張?jiān)释?/p>
大慶油田工程有限公司
滑坡是指巖土體在地質(zhì)作用力下,沿著一定的軟弱面(帶)整體或者分散地向下滑動(dòng)的地質(zhì)現(xiàn)象?;聦?duì)財(cái)產(chǎn)和人身安全有著重大的隱患,對(duì)滑坡體采用多種勘察手段進(jìn)行勘察開展穩(wěn)定性預(yù)測(cè)具有重要的意義[1]。以某實(shí)踐工程為例探討多種勘探方法在滑坡勘察預(yù)測(cè)中的應(yīng)用。
工程場地位于隴西,地勢(shì)西北高、東南低,上世紀(jì)60 年代至90 年代初,附近村民在該段山體坡腳和坡面上進(jìn)行了長時(shí)間的采石活動(dòng),采石采取坡腳爆破的方式,導(dǎo)致山體發(fā)生了較大規(guī)模的滑坡,形成了目前的老滑坡體。90 年代初,由于修建316國道,采石活動(dòng)停止?;抡w呈南東—北西走向,滑動(dòng)方向?yàn)橛赡衔飨虮睎|滑動(dòng),方位角約29°~57°?;虑熬壖舫隹谖挥趪老路脚c渭河河道交界處,后緣破裂壁和兩側(cè)側(cè)壁出露明顯,總體形態(tài)呈圈椅狀,平面呈圓弧形。由于風(fēng)化作用、地勢(shì)較陡,老滑坡體上次生滑坡也較發(fā)育。
地形地貌:微地貌類型主要有構(gòu)造剝蝕低中山地貌和侵蝕堆積河谷地貌兩種。氣象:年平均氣溫7.8 ℃,平均年溫差24.6 ℃,最大年溫差55.8 ℃,年溫差和日溫差都比較大,對(duì)巖石的熱脹冷縮和加速風(fēng)化起到不可忽視的作用,日積月累形成了重要的地質(zhì)外營力。水文:該滑坡前緣剪出口東北側(cè)約10~30 m 河流為渭河,渭河是黃河的一級(jí)支流。區(qū)域地層:可以分為上覆覆蓋層和基巖層。上覆覆蓋層主要為風(fēng)積黃土,由淡灰黃色粉土組成,質(zhì)地疏松均勻,主要分布于各地山梁之上,黃土的產(chǎn)狀受古地形的控制。沖積層主要在河岸階地上分布,由Ⅲ、Ⅳ級(jí)階地堆積物組成,底部為礫石層,向上為粉質(zhì)黏土與砂礫互層?;鶐r層主要為侏羅系和白堊系的紅色、綠灰色砂巖、頁巖、泥巖及礫巖、砂礫巖。工程所在區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造較復(fù)雜,存在近代活動(dòng)斷裂引起的大于6 級(jí)地震,為次不穩(wěn)定區(qū)。抗震設(shè)防烈度為8 度,地震動(dòng)峰值加速度為0.20g,特征周期為0.45 s,設(shè)計(jì)地震分組屬第三組,在臨潭—宕昌斷裂帶影響范圍內(nèi),自2008 年汶川地震后進(jìn)入活躍期,隨后的玉樹地震和蘆山地震表明其活躍度一直不減,仍處于活躍期。
滑坡體是由多個(gè)滑坡體復(fù)合的滑坡體,采用工程地質(zhì)測(cè)繪方法來細(xì)分滑坡體。
首先采用無人機(jī)進(jìn)行地形圖測(cè)繪,測(cè)繪比例為1∶500,然后在此基礎(chǔ)上開展工程地質(zhì)測(cè)繪,以此來查明場地地形、地貌、地層、構(gòu)造、滑坡體劃分等。在工程地質(zhì)測(cè)繪中未發(fā)現(xiàn)斷裂構(gòu)造,但巖石節(jié)理裂隙很發(fā)育,以剪節(jié)理為主,節(jié)理裂隙面平直、光滑,呈閉合狀,無膠結(jié),無充填,延展性好,延伸長度較大。走向節(jié)理玫瑰花圖如圖1 所示。
由圖2 可知,垂直邊坡走向和平行邊坡走向的兩組節(jié)理裂隙很發(fā)育。通過工程地質(zhì)測(cè)繪可以把滑坡體細(xì)分為4 個(gè)小滑坡體(圖2)。
圖1 走向節(jié)理玫瑰花圖Fig.1 Rose pattern of strike joint
