安徽省枞阳县高峰村同咀崩塌稳定性分析与评价

王博，陈国栋，赵晓玲

(1.安徽省地质环境监测总站，安徽 合肥 230001；2.山东省地质科学研究院，山东 济南 250013)

0 引言

崩塌地质灾害点位于枞阳县雨坛乡高峰村同咀村民组，枞阳县城经大岗窑至雨坛公路(Y017)东侧山体的西边坡(图1)。

Y017乡道东侧山体的西坡为一人工边坡，切坡长约230m，高5～20m，坡度较陡，局部近于直立。2017年7月2日，该边坡出现了2处崩塌，崩塌段坡体伴随出现裂缝和少量孤石滚落。其中Ⅰ号崩塌体体积约3000m3，其后缘裂缝呈圈椅状，裂缝长66m，最大宽度约0.5m，最大可见深度约1.0m，裂缝所围成的变形体面积约620m2。

Ⅱ崩塌体体积约550m3，其后缘裂缝亦呈圈椅状，裂缝长18m，最大宽度约0.3m，最大可见深度约0.3m，裂缝所围成的变形体面积约50m2(图2)。2处变形体后缘裂缝总体走向分别为10°和22°，大致与边坡走向平行。形成裂缝的变形体，在遇强降雨或其他条件改变的情况下，有再次发生较大规模崩塌的可能，直接威胁坡下4户民房16位居民生命安全，威胁财产约120万元，危害险情等级为小型。该边坡安全等级为三级，边坡地质环境复杂程度为简单类型。

1 地质背景

1.1 地形地貌

工作区位于大山西坡，微地貌有高丘和谷地，总体地势是东高西低。东侧为高丘，最高点黄海高程为161.8m，丘体总体走向为NE 23°，丘顶呈圆顶，山坡较平缓，坡度一般17～32，上部多覆以第四纪残坡积物，厚度小于1m；西侧为谷地，谷底黄海高程在25～30m(图3)。

1—第四系残坡积层；2—煌斑岩脉；3—花岗岩；4—钻孔及编号；5—岩土体类型界线；6—断层；7—裂缝；8—崩塌体及编号；9—剖面线及编号；10—产状图3 崩塌地质灾害工程布置图

1.2 地层岩性

工作区除第四系残坡积、坡积层覆盖外，所见均为岩浆岩出露。工作区内出露的岩体主要为大缸窑岩体及毛王庙岩体的一小部分，其中毛王庙岩体为超浅层侵入体，为深肉红色细粒钾长花岗岩，大缸窑岩体为浅肉红色中—粗粒钾长花岗岩。钾长花岗岩呈粒状、似斑状结构，块状构造。此外，见一条煌斑岩脉近SN向穿插于粗粒钾长花岗岩和细粒钾长花岗岩之中。第四系残坡积、坡积层分布于山坡地表和谷地，厚0.5～2.0m。灰黄、褐黄色，由粉质粘土夹碎石、粉质粘土等组成[注]安徽省地勘局区域地质调查队，区域地质调查报告(1∶5万)义津桥幅、枞阳县幅、汤沟镇幅，1985年。。

1.3 地质构造

工作区所处构造位置为庐枞火山岩盆地。工作区中部分布一条断层F，图幅内长度约180m，走向为NNE 15°左右，其西侧见煌斑岩脉充填。

1.4 水文地质条件

1.4.1 地下水类型及含水岩组

根据工作区的地层岩性、含水层分布、地下水赋存特征、富水情况等，可将地下水划分为2种类型。

(1)松散岩类孔隙水。工作区坡体浅表的残坡层和谷地的坡积层，厚度薄，含水性差，但透水性好，为大气降雨垂直入渗补给基岩裂隙水的良好通道。

(2)基岩裂隙水。分布于整个工作区，赋存在钾长花岗岩的构造裂隙和风化裂隙中，水量较贫乏。据区域水文地质资料，泉流量小于1.0L/s，钻孔涌水量10～100m3/d，地下水径流模数0.3～1L/Skm2，水化学类型为HCO3-Ca·Na、HCO3-Ca型，矿化度0.11g/L。地下水动态随季节的变化而变化，该次调查民井水位埋深1.5m，Z1孔稳定水位埋深2.1m[注]安徽省地矿局第二水文地质工程地质勘查院，安徽省1∶50万环境地质调查报告，2000年。。

