某边坡地质灾害隐患点治理工程勘查

2016-12-27何永胜

绿色科技 2016年20期

何永胜

摘要：指出了在勘查过程中，把某边坡划分6个坡段并分析其形态特征，重点分析已出现灾害坡段DE的灾害类型、特征及形成原因。运用剩余推力传递法（Push法）对个坡段进行稳定性分析，边坡整体处于欠稳定状态，暴露时间久，加上雨水冲刷，边坡将朝不稳定方向发展，建议采用“锚杆（索）+格构梁+削坡+截排水+绿化护坡”或“截排水+挡土墙+绿化”治理措施，以期对类似地质灾害防治工程有一定参考意义。

关键词：边坡稳定性；崩塌；走向；坡度；截排水；安全系数

中图分类号：P694

文献标识码：A 文章编号：1674-9944（2016）20-0072-05

1 工程概况

广州市从化区某边坡近年来出现多处崩塌、滑坡地质灾害，属不稳定边坡，地质灾害直接威胁坡脚建筑和居民的生命财产安全。当地政府对此非常重视，为减灾、防灾，保护人民生命财产安全，拟对该地质灾害隐患点进行治理工作。

该边坡总长度约350 m，整体呈北西—南东走向，最大坡高约47 m，系人工切坡形成。在修建坡脚的某粉体厂时曾在坡脚修筑了约3.0 m高的重力式浆砌石挡土墙，并在山坡坡腰和坡顶处各设置了一道长约160 m、深约40 cm、宽约25 cm的截排水沟。但由于截排水沟仅是在原山坡上就地挖土修筑，没有采取抹面或浇筑混凝土等措施，坡腰处的截排水沟被坡面上集中下来的雨水严重冲毁，并没有起到截排水作用，相反起到了汇水作用，使坡面冲刷严重。同时，原坡面没有采取护面措施，而是处于裸露状态，在雨水、高温等交替作用下，坡面的水土流失十分严重。

2 地质灾害类型及特征

该边坡的主要地质灾害类型为崩塌。自2006年以来曾经发生多处小型崩塌，崩塌总方量约100 m3。坡面植被不发育，雨水冲刷形成5处比较大的冲沟，水土流失严重，最大冲沟深度约5 m、长约4 m、宽约0.6 m。坡面时有崩塌发生、冲沟纵横分布，坡脚挡土墙顶部泥砂淤积严重。根据边坡的地形地质情况和已发地质灾害的情况，将需要治理的边坡分为6段，分别编号AB、BC、CD、DE、EF、FG。现场调查发现，勘查区已发地质灾害仅崩塌一种类型，共5处，均发生在坡段DE。各坡段的具体情况如下：

坡段AB：位于北西端，走向N71°W，长约21 m，高1～3 m，坡度45～60°，为坡脚建房时切坡形成。坡面植被弱发育，有水土流失的迹象。坡脚距离建筑仅0.5～1.0 m，目前未见因边坡失稳造成建构筑物破坏现象。

坡段BC：走向N66°E，长约28.7 m，高约8 m，坡度75～88°，为新近开挖切坡形成。坡面裸露，暂无崩塌现象发生。坡脚为空地，暂无建构筑物分布。

坡段CD：呈“∨”形，走向分布为N43°W和N66°E，长约48.3 m，高约8～14 m，坡度55～65°，为新近开挖切坡形成。坡面裸露，暂无崩塌现象发生。坡脚为空地，暂无建构筑物分布。

坡段DE：为此次边坡治理的主体部分，总体走向N47°W，长约175 m，坡度40～60°，坡高15～45 m。坡面冲沟发育，坡体支离破碎，目前发育有5处较大规模的崩塌。虽尚未造成人员及建筑物损失，但在暴雨的作用下极易发生更大规模的崩塌等地质灾害，严重威胁坡脚的厂房和建筑物；

坡段EF：走向接近正北方向，长约58.8 m，高约40 m，上陡下缓。上部坡度55～65°，坡面植被弱发育，高24～32 m；下部坡段25～38°，高10～26 m，植被发育。目前暂未有崩塌或滑坡等地质灾害现象发生。