圖2 滑坡體細(xì)分示意圖Fig.2 Subdivision sketch map of landslide mass
1#滑坡體沿滑動(dòng)方向最長約110 m,最寬約60 m,平均厚度約7.1 m,滑坡體面積約6 400 m2,體積約4.5×104m3;前后緣相對(duì)高差約98 m,整體坡度約45°;后緣破裂壁最大高度約40 m,坡度較陡,幾乎近直立狀態(tài),坡度約在65°~80°之間。
2#滑坡體沿滑動(dòng)方向最長約88 m,最寬約58 m,平均厚度約6.8 m,滑坡體面積約4 400 m2,體積約3×104m3;前后緣相對(duì)高差約66 m,整體坡度約40°;后緣破裂壁最大高度約8 m,坡度約45°。存在一處次生邊坡,沿滑動(dòng)方向最長約20 m,最寬約20 m,相對(duì)高差約20 m,整體坡度約45°。該次生邊坡后緣已出現(xiàn)明顯的拉張裂隙,裂隙寬度約3~5 cm。
3#滑坡體沿滑動(dòng)方向最長約110 m,最寬約72 m,平均厚度約3.3 m,滑坡體面積約5 900 m2,體積約1.9×104m3;前后緣高差約92 m,坡度約40°。緊鄰國道上方3#滑坡體存在一處次生邊坡,沿滑動(dòng)方向最長約18 m,最寬約15 m,相對(duì)高差約16 m,整體坡度約45°。該邊坡后緣也出現(xiàn)明顯的拉張裂隙,并伴有錯(cuò)動(dòng)、滑動(dòng)現(xiàn)象,裂隙寬度約5~8 cm。
4#滑坡體沿滑動(dòng)方向最長約98 m,最寬約60 m,平均厚度約7.4 m,滑坡體面積約3 800 m2,體積約2.8×104m3;前后緣相對(duì)高差約65 m,整體坡度在31°~56°之間;后緣破裂壁最大高度約35 m,坡度較陡,在45°~65°之間。
勘察方法采用了槽探、鉆探、物探、水文地質(zhì)試驗(yàn)、原位測(cè)試、室外原位試驗(yàn)、室內(nèi)試驗(yàn)等方法。綜合判定各滑坡體的各項(xiàng)物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)。
根據(jù)實(shí)際情況采用槽探和鉆探的方式揭露場地地層巖性。根據(jù)不同地質(zhì)條件采用干鉆、清水回轉(zhuǎn)鉆進(jìn),在滑坡側(cè)壁和滑坡后緣頂部開展槽探工作,對(duì)黃土狀土取原狀土樣,質(zhì)量等級(jí)為Ⅰ級(jí),以準(zhǔn)確測(cè)得黃土狀土的物理力學(xué)指標(biāo)。
原位測(cè)試包括標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)、圓錐動(dòng)力觸探試驗(yàn),用于確定松散土體的密實(shí)度及力學(xué)指標(biāo)。
采用物探的方法來確定場地構(gòu)造情況,查明是否存在斷裂,判定巖體的完整性。物探方法采用波速測(cè)試、高密電法和地震映像法3 種方法。波速測(cè)試采用RSM-SY5(T)非金屬聲波檢測(cè)儀,測(cè)試點(diǎn)距0.5 m,測(cè)試巖體及巖塊的縱波波速,評(píng)價(jià)巖體的完整性??紤]到滑坡體深度不大,基巖埋藏較淺,為了提高工作效率,采用高密電法和地震映像法來查明場地的構(gòu)造情況。物探線共布置4 橫4 縱覆蓋整個(gè)滑坡區(qū)。
滑坡體參數(shù)的準(zhǔn)確與否直接決定后期數(shù)值計(jì)算的準(zhǔn)確性,為了提高計(jì)算參數(shù)的準(zhǔn)確性,對(duì)滑坡體開展了現(xiàn)場原位試驗(yàn)工作。試驗(yàn)主要為現(xiàn)場密度試驗(yàn),采用灌水法。為了取得場地的水文地質(zhì)參數(shù),開展了水文地質(zhì)試驗(yàn)工作,采用現(xiàn)場滲透試驗(yàn)來確定土體的滲透系數(shù)()K,測(cè)試方法采用單環(huán)法,對(duì)黃土狀粉土和碎石土分別開展測(cè)試,共計(jì)12 組。同時(shí)孔內(nèi)實(shí)測(cè)地下水位,查明地下水情況。