1.4.2 地下水的补给、径流、排泄条件

工作区地下水的补给来源为大气降水。地下水的径流受地形条件控制，从高处向低处径流，其水力坡度与所处地形坡度和坡向基本一致。经短暂径流后，地下水在低洼处或当地侵蚀基准面附近以溢流或泉的形式排泄、补给地表水体，蒸发、植物吸收也是该区地下水的排泄方式[注]安徽省地质环境监测总站，安徽省枞阳县1∶10万地质灾害调查与区划报告，2002年。。

1.5 工程地质特征

1.5.1 岩体

(1)坚硬的块状侵入岩岩组由燕山期细粒钾长花岗岩、中—粗粒钾长花岗岩和煌斑岩等组成。

(2)全风化层：山坡中下部和坡脚地带的浅表岩石风化强烈，表层为全风化，结构疏松，呈砂土状，Z2，Z3孔全风化层揭露厚度0.2～0.5m，Z1孔全风化层揭露厚度5.0m，边坡全风化层揭露厚度1.0～1.5m。

(3)强风化层：全风化层下部为强风化钾长花岗岩层，Z2，Z3孔强风化层未揭穿，Z1孔强风化层未揭露，从边坡强风化层揭露看，该强风化层厚度大于5.0m，结构较完整，裂隙较发育，一般呈闭合—微张状[注]安徽省地质矿产勘查局321地质队，铜陵市枞阳县雨坛乡高峰村同咀村民组崩塌地质灾害勘查报告，2017年。。据区域工程地质资料，新鲜岩石单轴饱和抗压强度110～220MPa，抗剪强度约为72MPa，内摩擦角85°左右，软化系数大于0.75，风化后岩石力学性能显著下降[注]安徽省地质矿产勘查局326地质队，安徽省枞阳县1∶5万地质灾害调查报告，2015年。。

1.5.2 残坡积与坡积

工作区坡体表层分布有残坡积粉质粘土夹碎石，谷地表层为坡积粉质粘土和粘土。

残坡积碎石土：分布于山体浅表段，其成分为粉质粘土混碎石，松散，碎石以风化花岗岩为主，呈块状，棱角状，含量一般在5%～20%。该层厚度在0.30～1.20m。

坡积粘性土：分布于谷地，其成分为粉质粘土、粘土，稍湿，可塑—硬塑，具中低压缩性，压缩系数0.05～0.25MPa-1，承载力特征值250kPa。

2 不稳定边坡特征

2.1 边坡形态特征

不稳定边坡位于大山(青山)西坡坡麓，为一人工切坡，平面上呈“Ω”形分布，中间凹，两侧凸。切坡长约230m，从坡脚向山坡开挖的平面投影宽度为3～65m，切坡高度为5～20m，坡中部比两端高，形成的开采面呈近直立状，坡度60°～80°，坡向约270°。

2.2 边坡结构特征

2.2.1 边坡物质组成

组成坡体物质自上而下有：①第四系残坡积粉质粘土夹碎石，灰黄、褐黄色，松散，稍湿，可塑，厚度小于0.5m；②全风化钾长花岗岩，灰黄色，松散，呈砂状，原岩结构基本破坏，但尚可辨认，干钻可钻进，厚度0.5～1.5m；③强风化钾长花岗岩，灰黄、灰白色，细粒、中—粗粒结构，块状构造，原岩结构大部分破坏，矿物成分显著变化，具高岭土化、钾长石化，风化裂隙较发育，钻孔未揭穿，从边坡揭露情况看，厚度5～18m。

2.2.2 边坡裂隙发育特征

经裂隙测量，Ⅰ号崩塌体所在边坡裂隙主要有：①325°∠83°，间距23～34cm；②252°∠63°，间距10～36cm；③331°∠71°，间距10～14cm；④60°∠60°，该组裂隙与331°∠71°组裂隙成为“X”型共轭剪节理。Ⅱ号崩塌体所在边坡裂隙主要有：①76°∠80°，间距80～100cm；②120°∠41°，间距10～50cm；③305°∠41°，间距7～12cm；④225°∠47°，间距14～24cm；⑤285°，近直立，该组裂隙与坡面大致平行。

2.2.3 边坡岩体结构类型

从边坡出露的岩体看，组成边坡的岩石主要是强风化的钾长花岗岩，属较软—较硬岩，岩体完整程度为较完整，裂隙面倾角较陡，结合程度为一般。经综合分析判断，该岩质边坡岩体类型属Ⅲ类[1]。

