APP下载

某山区机场高填方滑坡变形特征分析

2019-09-06赖国泉

中国地质灾害与防治学报 2019年4期
关键词:填方坡脚坡体

马 翔,赖国泉

(1.四川省机场集团有限公司,四川 成都 610000; 2.中铁西北科学研究院有限公司,甘肃 兰州 730000)

0 引言

受地形条件限制,山区支线机场修建过程中出现了大量的贴坡高填方工程,部分高填方工程填筑高度甚至超过50 m以上。大量机场高填方工程在运营期产生了变形破坏,比如宜昌三峡机场灯光带滑坡[1]、云南丽江机场西侧跑道滑坡[2]、贵州六盘水机场滑坡[3]、四川九黄机场滑坡[4]等。可以预见,大量山区支线机场高填方工程在运营阶段存在极高的安全风险。

近年来,针对高填方边坡失稳频发,许多学者进行了此方面的研究。马闫等[5],朱才辉等[6],张硕等[7]针对黄土高填方边坡失稳与沉降变形问题进行了研究。谢春庆等[8]以西南某机场高填方边坡为例,分析边坡变形滑塌的机制,并针对性地提出灾害治理措施。姚仰平[9]针对高填方边坡建造过程中诸多问题,建立了全生命周期监测系统。

通过分析近年来针对高填方边坡相关的研究成果表明,大多针对高填方施工期产生的变形问题,而针对运营期高填方边坡相关研究较少。本文以西南地区某运营支线机场高填方滑坡抢险治理工程的应急监测工程为例,探讨了基于监测结果所采取的应急治理措施,成果可为此类高填方滑坡工程治理参考。

1 滑坡区工程地质条件

1.1 地形地貌

滑坡区属侵蚀、剥蚀的中山丘陵、山区峡谷地貌,见图1。地势由西北向东南倾斜,地形起伏,高差悬殊。地貌具有山高谷深、盆地交错分布的特点。受区域地质构造及机场建设等因素影响,地形起伏变化较大。机场建设前:整体上为一走向N-S向条形山脊。机场建设后东侧填筑形成高填方区,高达八级,最大高度66 m。

图1 滑坡全貌Fig.1 The appearance of this landslide

1.2 地层岩性及地质构造

滑坡区出露地层主要为第四系人工填土层。下伏侏罗系炭质泥岩、砂岩,缓倾互层状产出,岩层倾向与坡体倾向相近,倾角18°~21°。地层岩性特征见表1。

勘察区内为一向斜构造,轴向北北西向,向南南东倾覆,其轴部通过跑道中心点附近,滑坡所在区为向斜东北翼,地层产状106°~112°∠18°~21°。有一组产状为154°∠90°的张性节理和一组产状为69°∠90°的剪性节理。

1.3 气象、水文地质条件

该区域气候具有夏季长、温度日变化大、四季不分明、气候干燥、降雨集中、日照多、太阳辐射强、气候垂直差异显著以及高温、干旱等特点。根据机场气象台2007年至2017年观测数据(图2),年平均降雨量753.4 mm,年最大降雨量1 025.2 mm(2017年),年最小降雨量496 mm(2012年),由图3可知,该区降雨主要集中在5~10月,雨季中的降雨量平均占年降雨量的97.8%左右,降雨具有集中,点暴雨特征。10月下旬至次年5月为旱季。

表1 滑坡区地层特征表

勘察区内地下水为松散堆积层孔隙水及基岩裂隙水。勘察区内炭质泥岩为相对隔水层,一般不含水或含少量裂隙水。砂岩中含有一定量的裂隙水,无统一地下水位。由于区内为单斜构造,基岩裂隙水主要在场机场跑道西侧由砂岩段受大气降水补给。其径流、富水性受砂岩内裂隙的发育程度及连通性的控制,沿构造面向低地势区排泄。孔隙水主要赋存于填土层及残坡积层中,受大气降水的直接下渗补给,在坡体低地势临空面渗流排泄,坡体内孔隙水具有赋水性较好、孔隙连通性差、径流不畅的特征。

图2 年平均降雨量分布图Fig.2 The distribution map of average annual rainfall

图3 月平均降雨量分布图Fig.3 The distribution of monthly mean rainfall

2 宏观变形特征

2.1 坡体宏观变形产生与发展

图4 滑坡变形Fig.4 The deformation of this landslide

2016年10月下旬,在一次雨季刚结束不久的常规巡查中,发现该机场东南角填筑体P45~P57段(宽度240 m)巡场路内侧截水沟盖板与沟壁张开、土面区出现下错裂缝,并向南东方延伸过坡肩直至填筑体1级马道处。同时,坡脚5级马道处截水沟受压损毁,其南侧排水沟沟壁开裂、浆砌块石挡墙外倾并产生开裂变形,以上变形见图4。

2.2 变形发展趋势分析

裂缝是滑坡变形发展变化最直观的体现,通过对裂缝变形特征的研究,可以判断滑坡变形处于何种演化阶段。以下通过坡体后缘土面区张拉裂缝、左右侧剪切裂缝及坡脚鼓胀裂缝综合分析该段坡体变形性状。

