吕扶君 赵云刚 文 君
0 引言
在黄土地区进行的公路与铁路建设、新城镇建设、新农村建设过程中不断的挖掘路堑、切坡填沟而形成了大量的人工边坡。这类边坡面临着自身的稳定性问题和安全危害威胁。因此,准确评价这类边坡坡体稳定性是防止边坡失稳破坏、威胁人民生命财产安全的前提,并为最终的防治提供依据。
1 黄土边坡现状特征
陕北志丹侯市黄土边坡系为建设新农村示范场地需要向黄土山坡开挖切坡换平地而形成的人工高陡边坡,属均质土黄土边坡。边坡呈东西走向,总体北高南低,边坡坡顶标高1 526 m～1 527 m,为新建侯市小学场地;坡脚标高1 506 m,为新农村建设示范场地,边坡高约 21 m,边坡坡度为 55°～60°,迎坡面面积约3 510 m2,边坡东西向长130 m。
根据现场地质调查,坡体前缘形成的临空面致使局部坍塌、坡面冲刷、坡顶施工用房墙体纵向拉裂以及坡顶地面出现近平行于边坡走向的张性裂缝。这些不良现象均是边坡失稳的前兆,加之待坡顶平台内的学校建成后将增加坡顶荷载,故侯市边坡很容易产生整体变形破坏。一旦失稳危害程度很严重(上部有施工建筑、下部有大量现有房屋),为一级边坡。
2 边坡变形原因分析
1)因不规范的人为开挖、坡顶建筑弃土堆填,改变了边坡外形和应力状态,使坡体失去原有自然平衡状态,引起坡体内应力重新分布,引发其变形。2)坡顶施工临建生活废水、地表水未采取有效疏排措施,导致水排入、浸入黄土体内,使坡体上部黄土层重度增加、抗剪强度降低而致使边坡变形。3)人为削切黄土坡体形成的边坡,其表面存在被扰动的松散土体,也堆覆部分黄土弃土,并且边坡表面生态脆弱,无植被分布,其影响结果为土体松弛掉块、掉土,形成坡面剥落或局部坍塌。4)黄土构造节理存在的影响,该边坡较发育的垂直节理和次发育的斜节理会不同程度地影响边坡稳定。
3 边坡稳定性评价
3.1 边坡稳定性分析
侯市黄土边坡变形主要引起了坡体局部崩塌、坡顶开裂、坡面剥落、坡面冲刷、潜在黄土滑坡危害和潜在黄土湿陷变形问题。潜在隐患存在,导致黄土边坡失稳几率大。边坡出现的前缘局部崩滑与坡顶地面的拉裂缝尤为不利,随着地表水尤其是暴雨下渗等诱因作用,已有崩滑土体将会进一步扩大坍塌、崩落的面积,进而使土质边坡内部应力重新调整,促使滑移区域增大,最终滑动破坏。这将对边坡近邻及周边环境造成人员、财产的严重危害。
3.2 边坡定量评价
3.2.1 分析评价方法
本边坡根据自身特点,结合GB 50330-2002建筑边坡工程技术规范等相关现行规范要求,在进行定量的分析评价中采用常用的且实践反映较好的条分法,用自动搜索最易形成最危险滑裂面进行稳定性分析计算,在数值选取中充分考虑到工程类比之经验结果。边坡稳定性系数按下式计算:
其中,Ks为边坡稳定性系数;ci为第i计算条块滑动面上岩土体的粘结强度标准值,kPa;φi为第i计算条块滑动面上岩土体的内摩擦角标准值,(°);li为第i计算条块滑动面长度,m;θi,αi分别为第i计算条块底面倾角和地下水位面倾角,(°)。
计算按现状条件(坡脚标高按1 506 m考虑)坡顶无荷载和现状条件坡顶有荷载(建筑物荷载按20 t/层考虑)两种情况分别给予计算评价(其安全系数取K=1.30)。
3.2.2 计算参数选取及计算工况
1)计算参数选取。
计算参数综合取值见表1。
表1 黄土边坡稳定性计算参数一览表
2)计算工况的确定。
志丹县侯市管理区的地震基本烈度为6度,不考虑地震力,四种计算工况如下:
工况一:天然(自重)状态(坡顶无荷载);
工况二:饱和(暴雨)状态(坡顶无荷载);
工况三:天然(自重)状态(坡顶有荷载);
工况四:饱和(暴雨)状态(坡顶有荷载)。
3)计算剖面的选取。