坡段FG：总体走向N80°W，长约36.8 m，坡高1～16 m，上陡下缓。上部坡度55～70°，坡面植被弱发育，高1～16 m；下部坡段15～30°，高0～5 m，植被发育。目前暂未有崩塌或滑坡等地质灾害现象发生。

勘查边坡已发地质灾害类型为崩塌一种，主要有5处，其主要特征如下。

BT1位于坡段DE南东部，崩塌后形成一条平均深约0.4 m、宽约1.2 m、顺坡长约20 m的沟壑（图1）。根据沟壑揭露的地层情况，崩塌体成分主要为砂质粘性土，体积约9.6 m3，属小型土质崩塌。崩塌物已被雨水冲向下游，坡体体表面植被少。崩塌成因主要是坡度陡峭且坡面土质较松散，利于雨水入渗，强降雨触发失稳。目前处于欠稳定状态。

BT2位于坡段DE中部，发育于高程约为77.5 m的平台上，崩塌后形成一条倒“7”形的沟壑（图2）。平台上形成长约15 m、宽约0.5 m、深约1.0 m的裂缝，顺坡形成长约22 m、宽约0.6 m、平均深约1.2 m的沟壑。根据沟壑揭露的地层情况，崩塌体成分主要为砂质粘性土，体积约32.0 m3，属小型土质崩塌。崩塌物已被雨水冲向下游，坡体表面植被不发育。崩塌成因主要是：高程约为77.5 m的平台上有一条长约110 m、宽约0.4 m、深约0.3 m的土质截排水沟，在强降雨时该平台之上的雨水在短时间内大量汇聚于冲沟内，在水的冲力下，土质截排水沟不断被冲刷、侵蚀，先形成较小的渗流通道，之后不断的冲刷形成现在规模较大的冲沟。目前处于欠稳定状态。

BT3位于坡段DE中部，发育于高程约为77.5 m的平台上，崩塌后形成一条长约38 m、宽约0.5 m、深约0.3～2.5 m的沟壑（图3）。根据沟壑揭露的地层情况，推断崩塌体成分主要为砂质粘土，体积约50.0 m3，属小型土质崩塌。崩塌物已被雨水冲向下游，坡体体表面植被不发育。崩塌成因主要是：高程约为77.5 m的平台上有一条长约110 m、宽约0.4 m、深约0.3 m的土质截排水沟，在强降雨时该平台之上的雨水在短时间内大量汇聚于冲沟内，在水的冲力下，土质截排水沟不断被冲刷、侵蚀，先形成较小的渗流通道，之后不断的冲刷形成现在规模较大的冲沟。目前处于欠稳定状态。

BT4位于坡段DE中部，呈心形，起始点高程约为80.5 m，崩塌后缘宽0.3～3.0 m，长约59 m、深约0.3～2.0 m的沟壑（图4）。根据沟壑揭露的地层情况，推断崩塌体成分主要为砂质粘性土，体积约85.0 m3，属小型土质崩塌。崩塌物已被雨水冲向下游，坡体体表面植被不发育。崩塌成因主要是：高程约为80.5 m的平台上有一条宽约0.4 m、深约0.3 m的土质截排水沟，在强降雨时坡顶的雨水在短时间内大量汇聚于冲沟内，在水的冲力下，土质截排水沟不断被冲刷、侵蚀，先形成较小的渗流通道，之后不断的冲刷形成现在规模较大的崩塌。目前处于欠稳定状态。

BT5位于坡段DE中部，呈圆锥瓶形，起始点高程约为65.1 m，崩塌后缘宽0.3～1.0 m，长约13 m、深约0.3～1.5 m的沟壑（图5）。根据沟壑揭露的地层情况，推断崩塌体成分主要为砂质粘性土，体积约12.6 m3，属小型土质崩塌。崩塌物已被雨水冲向下游，坡体体表面植被不发育。崩塌成因主要是：在强降雨时坡顶的雨水在短时间内大量汇聚于高程约为65.1 m处的裂缝处，经雨水不断被冲刷、侵蚀，最后形成现在的崩塌。目前处于欠稳定状态。