在室內(nèi)試驗(yàn)時(shí),對(duì)于黃土狀粉土主要開展土常規(guī)試驗(yàn)、黃土濕陷性試驗(yàn)、直剪試驗(yàn);對(duì)于碎石土主要開展顆分試驗(yàn)、粗粒土大型直剪試驗(yàn);對(duì)于強(qiáng)風(fēng)化花崗巖、強(qiáng)風(fēng)化砂巖、強(qiáng)風(fēng)化礫巖,開展巖石剪切試驗(yàn);對(duì)中風(fēng)化花崗巖,開展巖石物理性質(zhì)試驗(yàn)、單軸抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)、點(diǎn)荷載試驗(yàn)、巖石抗剪斷試驗(yàn)[2];對(duì)水化學(xué)成分分析開展水質(zhì)簡分析試驗(yàn)和易溶鹽試驗(yàn)。
通過工程地質(zhì)測(cè)繪得到該場地的滑坡可以分為4 個(gè)分滑坡體,各滑坡體之間關(guān)聯(lián)極小,相互影響可以忽略不計(jì)。
通過槽探和鉆探得到場地地層巖性。地層主要由4 種巖土構(gòu)成,分別是黃土狀粉土、碎石土、砂礫巖、花崗巖。
(3)砂巖層(N):強(qiáng)風(fēng)化、棕紅色,主要礦物成分為石英和長石,中粗粒結(jié)構(gòu),塊狀構(gòu)造,泥質(zhì)膠結(jié),膠結(jié)程度一般,RQD(巖石質(zhì)量指標(biāo))極差。該層在場地內(nèi)分布不連續(xù),按堅(jiān)硬程度分類為極軟巖,巖體完整程度為破碎,巖體基本質(zhì)量分級(jí)為Ⅴ級(jí)。
(4)礫巖層(N):強(qiáng)風(fēng)化,棕紅色,主要礦物成分為石英和長石,塊狀構(gòu)造,礫石呈渾圓狀,一般粒徑在5~30 mm,泥質(zhì)膠結(jié),膠結(jié)程度較好,RQD 極差。該層在場地內(nèi)分布不連續(xù),按堅(jiān)硬程度分類為極軟巖,巖體完整程度為破碎,巖體基本質(zhì)量分級(jí)為Ⅴ級(jí)。
(5)強(qiáng)風(fēng)化花崗巖層:灰白色,棕紅色,主要礦物成分為石英和長石,含有少量暗色礦物角閃石,結(jié)構(gòu)基本被破壞,節(jié)理裂隙很發(fā)育,巖芯破碎,呈碎屑狀,塊狀,RQD 極差。該層巖石點(diǎn)荷載強(qiáng)度平均值為0.08 MPa,換算成飽和單軸抗壓強(qiáng)度為3.43 MPa,按堅(jiān)硬程度分類為極軟巖,巖體完整程度為破碎,巖體基本質(zhì)量分級(jí)為Ⅴ級(jí)。
(6)中風(fēng)化花崗巖層:灰白色,主要礦物成分為石英和長石,含有少量暗色礦物角閃石,中粗粒結(jié)構(gòu),塊狀構(gòu)造,節(jié)理裂隙發(fā)育,巖芯多呈塊狀,短柱狀,少量呈柱狀,RQD 較差,該層在場地內(nèi)連續(xù)分布,本次勘察勘探深度范圍內(nèi)未穿透該層。巖體完整程度為破碎,巖體基本質(zhì)量分級(jí)為Ⅴ級(jí)。
地層構(gòu)造:根據(jù)區(qū)域地質(zhì)圖,通過工程地質(zhì)測(cè)繪,綜合高密度電法和地震映像法2 種物探方法測(cè)試結(jié)果未發(fā)現(xiàn)有斷裂,因此可以不考慮斷裂對(duì)滑坡體的控制影響。
