确定各种荷载组合，选用相应的稳定性分析计算方法进行定量分析；并根据变形破坏模式分析、稳定性定性及定量评价结果，综合评价高切坡稳定性，为高切坡的防护设计提供可靠的方案和参数[4]。

(2) 本边坡工程从开工至完工，历时6个月，施工过程中及施工后经历多次暴雨考验，监测结果证实边坡变形极小，表明采用“抗滑挡墙+格构加固+坡面绿化+排水治理”的方案是合理的。此种结构具有形式简单、取材容易、施工难度小、稳定坡体收效快、适用范围广等特点，加之挡墙能收缩坡脚以减少占地，从而增加了场地的使用面积，取得了良好的经济安全效果。

(3)在治理复杂高切坡时，应重视施工勘察和施工期间的变形监测工作，及时根据现场实际地质情况、变形监测的反馈信息，对原设计做校核、修改和补充，确保治理措施更加科学合理。

[1]罗群. 三峡库区移民城镇高切坡稳定性分析与治理设计[J]. 三峡大学学报，2007(6).

[2]中机工程勘察设计研究院.大渡河瀑布沟水电站汉源新县城移民迁建工程西区M-2复合安置1#B地块岩土工程勘察报告[R].成都：中机工程勘察设计研究院,2010.

[3]GB 50330-2013 建筑边坡工程技术规范[S].

[4]GB 50021-2001 岩土工程勘察规范[S].

付小雷(1983～),男,在读硕士研究生；宋文武(1965～),男,教授，硕士生导师。

P642.22

A

[定稿日期]2016-03-24