3 影响边坡稳定性的影响因素

3.1 岩土体工程性质

残积砂质粘性土、强风化岩虽然具有强度较高、压缩性较小的特点，但同时具有孔隙率较大、粘性较差和遇水容易软化、崩解的特性，在旱季期间，边坡的稳定性通常较好，而雨季期间坡体长时间受水浸润导致重度增大、抗剪强度降低，容易造成土坡失稳。雨水入渗坡面土体后，在强风化～中风化岩界面处易产生积水，由于岩石中长石含量较高，风化强烈，地下水汇集地段造成结构面泥化程度较高，抗剪强度降低，力学性质变差，在动、静水压力等不利因素作用下，边坡易沿软弱结构面产生崩塌、滑坡。因此，坡体岩土层不良的水理性能、软弱结构面是土坡失稳的主要内因。

3.2 岩土体结构面条件

通过对边坡失稳的调查分析认为，岩土体中的残留结构面仍然是土质边坡局部失稳的主要影响因素之一。岩土体残留结构面是指强风化岩中仍然保留有次生的结构面（主要是节理裂隙面），这些结构面与周围岩土体的力学差异虽然远小于岩质边坡，但依然是边坡失稳的主要控制因素之一。虽然边坡的这些残留结构面在边坡开挖前是难以查明的，但客观上这些残余结构面将岩土体分割为不同的块体，岩土体在残余结构面上的不连续性是较明显的，因此边坡局部失稳通常是控制陡坡的稳定性和失稳规模，对陡坡影响相对较大，且通常是造互成土岩质组合边坡局部大规模失稳的因素。

3.3 气象条件

该区全年总雨量在1400～2200 mm之间，4～9月为雨季，总降雨量占全年的八成。月降雨量最大值为662.0 mm（1959年6月），日最大降雨量279.8 mm（2006年8月4日）。故本区可直接诱发边坡失稳的强降雨较多，故雨季连续暴雨将是土岩质组合边坡失稳的主要触发因素。

3.4 水文地质条件

低山丘陵地区地下水的动态变化较大，主要表现为旱季丘顶无水（埋深较大），潜水面位于坡脚附近，雨季潜水面则明显抬升。潜水面的抬升将明显改变边坡岩土体的应力状态。地下水位线下岩土体的孔隙水压力增加，从而降低其有效应力，而水位线上的岩土体则不受水的影响。随着有效应力的减小，也会致使岩土体本身的强度降低。此外，雨季期间降水入渗量增加，地下水径流随之增强，土中的细小颗粒流失量加大，从而降低岩土体抗剪强度，诱发边坡失稳滑动。

3.5 坡形及支护形式

边坡的坡形、截排水系统及支护措施的有效性对边坡的稳定性显然是决定边坡稳定性的重要因素。该边坡在主要地段设置了挡土墙，对边坡的稳定性起到了积极的作用。但坡体中设置的排水设施，并没有起到应有的作用，汇入坡体的雨水并不能及时排出，并且雨水顺流直接冲刷土质边坡，使坡体岩土层流失严重，坡体变松软，地表水易入渗。

4 边坡失稳的形成机制及失稳模式

勘查区强降雨时间较长，且坡面岩土层裸露，有利于雨水入渗，地下水位上升。由于该边坡的残积土层总厚度稍大，风化岩层极破碎且厚度较大，雨水入渗后使其产生软化、崩解，因此坡体将出现重度增大、抗剪强度降低现象，在坡高较大、坡度较陡地段便可能出现边坡失稳。强降雨期间地下水的动水压力和静水压力加大，同时地下水对结构面有润滑作用并一定程度上造成结构面软化，不利的水文地质条件可能触发边坡失稳。

预测该边坡主要的失稳形式是崩塌，且崩塌失稳易出现在潜在不利结构面或坡体岩土层松散的陡坡地段。滑坡出现的概率相对较小，可是在极端的强暴雨期间（或者强暴雨后期），边坡也可能以滑坡的形式失稳，预测滑坡型式以牵引式为主，且滑坡一旦出现，规模较大，后果严重。

