安徽泾县桃花潭村凤形庄组崩塌成因机制分析及稳定性评价

彭喜明,刘邦本,汪 涛,陈 爽

(1.泾县地质环境监测中心,安徽 宣城 242500;2.泾县自然资源和规划局,安徽 宣城 242500;3.安徽泾县恒信矿业有限责任公司,安徽 宣城 242500)

1 工程概况

崩塌区位于安徽省泾县桃花潭村凤形庄组凤形宾馆后,崩塌区域长度约 54.5 m,坡高 3.3～5.8 m,坡度约 70°～80°,坡向 305°,节理裂隙发育,主要有 305°∠80°、295°∠73°和272°∠74°三组。坡面多次发生岩石沿裂隙崩塌,坡顶上部水泥地坪因崩塌已局部悬空,现坡面整体凹凸不平,局部存在突出危岩体,坡面岩石裂隙发育,破碎情况较严重。结合现场调查,临空危岩在暴雨及其它诱发因素作用下易沿裂隙面崩落,对该边坡上部和下部居民生命财产安全造成严重威胁(图1)。

图1 危岩崩塌区航拍图

图2 赤平投影图

本文针对该崩塌区发育的2处崩塌点(A、B)的形态、岩体结构和变现特征进行研究、危岩体受岩性、结构面、微地貌控制、其基本特性分述如下:

A点崩塌坡度 60°,崩塌高度 5.7 m。根据钻探情况,表层 0.5～1 m 为强风化花岗闪长岩,基岩结构大部分被破坏,矿物成分显著变化,呈砂土夹碎块状,少量残块稍硬;下部为中风化花岗闪长岩,岩体结构部分破坏,岩体较破碎。该两层节理裂隙发育,崩塌原因主要为降雨影响。

B崩塌点位于西南侧,该点高度为 4.5 m,上部 2 m 发生滑移式崩塌,方量约 15 m3,未导致人员伤亡,房屋局部轻微损坏,属小型崩塌。根据现场勘查量测,坡度 65°。根据钻探情况,崩塌前表面为强风化花岗闪长岩,崩塌发生后现表面为中风化花岗闪长岩,岩体结构部分破坏,岩体较破碎。

2 工程地质条件

泾县属亚热带向暖湿带过渡的季风湿润气候,年平均气温15.4℃[1]。危岩崩塌区岩性单一:(1)第四系全新统芜湖组(Q4w):下部为灰白色砾石层,砾径1～4 cm,粗砂充填,分选、磨圆好,厚度0.5～2 m;上部为灰黄色粉质粘土,含少量的螺壳,夹粉砂透镜体,厚度3～5 m[2]。(2)白垩世侵入岩(γ53):黄褐色、青灰色花岗闪长岩,中细粒结构,块状构造,属较软岩[3]。

崩塌区地下水类型主要为碎屑类基岩裂隙水。碎屑岩类基岩裂隙水:由白垩世侵入岩(γ53)花岗闪长岩组成,构造裂隙发育,且裂隙开启程度好,地下水赋存于构造裂隙中,地下水较小。对工程有直接影响的主要为地表降水入渗,降水的长期入渗、浸润作用使土体及强风化岩软化,导致岩土体抗剪强度减小;雨期汇水饱和使岩土体有效抗剪强度变低;此外水的重力增加了下滑力;降水入渗及基岩中。所在区域地震活动不强烈,也不频繁,属于低烈度区。

3 成因机制分析

据崩塌区所处的地质环境分析,危岩体的形成包括内部条件和外部条件两类,内部条件包括地形地貌、地层岩性、坡体结构、高陡临空面;外部条件包括:降雨、风化、地震、植被、人类工程活动等。

3.1 地形地貌因素

研究区为侵蚀剥蚀低丘陵地貌,地形和岩性都属于地质环境条件较为脆弱地段,长期的物理、化学风化作用下,具有形成残积层厚度大、粘性差的特点,加之人工削坡后地形陡峻,十分有利于形成崩塌地质灾害。

3.2 岩土性质

根据勘查,研究区岩体主要为花岗闪长岩,风化程度高、节理裂隙发育,表层工程性能差,长期在大气降水的渗入情况下,土体的含水量趋于饱和,土体的抗剪强度随之变小,导致土体的抗变形能力变差,极易产生渗透变形、崩塌,不利于边坡的稳定。

3.3 降雨因素

泾县桃花潭镇属亚热带季风气候,每年的 5-9月份雨季的大暴雨或持续降雨,是导致崩塌活动的主要激发因素。在长时间或强降雨条件下,不仅使表层土体饱水软化,而且入渗后沿软弱滑动面径流排泄,降低了滑体与滑床间的摩阻力,土体自重增加,抗剪强度降低,容易引起滑移变形破坏。同时受构造运动和基岩节理裂隙发育影响,降雨沿基岩裂隙下渗形成地下水,并向沟谷、坡脚平台排泄。层面裂隙成为地下水赋存的良好条件水量较为丰富,为崩塌形成创造条件。

