江西自然博物馆Ⅱ号山体滑坡特征及稳定性评价

刘江科

(江西省勘察设计研究院,江西 南昌 330095)

0 引言

随着我国经济建设的迅猛发展,国内工民建建筑建设突飞猛进,进而引发一系列滑坡灾害。滑坡稳定性分析与评价对于滑坡的超前判断,整个滑坡过程的趋势分析以及灾后的整治起着至关重要的作用。

江西自然博物馆位于新余市仰天岗南酉山麓周坑村地块,总建筑面积83 575 m2,总用地面积达198 585 m2,是融教育与展示、收藏与研究、合作与交流、旅游休闲于一体的现代化的综合性自然博物馆,为江西省重点建设工程。在博物馆建设进程中,由于人工削坡及基坑开挖,使斜坡体前缘坡度变陡,形成临空面,加上2009 年2-3月连续降雨的诱因下,在2009 年3 月8 日,博物馆东西向山体后出现裂缝,东侧裂缝宽度为50 cm,深度为70 cm,下滑约40 cm,并有逐步扩大的倾向;西侧裂缝宽度30 cm,深度50 cm。Ⅱ号滑坡位于拟建博物馆西侧,见图1。

图1 Ⅱ号滑坡现状全貌及滑坡后缘裂缝Fig.1 The current situation of No.2 landslide and the cracks on the rear edge of the landslide

1 滑坡形成地质环境条件

1.1 地形地貌

此滑坡位于博物馆西侧山体,山顶标高252.60 m,地面标高90～100 m,坡体植被很发育,呈阶梯状,上部较陡,中部较缓,坡度约为30°,滑坡后缘位于山腰偏下,标高约135 m,前缘位于基坑侧壁,标高约100 m,相对高度35 m。坡顶植被良好,以乔木和灌木为主;目前坡体表面多被松散堆积物及风化的岩石碎块等覆盖,较难观测到完整的新鲜岩面。

1.2 地层岩性

1.3 水文地质条件

滑坡区内地下水补给来源主要为大气降水。区内地下水主要有3 类：松散岩类孔隙水、基岩裂隙水及岩溶水。①松散岩类孔隙水：主要分布于坡体表面残坡积土层中。含水介质由砾质粘性土组成,地下水主要接受大气降水直接补给,水量具明显季节性。经水样测试,地下水对混凝土结构具弱腐蚀性,对钢筋混凝土结构中的钢筋无腐蚀性,对钢结构具弱腐蚀性。②基岩裂隙水：主要赋存于泥岩、炭质页岩及砂岩、铁质砂岩裂隙中,地下水主要在裂缝、露头处接受大气降水补给。③岩溶水：主要赋存于滑坡前缘分布的石炭系覆盖型石灰岩中,局部开挖出露,水量较贫乏。在该次勘查深度范围内,未见明显的地下水径流,故仅考虑暴雨对滑体的浸润饱和作用,不考虑地下水位产生的水压力对滑坡的影响。

1.4 地质构造

根据新余市区域构造地质图,勘查区内构造变形十分复杂,地层较为紊乱。次级小型褶皱和断裂较为发育。场地西北部(该滑坡体前缘) 为一逆冲推覆构造,角度稍缓,约为20°～30°,区内地层缺失、重复、老地层逆掩于新地层之上,地层岩性和褶皱构造的错移,且各组断裂互相切割,致使本区地质构造更加复杂。

2 滑坡特征

2.1 滑坡外形特征

经勘查分析：该工程滑坡为牵引式土质滑坡,产生外因主要是人工削坡,使滑坡前缘坡体变陡,产生临空面,加上大气降水的直接诱发因素,致使滑体稳定平衡状态被打破。滑坡平面形态呈现为“A”形。滑坡前缘标高为97 m (在现有基坑侧壁),后缘标高为135 m,可见明显的因滑移变形形成的裂缝及后缘壁,壁高0.50～0.80 m,相对高差为38 m,南缘和北缘受山体边界控制。滑体宽约90 m,长约100 m,厚5～15 m,总体积约8×104 m3,滑坡坡体中下部现有放坡台阶2 级,台阶高4～8 m,整体坡度约25°,第二级台阶约在115 m 左右。上部标高115～135 m 处,土体较失稳,坡度较陡,约40°,主滑方向为70°～80°。

2.2 滑坡结构特征

(1) 滑体

滑坡体物质组成主要为砾质粘性土。滑体厚5～10 m,纵剖面表明,滑体呈“弧”形,潜在滑坡体物质组成主要为砾质粘性土,滑体厚5～10 m,纵剖面表明,滑体呈“L”形。

(2) 滑带

滑坡为土质滑坡,滑带主要位于砾质粘性土层中,滑面为圆弧形。

(3) 滑床

滑坡滑床主要为砾质粘性土。通过对现场勘探资料分析,滑坡前缘为中风化石灰岩,强度高,土体下部为强风化砂岩及强风化铁质砂岩,强度均较高,不可能产生滑移,因此该滑坡最可能发生沿基岩面滑动的潜在滑坡,其潜在滑床为强风化砂岩、铁质砂岩。