5 边坡稳定性评价

5.1 工况及岩土参数

勘查边坡划分为6个坡段，下面将分别对6个坡段所潜在的失稳形式和稳定性进行分析，为了便于叙述，这里首先将稳定性计算中的计算工况和主要岩土参数作统一说明：评价时分别选取两种工况进行计算，工况1：自重+地下水；工况2：自重+暴雨+地下水。其中工况1实际上就是一般平水期的条件，工况2是连续暴雨的工况。计算过程中将地下水位以下的岩土体取浮重度来计算坡体自重，岩土体的强度取饱和抗剪强度，同时计算地下水的渗透压力；水位以上取天然重度，并取岩土体的天然抗剪强度。

根据本次勘查室内试验，结合现场调查，提供岩土体的力学参数，岩土体物理力学参数推荐值见表1。

5.2 稳定性分析方法

为了科学准确的评价边坡的稳定性，防止边坡地质灾害的再次发生，本节对勘查区坡体进行稳定性分析。对6个剖面进行滑动稳定性演算分析。本次计算采用[3]推荐的剩余推力传递法（Push法），在理正边坡稳定分析软件上实施。

该方法适用于滑面为任意形状的稳定性计算，它考虑了滑体自重、坡面荷载、动水压力、静水压力、滑动面处的浮托力、暴雨、地震和不同条块滑面段抗剪强度参数差异对滑坡稳定性的作用和影响，计算公式如下：

作用力符号规定：垂直作用力向下为正，向上为负；水平作用力向坡下为正，向坡上为负。

5.3 计算结果与评价

经理正边坡稳定性分析软件计算，边坡稳定性计算结果见表2。该边坡的6个剖面在工况一条件下的安全系数为1.474、1.358、1.320、1.021、1.143和1.095，边坡处于基本稳定状态；但在降雨条件下，安全系数分别降为1.339、1.201、1.118、0.966、1.094和1.023。

本边坡安全等级为一级，根据现行《建筑边坡工程技术规范》（GB50330-2002）第5.3条规定，边坡圆弧滑动安全系数应大于1.30。因此，边坡整体处于欠稳定状态，且对降雨较为敏感。若坡面长时间裸露，随着时间的推移，岩石风化加剧，加上雨水的不断侵蚀冲刷，边坡将朝不稳定方向发展，容易引发崩塌地质灾害。而坡腰处出现的长而深的裂缝以及坡面上遍布的冲沟是坡段发生崩塌的主要因素。因此在边坡防护措施中，应特别注意做好截排水工作，且治水措施应重点考虑快速排泄坡面及坡顶的雨水，减少坡体浸润范围，减轻雨水对边坡的影响。

6 地质灾害治理方案

根据地质环境条件和边坡的稳定状态，有关防治方案的建议如下。

（1）方案一：“挡墙+截排水”。

在坡脚修筑挡土墙，同时做好坡面的截排水工作。

（2）方案二：“削坡+截排水+绿化护坡”。

对坡体进行整体开挖、分级放坡，减小坡体坡度，然后在坡脚修建挡土墙（有挡土墙的坡段就不必再修），在边坡每一级马道、挡土墙顶部及墙脚布设素混凝土排水沟，同时设置若干纵向排水沟。支护治理后坡面进行植草绿化。

（3）方案三：“锚杆（索）+格构梁+削坡+截排水+绿化护坡”。

采用坡脚修建挡土墙（有挡土墙的坡段就不必再修），坡面表面清坡后进行锚杆格构梁支护，同时坡面采取截排水和绿化护坡治理方法。在挡土墙顶部及墙脚布设排水沟，马道上进行植树绿化。

（4）方案四：“截排水+挡土墙+绿化”。

采用坡脚修建挡土墙（有挡土墙的坡段就不必再修），在挡土墙顶部及墙脚布设排水沟。在挡土墙顶部和坡顶种植爬藤类植物进行坡面绿化。

上述治理方案可根据不同坡段的工程地质条件、潜在的失稳形式和边坡稳定性等因素综合选择。AB、BC坡段建议采用方案四； CD、DE、EF、FG坡段建议采用方案三。

7 结语