地下水主要補(bǔ)給來源于大氣降水,主要排泄方式為蒸發(fā)和側(cè)向向渭河徑流排泄。地下水類型主要是孔隙潛水和基巖裂隙水,其中孔隙潛水賦存于公路路堤以下的人工填土層,基巖裂隙水賦存于強(qiáng)風(fēng)化和中風(fēng)化花崗巖中?;鶐r節(jié)理裂隙發(fā)育,巖體完整程度破碎,為地下水的流通提供了良好通道。地下水位變化大,主要體現(xiàn)在連續(xù)降雨期間基巖裂隙水水位抬升,最高時(shí)抬升至基巖面以下2~3 m;非降雨期間,地下水水位持續(xù)下降,連續(xù)3 周不降雨后,水位觀測(cè)孔內(nèi)均未測(cè)到地下水,說明在非降雨集中期基巖裂隙水穩(wěn)定水位位于觀測(cè)孔孔底深度以下,地下水徑流強(qiáng)烈,也說明基巖裂隙非常發(fā)育[3]。
滑坡區(qū)范圍內(nèi)透水層主要是黃土狀粉土和碎石土,通過現(xiàn)場滲水試驗(yàn)測(cè)出的滲透系數(shù)如下:
(1)黃土狀粉土透水性一般,滲透系數(shù)平均值為0.29 m/d。
(2)碎石土透水性好,滲透系數(shù)平均值為24.52 m/d。
根據(jù)現(xiàn)場工程地質(zhì)測(cè)繪,槽探、鉆探揭露,確定該滑坡是沿松散堆積物與基巖分界線向下滑動(dòng),滑帶為松散堆積物與基巖之間的過渡帶,滑動(dòng)帶物質(zhì)成分主要為碎石土?;w由于經(jīng)歷多次滑動(dòng),導(dǎo)致巖土體結(jié)構(gòu)受到不同程度的擾動(dòng),內(nèi)部均勻性較差,空隙較多,局部充填較差,呈半充填狀態(tài),結(jié)構(gòu)較為松散,物理力學(xué)性質(zhì)較不穩(wěn)定。根據(jù)上述勘察結(jié)果,可以確定滑床物質(zhì)成分主要為花崗巖?;残螒B(tài)橫向呈波狀起伏,縱向呈折線形,總體上后陡前緩?;瑒?dòng)破壞可能存在以下兩種方式。
(1)老滑坡體沿滑動(dòng)帶折線滑動(dòng)破壞。由于采石活動(dòng)持續(xù)時(shí)間較長,本區(qū)滑坡體是多次剪切破壞的結(jié)果,形成了多個(gè)老滑坡體。老滑坡屬于牽引式滑坡,滑坡前緣由于受河流侵蝕、人工采石和人工開挖削坡,造成坡面變陡以致失穩(wěn),在后緣引起裂縫,隨著變形的發(fā)展,后緣以后的斜坡體也產(chǎn)生變形失穩(wěn),出現(xiàn)新的滑動(dòng),從而導(dǎo)致滑坡體向后向上發(fā)展,最終形成一個(gè)面積較大且相對(duì)穩(wěn)定的坡面。
通過地質(zhì)調(diào)查,國道下方原有擋土墻形狀規(guī)整,未見明顯變形產(chǎn)生的裂縫,國道路面較為平整,未見橫向鼓張裂縫,綜合認(rèn)為老滑坡體未見繼續(xù)變形特征。在老滑坡體上設(shè)了監(jiān)測(cè)點(diǎn),進(jìn)行短期監(jiān)測(cè),監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)結(jié)果表明,老滑坡體監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)基本一致,未見明顯變形。綜上所述,勘察期間老滑坡體未見繼續(xù)變形的特征,其現(xiàn)狀處于相對(duì)穩(wěn)定狀態(tài),但在強(qiáng)降雨、地震等誘發(fā)因素作用下,老滑坡體極有可能產(chǎn)生沿滑動(dòng)帶呈整體折線滑動(dòng)的破壞。
