贵州某电厂高边坡稳定性分析

2020-07-20赖云清

四川建筑 2020年2期

关键词：岩质挖方填方

赖云清,刘滨

(四川省电力设计院，四川成都 610000))

1 工程概况

该电厂所在地属中低山峰丛溶丘洼地地貌，由低缓的溶丘和浅洼地相间，溶丘宽大而洼地浅小，场地由多个丘岗缓坡组成，地势平缓开阔，边坡较缓。场地地层分布如下：

①人工填土(Q4ml)：灰色，稍湿，松散～稍密，为边坡开挖土石随意堆放而成，主要成分灰岩，不均匀，近期堆积而成，厚度0.5～3.60 m。

②红黏土：褐黄色，湿～稍湿，可塑～硬塑，局部洼地或溶蚀沟槽中呈软塑状，具有一定的胀缩性，厚度0.50～6.10 m，混少量碎石。

③-1灰岩：灰色，细晶结构，中厚层状，上部溶蚀沟槽及节理、裂隙较发育，局部夹薄层泥质灰岩，岩体较破碎，场地范围内岩层产状225°～250°∠6°～15°。基岩面起伏较大，该层多为中等风化。

③-2泥灰岩：灰白色、浅灰色，隐晶结构，薄层状，斜层理构造。此层厚度变化较大，多呈夹层状分布，层中裂隙较发育，裂面见方解石膜。泥质含量高的岩石具失水干裂、遇水崩解的特性。泥灰岩表层多为强风化，厚度一般0.50～1.0 m。

2 边坡稳定性分析

2.1 边坡分类与分布

电厂外围的挖方边坡主要分布在厂区北侧，填方边坡主要存在南侧、西侧和东侧。按成因、岩性、坡高、坡度等分类依据，场地主要边坡的分类见表1。

2.2 岩质边坡稳定性计算剖面选取

2.2.1 岩质边坡裂隙玫瑰花图及等密度图。

根据现场实际测量的95组裂隙绘制倾向玫瑰花图和等密度图(图1、图2)。

岩层层面极可能是边坡失稳时的受剪破裂面，岩层层面是控制边坡稳定的主要外倾结构面。厂区范围内岩层产状225 °～235 °∠9 °～15 °，区域内岩层中主要发育有三组构造裂隙：(1)120 °～130 °∠72 °～80 °张性裂隙 2-3条/m；(2)45 °～55 °∠77 °～86 °张性裂隙 2-3条/m；(3)165 °～175 °∠20 °～30 °剪性裂隙 3-4条/m。岩体完整程度定性划分为较破碎(Ⅳ类岩体)。

表1 场地边坡分类及分布

图1 倾向玫瑰

图2 等密度

2.2.2 岩质边坡赤平投影分析

根据岩层产状与坡向的关系，结合剖面图对岩石挖方边坡进行初步的分析后，选取具有代表性的北侧挖方边坡作为标准剖面进行赤平投影稳定性分析(图3)。

图3 赤平投影

根据赤平投影，坡向C、L1、L2和L3结构面组合交割线倾向与坡向的夹角为30～ 64 °。岩质边坡可能发生小型楔形体滑移破坏，或发生整体平面滑动破坏。该剖面位置边坡稳定类型为可能滑动，L3极可能是边坡失稳时的受剪破裂面(图4)。岩质边坡稳定计算剖面选取2-2`、4-4`、8-8`剖面位置挖方边坡进行定量计算。

图4 L3结构面实

L3结构面结合情况为分离，起伏面平直光滑，张开度约小于3 mm，由岩屑夹泥充填。判定结构面结合差。结构面抗剪强度指标取值根据GB 50330-2013《建筑边坡工程技术规范》中表4.3.1，结构面的结合程度按较差取较低值：c=60 kPa，φ=22 °，重力密度以灰岩取值：r=26.0 kN/m3，浸水时抗剪强度取低值：c=50 kPa，φ=18 °，重力密度以灰岩取值：r=26.5 kN/m3，并假定边坡沿较为不利的L3裂隙面受剪破坏。

2.3 土质边坡稳定性计算剖面选取

西侧、南侧及东侧边坡地段大部分为溶蚀洼地，场平后形成高达5.0～30.6 m的填方边坡，最有可能的破坏方式为场地上部的填土受剪破坏。从地形坡度、坡向及临空面上分析，沿11-11′、13-13、15-15′剖面的高填方土质边坡，为最容易失稳的边坡，需要试算其满足稳定安全系数要求的放坡值。