2.2.4 崩塌堆积体特征

两处崩落体均呈“扇形”堆积于坡脚处，其物质组成主要有全风化钾长花岗岩和强风化钾长花岗岩，堆积物大小混杂，分选性较差，另外，Ⅰ号崩落体中见少量未风化的钾长花岗岩滚石，球度较好，直径30cm左右。其中Ⅰ号崩落体底边长约55m，斜面长29m，坡度40°，方量约3000m3；Ⅱ号崩落体底边长约20m，斜面长6.8m，坡度37°，方量约550m3。

3 坡体裂缝特征

两处崩塌所在的坡体均出现了开裂，为卸荷裂隙。其中Ⅰ号崩塌坡体见4条走向各不相同，长度、宽度和深度亦各不相等的裂缝，其中后缘裂缝大致呈圈椅状分布，裂缝长66m，最大宽度约0.5m，最大可见深度约1.0m，主裂缝段任意高程约55m，走向10°；Ⅱ号崩塌坡体见5条走向各不相同，长度、宽度和深度亦各不相等的裂缝，其中后缘裂缝大致呈圈椅状分布，裂缝长18m，最大宽度约0.3m，最大可见深度约0.3m，主裂缝段任意高程约37m，走向22°。

4 崩塌形成的影响因素及形成机制

人工切坡为崩塌的发生提供了基础条件，切坡形成高陡的开采面，造成较大范围的岩体临空，打破坡体原有的应力平衡状态，导致边坡应力重新分布，使部分岩体卸荷回弹，坡体的应力释放产生新的卸荷裂隙，并致使原有节理裂隙宽度增大，从而形成危岩体[2]。边坡地层岩性主要为全风化和强风化钾长花岗岩，岩体风化较强。岩石强度呈较软弱—较坚硬状，其抗压、抗剪强度较低。强风化钾长花岗岩中发育多组裂隙，呈“X”型交错，局部密集发育。该区降雨频繁，降雨量大。雨水下渗，一方面增加了岩体自重，加大了静水压力；另一方面，溶解软化了裂隙充填物，促进裂隙进一步发育贯通。综上所述，崩塌的形成是地形地貌、地层岩性、地质构造、水文地质条件、人类工程活动等多种因素综合作用的结果，根据边坡类型及坡体裂缝特征，结合岩土体条件综合判断，该处边坡的失稳模式为滑移式崩塌。

5 崩塌稳定性分析与评价

5.1 崩塌变形位移监测

在2处崩塌变形体布置了8个水平位移监测点，其中Ⅰ号6个，Ⅱ号2个。2017年7月11日—2017年8月29日共进行了8期位移监测，根据天气状况及监测数据的稳定情况，1～4期按约3天一周期频率监测，4～6期按约7天一周期频率监测，6～8期按约15天一周期频率监测[3]。在8期的监测中，当期位移量普遍处于0～10mm区间，当期最大位移量为33mm；累计位移量处于5～42mm区间，考虑到监测区域地处密林间，各种因素特别是天气原因对监测结果的影响较大，监测点偶尔出现20～30mm范围的位移应该是监测误差，可以认为监测区域基本稳定。

5.2 崩塌稳定性定性分析

根据调查的各结构面产状及边坡坡向，分别作Ⅰ号崩塌和Ⅱ号崩塌危岩体的赤平投影图(图4、图5)，从图中可知，有一部分裂隙面的交棱线倾向坡外，为外倾不利结构面，边坡结构为不稳定结构，破坏模式以滑移式破坏为主。此外，岩体被多组裂隙切割形成楔体，也降低了岩体的稳定性[4]。

图4 Ⅰ号崩塌边坡结构面极射赤平投影图

图5 Ⅱ号崩塌边坡结构面极射赤平投影图

该边坡7月2日在遭强降雨情况下，有2处已经出现小规模的崩塌地质灾害。根据相似性原则和工程地质类比，在重力、风化和强降雨等综合因素影响下，易再次发生崩塌。因此，整个边坡目前是处于欠稳定—基本稳定状态，稳定性较差，发展趋势不稳定，建议尽快对该边坡进行综合治理。

5.3 崩塌稳定性计算与评价

5.3.1 稳定性计算方法

根据前述不稳定边坡的形成因素、破坏模式分析，采用滑移式崩塌破坏模型进行稳定性计算[5-7]。根据《建筑边坡工程技术规范(GB50330-2013)》附录A的有关规定，采用平面滑动面的极限平衡法进行稳定性计算(图6)。计算公式如下：