(2)次生邊坡在堆積層內(nèi)近似圓弧形滑動(dòng)破壞。在2#滑坡和3#滑坡國道上方的次生邊坡存在高臨空面,且坡度較大,后緣已發(fā)現(xiàn)拉張裂縫,并伴有錯(cuò)動(dòng)現(xiàn)象。拉張裂縫在平面上呈圓弧形,在強(qiáng)降雨、地震等誘發(fā)因素作用下,在堆積層內(nèi)發(fā)生近似圓弧形滑動(dòng)破壞。同時(shí)還可能產(chǎn)生局部崩塌或片幫式滑動(dòng)破壞,原因是滑坡后緣壁高度大,邊坡陡,出露地層以黃土為主,垂直裂隙發(fā)育,隨著時(shí)間推移,黃土中可溶鹽成分融水流失,結(jié)構(gòu)被破壞,垂直裂隙擴(kuò)大,當(dāng)深部裂隙完全貫通后,在強(qiáng)降雨和地震等極端誘發(fā)因素作用下,垂直裂隙外側(cè)土體將脫離后緣壁產(chǎn)生淺表層片幫式滑動(dòng)破壞。
計(jì)算參數(shù)的選擇對(duì)計(jì)算結(jié)果具有決定性的影響。綜合鉆探、物探、原位測(cè)試、室外及室內(nèi)等多種勘察成果,計(jì)算中各層巖土主要數(shù)據(jù)如表1 所示。
工況按照最有利直至最不利分為4 種。工況1:自重,不考慮地下水和地震的作用;工況2:自重+地下水(飽和狀態(tài));工況3:自重+地震;工況4:自重+地下水(飽和)+地震作用(最不利工況)[4]。
表1 各層巖土主要計(jì)算參數(shù)Tab.1 Calculation parameters for different layers of soil
根據(jù)不同的滑動(dòng)模式采用不同的計(jì)算模型。對(duì)于折線滑動(dòng)模式,采用傳遞系數(shù)隱式解法進(jìn)行穩(wěn)定性評(píng)價(jià)和推力計(jì)算,并用摩根斯頓-普萊斯(Morgenstern-Price)法進(jìn)行校核。對(duì)于圓弧形滑動(dòng)模式,采用畢肖普(Bishop)法進(jìn)行穩(wěn)定性評(píng)價(jià)和推力計(jì)算,并用摩根斯頓-普萊斯法和簡布(Janbu)法進(jìn)行校核[5-6]。1#~4#滑坡每個(gè)滑坡設(shè)置1 條折線計(jì)算剖面和1 條圓弧形計(jì)算剖面。以1#滑坡體為例計(jì)算,1#滑坡體折線和圓弧滑動(dòng)計(jì)算剖面模型見圖3、圖4,穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果見表2、表3。
圖3 1#滑坡體折線滑動(dòng)計(jì)算剖面模型Fig.3 Cross-section model of polyline-sliding calculation of 1# landslide mass
圖4 1#滑坡體圓弧滑動(dòng)計(jì)算剖面模型Fig.4 Cross-section model of arc-sliding calculation of 1# landslide mass
1#滑坡體邊坡穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果見表2 和表3。
表2 1#滑坡體折線滑動(dòng)穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果Tab.2 Calculation results for stability of polyline-sliding of 1# landslide mass
表3 1#滑坡體圓弧形滑動(dòng)穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果Tab.3 Calculation results for stability of arc-sliding of 1# landslide mass