选择2条典型的、有代表性的工程地质纵剖面(沿可能破坏的轴心方向)为计算剖面。稳定性计算采用基于极限平衡理论的传递系数法进行。
3.2.3 稳定性计算评价
1)高边坡(坡顶无荷载)的稳定性计算评价。
通过边坡的稳定性计算,其计算结果见表2。
表2 土体稳定系数计算结果表
从表2中可知,坡顶无荷载时,在天然状态下稳定系数为0.801～0.922,即天然条件下斜坡处于潜在不稳定状态;在饱和状态下的稳定系数为0.280～0.354,表明一旦在最危险滑裂面附近一带形成大面积集水并致使土体呈饱和状态,边坡将失稳。这说明边坡已处于潜在不稳定,尤其在暴雨等灾害气候条件下将会发生滑动变形破坏。
2)高边坡(坡顶有荷载)的稳定性计算评价。
通过边坡的稳定性计算,其计算结果见表3。
表3 土体稳定系数计算结果表
从表3中可以看出,坡顶有荷载时,在天然状态下(工况三)稳定系数为0.926,与坡顶无建筑荷载时结果相似,处于潜在不稳定状态;在饱和状态下(工况四)的稳定系数为0.338,亦与坡顶无荷载时相似,一旦在最危险滑裂面附近一带形成大面积集水并致使土体呈饱和状态,边坡将失稳。因此,为了确保切坡上、下部建筑及人民生命财产的安全,应对该边坡采取及时有效的治理措施。
3)推力计算。
推力计算公式:
表4 切坡前边坡推力计算成果表
据上列公式进行土质边坡的推力计算,几种情况下的边坡推力计算结果见表4。
由表4可以看出,在天然条件下,四种情况均处于潜在不稳定状态,边坡具有较大的下滑推力,在暴雨条件或坡顶边缘增加荷载情况下,均有发生滑动破坏的可能。
4 治理措施及建议
4.1 治理目标原则
1)对高切坡进行综合治理,做到一次治理,不留后患;2)治理工程措施应充分吸取当地成功的治理经验,做到方案可行,技术可靠,经济合理;3)防治工程结合乡镇建设规划,充分利用土地,避免重复工程,节省投资。
4.2 治理措施建议
1)侯市边坡安全隐患大,现状存在的变形迹象表明,一旦突破临界点,变形破坏危害严重,建议及时采取安全可靠的永久性加固措施。2)建议采用锚杆挡墙支护结构,具体可采取框架梁格构式锚杆挡墙或排桩式锚杆挡墙方案。3)拦截或引排地表水可在变形区5 m范围以外设置截、排水沟(槽),严禁施工或生活污水直接排入坡体,应采用防漏、防渗的下水管道统一排出坡外,并在墙体内设置下仰角泄水孔。4)对坡顶采用灰土挤密桩处理的建筑,如目前已发现变形迹象,应予以加固。5)加强监测,应设置严密的预警监测系统,做好应对应急抢险准备工作。
[1] 刘祖典.黄土力学与工程[M].西安:陕西科学技术出版社,1997.
[2] 李 帆,杨建国.黄土边坡稳定性分析方法研究[J].铁道工程学报,2008(12):76-77.
[3] 张皖湘,陈孟春.某基地黄土高边坡变形破坏模式与稳定性分析[J].西部探矿工程,2009(10):121-122.
[4] 王娟娟,邓军涛,何红前.黄土边坡稳定性分析方法研究[J].陕西建筑,2009(9):45-46.
[5] 王 伟.浅谈黄土边坡稳定性与防治技术研究进展[J].科技情报开发与经济,2009(10):89.
[6] 严西华.黄土高路堑边坡稳定性分析[D].西安:长安大学,2001.
[7] 陈志新,李亚兰.黄土高边坡稳定性影响因素分析——以铜黄一级公路黄土高边坡为例[A].全国岩土与工程学术大会论文集(上册)[C].2003.
[8] 饶文英,郭增玉.黄土高边坡的滑坡机理与稳定分析方法的探讨[J].西安理工大学学报,1988(2):91-92.
[9] 倪万魁,刘玉海.黄土高边坡可靠性分析——以某公路路堑黄土高边坡为例[A].第六届全国工程地质大会论文集[C].2000.
[10] GB 50330-2002,建筑边坡工程技术规范[S].