现场调查表明,土面区有3条张拉下错裂缝,裂缝走向NE24°~33°,与巡场路走向基本一致,单条裂缝延伸最大长61.7 m,张开度最大约17 cm,裂缝深度在0.7 m以上,具明显的下错特征,最大下错量约15 cm。

坡体左侧,受坡体下错蠕动影响,形成一处形成“羽状”剪切裂缝,裂缝自巡场路延伸至一级马道平台处,走向SW21°~SE33°,延伸52 m,张开最大约11 cm,下错0.2~2 cm;坡体右侧,巡场路、坡面及放坡平台截水沟尚未形成连续的剪切裂缝,巡场路外侧坡肩发现一羽状剪切裂缝,一级马道平台、截水沟可见微裂缝发育。

坡脚剪出口,滑坡挤压鼓胀特征明显,剪出口在坡体南侧沿坡脚便道、截水沟沟底展布,至五级马道截水沟倾倒损毁处沿该平台向北延伸。其坡前受滑坡向坡脚蠕滑挤压影响,导致坡脚挡墙开裂,该滑坡沿坡脚的反翘剪出趋势,导致坡脚水泥便道发生鼓胀开裂,形成两条明显的鼓胀开裂裂缝,走向NE65°,延伸长17 m,张开最大约8 cm,鼓胀约0.5~2 cm,沿水泥路面及沟底伴有多处放射状裂缝的发育,其走向与滑坡主滑方向小角度相交;坡脚的鼓胀亦导致坡脚截水沟多处损毁及沟底鼓胀裂缝的发育。

王恭先等[10]认为一般滑坡的发育过程为,蠕动、挤压、滑动、剧滑、趋稳五个阶段,并根据滑动迹象判断其处于何种阶段。由坡体各部分裂缝的宏观描述可以看出,目前滑坡后缘裂缝已经基本贯通且有下错,左右侧界羽状裂缝发育,前缘剪出口也已出现挤压变形,综合判断滑坡中后部向前产生了少量移动,致使前段抗滑部分受挤压,此时除前部抗滑段,中后部滑带已基本形成。符合文献[10]提出的坡体处于挤压变形状态的特征,因此综合判断该滑坡处于挤压变形阶段。

3 滑坡变形特征分析

3.1 变形监测

为及时掌握该段高边坡地表变形速率、变形方向及发展趋势,采用全站仪对该段边坡进行地表位移监测。监测平面布置网采用网格型,共布设监测点15点,同时观测水平位移及沉降。监测平面布置示意图(图5)。具体各监测点布设信息及编号见表2。监测频率按1次/1天。

表2 监测点信息

图5 监测平面布置示意图Fig.5 Monitoring plan layout diagram

3.2 变形特征分析

(1)地表变形

根据现场变形范围分析,地表监测点在滑坡周界以外。图6、图7分别为土面区三个监测点自2016年11月5日至2017年1月14日监测周期内累计水平位移-时间曲线及累计沉降-时间曲线。由图6、图7分析可以看出,监测曲线基本处于震荡状态,累计水平位移及累计沉降均较小,说明周界以外土面区基本处于稳定状态。

图6 地表监测点累计水平位移—时间曲线Fig.6 The cumulative horizontal displacement-time curve by soil surface area

图7 地表监测点累计沉降—时间曲线Fig.7 The cumulative sedimentation-time curve by soil surface area

(2)各级马道变形

许强等[11-12]提出滑坡变形监测曲线演化具有如图8所示的三阶段特征。第一阶段为初始变形阶段,第二阶段为等速变形阶段,第三阶段为加速变形阶段。斜坡进入加速变形阶段是滑坡发生的基础,尤其是滑坡进入加速变形阶段的时间对于滑坡的预警预报具有重要意义。一旦滑坡进入临滑阶段,预示着斜坡演化已进入整体失稳破坏的临界状态,滑坡即将发生。

图8 斜坡变形三阶段示意图[11]Fig.8 Sketch of three phases of slope deformation[11]

图9~图12为巡场路边、一级、三级、五级马道监测点位移-时间曲线。通过累计位移-时间曲线可以看出,2016年11月5日至2016年12月16日左右,监测曲线基本呈一段斜直线,变形特点基本符合图8所示的等速变形阶段曲线特征。

图9 巡场路边监测点累计水平位移—时间曲线Fig.9 The cumulative horizontal displacement-time curve of tour field of the road

图10 一级马道监测点累计位移—时间曲线Fig.10 The cumulative horizontal displacement-time curve of berm in level one

图11 三级马道监测点累计位移—时间曲线Fig.11 The cumulative horizontal displacement-time curve of berm in level tree

从坡体宏观变形分析,本监测开始时,坡体后缘已经发育有多条拉张裂缝,坡脚也有明细挤压变形,因此通过地表宏观变形判断该滑坡监测自开始之日起,已经处于等速变形状态,监测工作错过了初始变形阶段的监测。