2.3 滑坡破坏模式分析

(1) 雨水下渗,使坡体的砾质粘性土长期处于饱水状态,粘聚力降低,抗剪强度降低,容易发生滑动。由于渗入的程度不同,上部粘性土强度更差,与下部强度稍好粘性土形成滑移界面,是滑坡稳定性影响的主要因素之一;

(2) 滑坡体上部陡,地貌上呈现阶梯状,中下部较缓,为滑坡发生提供了地形条件;

(3) 人类活动是滑坡形成的主要因素之一。由于自博馆建设施工,人工削坡,使斜坡体坡度变陡,重心上移,前缘形成临空面,从而引发滑坡;

(4) 2009 年3-6 月份的久雨或暴雨是滑坡发生发展的直接诱发因素。

由于连续下雨或暴雨作用,水流下渗入坡体内,斜坡岩土体含水量陡然增加,重量相应增加,加大斜坡体的下滑力,减小抗滑力;且由于人工削坡使斜坡体坡度变陡,重心上移,前缘形成临空面,当边坡前缘局部地段的下滑力大于抗滑力时,该段发生变形,出现裂缝,同时滑动面在逐渐形成,坡体上部岩土体由于前面抗滑力减小,失去原有平衡,发生变形,滑动面逐渐延伸,一旦滑动面贯通后便出现整体滑动,产生滑坡,本滑坡性质为牵引式。

3 滑坡稳定性评价

3.1 评价方法

据勘查和工程地质调查,且滑坡体存在潜在滑坡体,潜在滑动面在砾质粘性土与强风化基岩的交界处,按《滑坡防治工程勘查规范》 推荐的折线法进行稳定性评价。

3.2 计算参数选取

(1) 滑体重度：根据室内试验结果,由公式ρsat=ρd+1/ (sr+1) ρw,可算出各岩土层的饱和容重,见表1。

表1 数值模拟各地层基本物理力学参数Tab.1 Numerical simulation of basic physical and mechanical parameters of each layer

砾质粘性土饱和容重为20.19 kN/m3。

(2) 滑带抗剪强度

滑带主要物质为砾质粘性土,根据室内试验及原位测试试验,参考恢复山体反演计算结果和工程经验,滑带土饱和抗剪强度值取C=7.5 kPa,φ=16.3°。

3.3 边坡变形特征分析

根据边坡稳定性计算模型,对原状土和岩层采用平面应变模型选择合理尺寸自动划分平面网格。为了减小边界条件对体系应力的影响,曲边坡两侧伸展各50 m 作为边界条件,下方砂岩强度比上方原状土大得多,故取向下伸展30 m 作为底界。对该模型的左边界和右边界施加水平约束,使其X 方向位移为0,Y 方向自由;底边界施加水平约束和竖向约束,使其X,Y 方向位移均为0。采用sigma/W 有限元软件对地下水位上升后的边坡进行计算,计算结果见图2-5。图2 为坡体最大剪应变分布,可以看出滑坡最大剪应变在主滑坡处较为集中;图3 为坡体最大应变分布,可以看出和最大剪应变分布一致较好;图4、图5分别为滑移面和潜在滑移面在自重和暴雨工况下的稳定性模拟。

图2 坡体最大剪应变分布Fig.2 Maximum shear strain distribution of slope

图3 坡体最大应变分布Fig.3 Maximum strain distribution of slope

图4 滑移面稳定性模拟计算(Fs=0.87)Fig.4 Simulation calculation of slip surface stability (Fs=0.87)

图5 潜在滑动面稳定性模拟计算(Fs=1.08)Fig.5 Simulation calculation of potential sliding surface stability (Fs=1.08)

3.4 稳定性分析

该次滑坡体稳定性计算,只考虑滑坡体处于最不利情况下的稳定性,主要为自重加暴雨时的稳定性。

坡体内没有形成贯穿裂缝,暴雨时不考虑裂隙充水时的静水压力作用,只考虑对滑带的润滑饱和作用。

计算结果显示,主滑剖面稳定系数为0.87,处于不稳定状态,潜在滑坡体稳定系数为1.08,处于欠稳定状态,因此Ⅱ号滑坡在久雨或暴雨的条件下,将处于不稳定状态,应尽快进行滑坡治理。

4 结语

(1) 江西自然博物馆Ⅱ号滑坡为牵引式土质滑坡,滑体宽约90 m,长约100 m,厚5～15 m,总体积约8×104 m3,为小型滑坡,根据其危害程度,属一级滑坡。

(2) 经综合分析、计算,可以确定博物馆Ⅱ号滑坡在久雨或暴雨的情况下,处于不稳定状态。

(3) Ⅱ号滑坡,对滑体进行放坡治理,放坡坡率采用1∶3,坡面采用预应力锚杆格构防护,格构内覆土植草。坡顶设置截水沟,坡体及坡脚设置排水沟。

在对滑坡进行防治治理施工时,应加强验槽工作,加强对滑坡变形监测。监测工作应考虑防治工程施工期的安全监测及动态监测相配套,做到安全施工,文明施工。