R=[(G+Gb)cosθ-Qsinθ-Vsinθ-U]tanφ+cL

T=(G+Gb)sinθ+Qcosθ+Vcosθ

1—第四系；2—花岗岩；3—煌斑岩脉；4—强风化；5—全风化图6a 枞阳县高峰村同咀边坡稳定性计算坡面1～1′

1—第四系；2—花岗岩；3—煌斑岩脉；4—强风化；5—全风化图6b 枞阳县高峰村同咀边坡稳定性计算坡面2～2′

1—第四系；2—花岗岩；3—煌斑岩脉；4—强风化；5—全风化图6c 枞阳县高峰村同咀边坡稳定性计算坡面3～3′

式中：T—滑体单位宽带重力及其他外力引起的下滑力(kN/m)；R—滑体单位宽带重力及其他外力引起的抗滑力(kN/m)；c—滑面的黏聚力(kPa)；φ—滑面的内摩擦角(°)；L—滑面的长度(m)；G—滑体单位宽带的自重(kN/m)；Gb—滑体单位宽带竖向附加荷载(kN/m)；θ—滑面倾角(°)；U—滑体单位宽带总水压力(kN/m)；V—后裂隙面上的单位宽带总水压力(kN/m)；Q—滑体单位宽带的水平荷载(kN/m)；h—后缘陡倾裂隙深度(m)；hw—后缘陡倾裂隙充水高度(m)，根据裂隙情况及汇水条件确定。

5.3.2 计算参数的确定

(1)荷载类型的确定

该区不考虑地震应力的影响，因此，作用力类型选用岩体自重、孔隙水压力。岩体自重为岩体体积与容重的乘积。孔隙水压力只考虑静水压力(hw)的作用。在天然状态下，不考虑孔隙水水位；在暴雨状态下取值为1/4～1/2的孔隙水高度。

(2)计算工况的确定

根据该区地质环境条件及边坡变形引发的主次要因素，选用天然状态、暴雨期2种工况进行计算。天然状态的荷载组合为自重。暴雨期的荷载组合为自重+暴雨期静水压力

5.3.3 计算指标的确定

该次研究未进行岩石物理力学指标试验，根据该地区经验值及其他工区的测试成果，选用相关计算指标(表1)，形体指标根据实测剖面量取。

表1 稳定性计算主要参数

5.3.4 允许安全系数的确定

当得到的安全系数大于允许安全系数时，边坡为稳定的，小于允许安全系数时为不稳定的，当不满足允许安全系数时，应通过工程处理使其提高。一般应根据下列因素确定：①地质灾害体的危害等级；②参数取值对安全储备的考虑；③工程模型概化合理与否，计算方法误差等；④工程服务年限。

现行《岩土工程勘察规范(GB50021-2001)》(2009版)对于允许安全系数的取值规定为：新设计的边坡、一般工程宜取1.15～1.30；《建筑边坡工程技术规范》(GB50330-2013)规定为：三级边坡取1.05(地震工况)和1.25(一般工况)。

综合考虑上述各类规范的规定及各类因素，该工程边坡的允许安全系数选定为不小于1.20。

5.4 计算结果及评价

根据边坡实际情况，分别选取了1～1'，2～2'，3～3'号3个断面为计算模型，并确定了各断面的最危险滑动面，计算结果见表2。

表2 稳定性计算主要参数

计算结果表明，Ⅰ号崩塌体和Ⅱ号崩塌体所在边坡，在天然工况1(自重)下处于基本稳定状态，在暴雨工况2(自重+暴雨)下处于欠稳定状态，有发生崩塌失稳破坏的可能性，须对其进行治理。其余边坡段处于稳定状态。

5.5 防治方案建议

根据边坡地质条件，建议防治方案如下[8-10]：对处于欠稳定—基本稳定状态或稳定性较差的坡面，采用锚杆+格构植草(或喷砼)方案进行工程治理。对处于稳定状态的坡面，采用植草或喷砼进行治理；③对边坡后方零星出露的滚石、块石，采用清理和在边坡下方修建拦石墙或开挖截石沟进行治理。布置坡顶、坡脚的截排水设施。削坡修整，并清理坡面的废碴，进行坡面、采坑复绿。

崩塌是由人工切坡，钾长花岗岩强烈风化，构造裂隙、风化裂隙和卸荷裂隙发育，强降雨等多种因素作用下形成的，其形成机制为滑移式崩塌。Ⅰ号崩塌体和Ⅱ号崩塌体所在边坡，在天然工况1(自重)下处于基本稳定状态，在暴雨工况2(自重+暴雨)下处于欠稳定状态，有发生崩塌失稳破坏的可能性。总体来看，该边坡崩塌危险性较大。