图12 五级马道监测点累计位移—时间曲线Fig.12 The cumulative horizontal displacement-time curve of berm in level five

由以上从监测曲线及宏观变形两方面综合判断,该滑坡自变形监测开始,变形演化具有两阶段特征即等速变形阶段及加速变形阶段。

当滑坡演化进入临滑阶段后,累积变形量、变形速率以及加速度均会急剧增长。2016年12月16~20日后,累计位移-时间曲线形态出现了明显的变化,短时间内呈弯曲上扬形态,坡体变形进入了加速变形阶段。表3给出了围场路边、一级马道各监测点两阶段累积变形量、变形速率以及加速度。由表3可知, 2016年11月5日~2016年12月16日等速变形阶段,水平位移变形速率在2.9~6.25 mm/d,沉降变形速率在-3.74~-7.91 mm/d。水平位移加速度在0.05~0.12 mm/d2,沉降加速度在-0.07~-0.15 mm/d2。2016年12月16~20日~2016年12月30日加速变形阶段,水平位移变形速率在14.74~39.38 mm/d,沉降变形速率在-23.56~-67 mm/d。水平位移加速度在1.41~3.86 mm/d2,沉降加速度在-1.69~-7.46 mm/d2。两阶段比较,无论是变形速率还是加速度,坡体进入加速变形阶段后成倍增加。

表3 巡场路边、一级马道各监测点监测成果统计

注:括号内数字表示相对应沉降结果统计值。

2016年12月26日后,根据图9-图12监测曲线形态及变形速率、加速度变化综合判断,坡体进入了加速变形阶段的加加速阶段,坡体随时有整体垮塌的可能性。此种情况下,只有采用临时应急治理措施,才能保障机场的正常运营。2016年12月30日,在各方的努力下,迅速实施了滑坡体后部刷方减载,坡脚堆载反压的应急治理措施。应急治理措施实施后,坡体变形速率迅速减小,由图9~图12监测曲线可以看出,实施应急治理措施后,监测曲线趋于水平,坡体暂时处于缓慢蠕动变形阶段,为后续永久治理该滑坡争取了宝贵时间。

4 应急治理工程

该滑坡应急监测开始后,同时实施了该滑坡的工程地质勘察及治理方案设计。经现场勘察及物探表明,坡体含水丰富。坡体中后部富水是引起该滑坡变形主要原因之一。对于该滑坡拟采用支挡工程结合疏排排地下水的方案进行。具体治理方案为:在坡体中下部实施锚索抗滑桩工程,坡体中后部实施集水井排水,治理工程断面见图13。

图13 治理工程断面Fig.13 Engineering layout section drawing

该滑坡治理工程于2016年12月1后开始实施,具体为跳桩开挖第一批抗滑桩。自抗滑桩开挖后,随着开挖深度的增加,滑坡变形呈加剧态势,特别是2016年12月26日后,坡体变形进入了加速阶段,坡体进入临界状态,已无法进行抗滑桩挖桩作业。在及时实施了应急治理措施后,坡体变形迅速呈现放缓趋势,为抗滑桩开挖作业争取了时间。

本次应急治理工程只在坡体后部刷方2.5×104m3左右,约占滑坡总体积的1/20,在坡脚反压回填1×104m3左右。但应急处理效果非常明显,为永久治理工程治理争取了时间,事实证明,采取后部刷方减载,坡脚堆载反压在滑坡应急抢险阶段是完全正确的。

5 结论

通过对西南地区某山区支线机场高填方滑坡变形监测及地表宏观变形综合分析,可以得出以下几方面的认识:

(1)通过对滑坡各特征部位裂缝变形性状的综合分析得出坡体处于挤压变形阶段。

(2)通过地表变形监测曲线分析,由于错过了初始变形阶段的监测,该滑坡变形一开始就处于等速变形阶段。该滑坡在抗滑桩开挖过程中,变形明显加剧,坡体变形进入加速阶段后,变形速率及变形加速度较等速变形阶段成倍增加。

(3)在变形进入临界状态前,及时实施了坡体后部刷方减载,坡脚堆载反压的应急治理措施。应急治理措施实施后,坡体变形速率迅速减小,为永久治理工程的实施争取了时间。

猜你喜欢

填方坡脚坡体
软弱结构面位置对岩质顺倾边坡稳定性的影响
单一挡土墙支护边坡安全性的数值模拟研究
采动-裂隙水耦合下含深大裂隙岩溶山体失稳破坏机理
N元素在陕北矿区采煤沉陷坡面土壤中的空间异质性研究
开挖方式对缓倾红层边坡稳定性的影响
除夕夜忆花屋塆
强降雨作用下滑坡稳定性分析
考虑颗粒破碎特性的机场高填方变形与稳定性分析
乌弄龙水电站库区拉金神谷坡体变形成因机制分析
白鹤滩水电站超高填方移民安置项目主体完工