3.4 人类活动因素

通过现场实地勘查,区内建有居民房屋,受地形限制,该处属于开挖山体削坡建房,切坡高约 3～5 m,平均坡度约 60°。由于人类的工程建设活动改变了原始环境地貌,并形成了人工边坡临空面,且房屋后侧山体未采取加固措施。

4 崩塌危岩体特征与稳定性评价

4.1 定性评价

该段边坡沿居民建筑物坡脚长约 35 m,坡体坡向整体较规则,约为 305°,坡体坡度为 70°～80°,坡脚标高约为 62.0～63.5 m,坡顶标高约为 66.7～68.1 m。该段地层:表层为约 1 m 厚的第四系、约 1～3 m 厚的强风化花岗闪长岩、中风化花岗闪长岩为主,出露的中风化粉砂岩层节理、裂隙发育。经现场对其进行节理、裂隙统计,主要发育有 270°∠80°、290°∠63°等裂隙,岩层为顺坡向岩层,经赤平投影分析,易产生局部崩塌,产生平面滑动的可能性不大,现场调查发现以崩塌为主。

综上所述,结合本次现场调查可知崩塌边坡为人工切坡,边坡表面岩体破碎,节理裂隙发育且表面存在松动危岩块体,存在多处临空面,根据赤平投影分析,崩塌边坡整体稳定性较好,但由于大量松动危岩块体的存在,在降雨、施工震动等不利荷载作用下,崩塌区边坡易产生局部块体崩落破坏。

4.2 定量评价分析

崩塌体(潜在)结构面按各自特征选取代表性断面进行稳定性计算,选取最不利结构面进行计算,并对可能发生崩塌的类型、途径及危害程度做出预测。

4.2.1 计算工况及公式

根据《崩塌防治工程勘查规范(试行)》(T/CAGHP 011-2018)相关内容,结合本项目崩塌特征,此次计算天然工况和暴雨工况下危岩稳定系数,计算内容为后缘无陡倾裂隙的滑移式危岩的稳定性。计算公式如下:

(1)

式中:V为充当滑面的裂隙贯通段水压力(kN/m);L为滑面长度(m);c为滑面粘聚力( kPa),当充当滑面的裂隙未贯通时取贯通段和未贯通段粘聚力按长度加权的加权平均值,未贯通段粘聚力取岩体粘聚力,滑面受基座岩体强度控制时,取岩体粘聚力;φ为滑面内摩擦角(°),当充当滑面的裂隙未贯通时取滑面平均内摩擦系数的正切,滑面平均内摩擦系数取贯通段和未贯通段内摩擦系数按长度加权的加权平均值,未贯通段内摩擦系数取岩体内摩擦系数,滑面受基座岩体强度控制时,取岩体内摩擦角;θ为滑面倾角(°);Qh、Qv为水平地震荷载和垂直地震荷载;G为危岩的重量(含地面荷载)(kN/m)。

4.2.2 物理力学参数选取

物理力学性质参数选取,主要参考现地质调查资料,并结合《岩石力学参数手册》、《工程岩体分级标准》(GB/T50218-2014)及《建筑边坡工程技术规范》(GB50330-2013)等规范经验值进行选取,对于边坡岩体的各项参数结合类比法及地区经验取值,详见表1。

表1 基岩物理力学性质特征表

表2 崩塌岩体结构面物理参数表

4.2.3 计算结果及分析

根据现场调查和分析,确定崩塌(潜在)的破坏模式、计算方法,对崩塌(隐患点)进行稳定性计算和分析评价,具体计算结果见表3。

表3 崩塌稳定性计算结果

根据上述计算分析结果可得出以下结论:(1)在天然和暴雨工况下岩体边坡处于基本稳定状态;(2)外力作用达到一定程度时,将可能失稳形成崩塌。定性分析、理论计算与现场实际稳定性状况吻合,计算结果真实可信。

5 防治建议

(1)削坡、浮石清除。坡面为松散岩土及块石,须削坡处理,并对削坡后出现的松动岩体和已贯通裂隙的岩体、坡面碎石、浮石等不稳定岩土体进行清除,使坡面达到基本平整,消除边坡地质灾害隐患,保证边坡稳定。

(2) 主动防护网。建议整体坡面采用 SNS 主动防护网进行防护,其通过钢丝绳锚杆和支撑绳固定方式,将作为系统主要构成的柔性网覆盖在有潜在地质灾害的坡面上,从而实现其防护目的。

(3)截排水工程。截排可利用现有散水和水泥地坪顺坡截流。

(4)监测机制。布置地表水平位移和垂直位移监测点

6 结语

根据地质情况,危岩崩塌区内危岩主要是滑塌式危岩,危害性大。稳定性评价显示当外力作用达到一定程度时,将可能失稳形成崩塌,推荐采用削坡后采用锚杆+主动防护网的治理措施。