2.4 计算工况

根据场区内实际情况，以及工程建设特点，本次稳定性评价过程中考虑以下两种工况：

工况1：天然状态，该工况考虑的荷载主要有岩土体自重的坡体稳定性；

工况2：天然+暴雨，该工况除考虑岩土体自重外还包括因降雨引起的岩土体强度降低，岩土体自重增加后的坡体稳定性。

2.5 边坡边界计算条件

边坡的边界条件以总平面布置图示中的边坡位置、放坡界限及场平标高等确定边坡的分级和放坡比等。各层岩土取值如表2。

岩质边坡按直接开挖，暂不考虑任何支护措施。厂区岩石裂隙发育，岩石较破碎，结构面的结合程度按差取较低值。

填土按人工回填碎石土，碎石土按5∶5的土石比强夯或分层碾压回填。参考同类工程经验，假定碎石土物理力学指标，计算时按不设支挡考虑。

场平后场地汇水条件有限且场地北侧已考虑了截洪沟，计算时不考虑地下水渗流力作用。场地地震烈度为Ⅵ度，分析中不考虑地震对稳定系数的影响，边坡顶部不考虑任何外加荷载作用。

受试验条件所限，试验所得参数不能直接作为稳定性评价的计算参数，根据试验结果结合现场调查及GB 50330-2013《建筑边坡工程技术规范》综合得出本次稳定性计算的参数。

2.6 计算方法

2.6.1 岩质边坡计算方法

根据边坡岩体裂隙发育状况、性质、充填程度，预测挖方边坡的破坏模式为小型楔形体滑移破坏或沿裂隙L3发生平面滑动破坏，采用GEO5计算软件计算天然状态(工况一)和暴雨状态(工况二)下岩质边坡的稳定性。

岩石挖方边坡的稳定性计算，采用平面滑动法时，按下式进行计算：

表2 岩土体物理力学参数

2.6.2 土质边坡计算方法

根据填方边坡的填土材质，采用圆弧滑动法计算天然状态(工况一)和暴雨状态(工况二)下土质边坡的稳定性。采用GEO5计算软件自动搜索最危险的滑面，边坡稳定性系数可按下式计算：

Ri=Nitgi+ciLi

Ni=(Gi+Gbi)cosθi+Pwisin(αi-θi)

Ti=(Gi+Gbi)sinθi+Pwicos(αi-θi)

2.7 边坡稳定性定量评价

2.7.1 岩质边坡稳定性定量评价计算模型

通过对地形条件和地层条件的分析，根据岩层产状与坡向的关系，结合剖面图对岩石挖方边坡进行初步的分析后，选取最危险的2-2`、4-8`和8-8`剖面作为标准剖面进行岩质边坡的稳定性计算。

在搜集各边坡地段的岩土分布结构及物理力学参数的基础上，综合考虑影响边坡稳定的各种因素，对场地中边坡进行了如下定量分析和假定。北侧挖方边坡高10～45 m，假定挖方边坡按照每级7 m，马道宽2 m分级放坡。

根据GEO5软件分析楔形体滑移分析，裂隙面L1与L3、裂隙面L3与L2可能修成的楔形体悬挑；基岩层面C与L1发生楔形体滑移破坏的稳定性系数为2.5；基岩层面C与L3发生楔形体滑移破坏的稳定性系数为2.85；裂隙面L2与层面C和裂隙面L1均不形成楔形体。基岩在自然条件下不存在于厂区北侧坡体上发生楔形体滑移破坏的条件(图5、图6)。

图5 楔形体滑移破坏计算

图6 沿L3整体滑移计算

2.7.2 土质边坡稳定性定量评价计算模型

通过对地形条件的分析，填方边坡地段选取具有代表性的11-11`、13-13`和15-15`剖面作为标准剖面进行岩质边坡的稳定性计算。在搜集各边坡地段的岩土分布结构及物理力学参数的基础上，综合考虑影响边坡稳定的各种因素，对场地中边坡进行了如下定量分析和假定。西侧、南侧及东侧挖方边坡高5.0～24.5 m，假定挖方边坡按照每级7 m，马道宽2 m分级放坡。结合地层分布及现场实际情况，采用不平衡推力法(隐式)法对边坡稳定性进行验算，计算模型见图7。

图7 土质边坡圆弧形滑移计算

2.8 极限应力平衡计算

计算过程中，岩石边坡根据边坡地段的地形、坡向、岩层产状选择具有代表性的可能失稳的剖面，并且按岩石结构面结合差取值。土质边坡以假定的填土参数，采用圆弧法进行计算。计算结果如表3。

综合以上岩质边坡、土质边坡的稳定性计算，从计算结果中可以看出：采用直线滑动法计算，岩质边坡在天然状态下稳定性系数为1.22～2.07，处于稳定状态，在暴雨饱和状态下稳定性系数为1.00～1.68，岩质边坡建议放坡比采用1∶1.0。土质边坡采用圆弧法计算，在天然状态下稳定性系数为1.18～1.78，处于稳定状态，在暴雨饱和状态下稳定性系数为0.83～1.29，土质边坡建议放坡比采用1∶2.5。