1#老滑坡體沿滑動(dòng)帶呈整體折線形滑動(dòng)破壞時(shí),工況1 和2 條件下,1.05≤FS<1.15,老滑坡體處于基本穩(wěn)定狀態(tài)。工況3 條件下,1.00≤FS<1.05,老滑坡體處于欠穩(wěn)定狀態(tài),安全儲(chǔ)備不足。工況4 條件下,F(xiàn)S<1.00,老滑坡體處于不穩(wěn)定狀態(tài)。
如表3,各種工況下FS<1.00,但考慮到黃土結(jié)構(gòu)的特殊性,黃土直立性好,臨空面自穩(wěn)能力強(qiáng),垂直裂隙發(fā)育,在強(qiáng)降雨、地震等極端條件下,在堆積層內(nèi)發(fā)生近似圓弧滑動(dòng)的可能性大;在目前沒有強(qiáng)降雨的情況下高臨空面邊坡可能會(huì)在垂直裂隙發(fā)育的表層發(fā)生塌落式、片幫式滑動(dòng)破壞。綜上所述,后緣壁高臨空面邊坡在所有工況下均處于不穩(wěn)定狀態(tài)。計(jì)算結(jié)果和野外踏勘定性結(jié)果吻合:老滑坡體在野外沒有發(fā)現(xiàn)明顯的滑動(dòng)地質(zhì)跡象,說明老滑坡體在天然狀態(tài)下比較穩(wěn)定,但是表層的新近沉積層和風(fēng)化層局部存在小型崩塌和掉塊現(xiàn)象。
按照上述計(jì)算模型4 個(gè)滑坡體總計(jì)進(jìn)行8 個(gè)計(jì)算模型。8 個(gè)計(jì)算模型結(jié)果是:4 個(gè)滑坡體的老滑坡體現(xiàn)在處于基本穩(wěn)定狀態(tài),但在地震和強(qiáng)降雨作用等極端因素作用下,老滑坡體處于不穩(wěn)定狀態(tài),需采取工程措施進(jìn)行治理;1#、2#及3#滑坡體后緣壁高臨空面邊坡處于不穩(wěn)定狀態(tài),需采取工程措施進(jìn)行治理。
(1)防水排水措施。在滑坡后緣山頂及兩側(cè)周界設(shè)置環(huán)形截水溝,使地表水不能進(jìn)入滑坡體;在老滑坡體范圍內(nèi)設(shè)置橫向和縱向排水溝,使地表水排出滑坡體和邊坡以外,并注意溝渠的防滲;整平地表,堵塞裂縫和夯實(shí)松動(dòng)地面,筑隔滲層,減少地表水下滲。
(2)削坡減重措施。1#、2#和3#老滑坡體坡度過陡,可采取分級(jí)臺(tái)階、自上而下的方式進(jìn)行削坡減重治理;1#和2#滑坡體后緣壁臨空面過高過陡,采取分級(jí)臺(tái)階、自上而下的方式進(jìn)行削坡治理。對(duì)不穩(wěn)定危巖體及浮石進(jìn)行清理,對(duì)于規(guī)模小、危險(xiǎn)程度高的危巖體,可采用靜態(tài)爆破或手工方法予以清除消除隱患,降低臨空面高度,減小斜坡坡度和上部荷載。
(3)支擋工程措施。在國道靠近老滑坡體側(cè)設(shè)置支擋結(jié)構(gòu),可選用經(jīng)濟(jì)適用的重力式擋土墻支擋結(jié)構(gòu),防止淺表層滑坡和落石對(duì)公路車輛和人員的傷害。建議在國道靠近老滑坡體側(cè)設(shè)置被動(dòng)防護(hù)網(wǎng),阻止崩塌巖石土體的下墜,起到邊坡防護(hù)作用。
(4)植被修復(fù)措施。對(duì)各老滑坡體坡面及1#、2#、3#滑坡后緣壁臨空面邊坡削坡治理后,可采取植被修復(fù)措施,提高坡面抗風(fēng)化能力,減少雨水沖刷。
(1)采用槽探、鉆探、物探、原位測(cè)試、室外室內(nèi)試驗(yàn)等多種方法勘察,綜合判斷巖土的物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo),能夠充分保證土層指標(biāo)的準(zhǔn)確性,能夠使計(jì)算出來的結(jié)果與野外地質(zhì)定性調(diào)查很好地吻合,在項(xiàng)目實(shí)踐中效果顯著。
(2)4 個(gè)滑坡體處于基本穩(wěn)定狀態(tài),但在地震和長時(shí)間強(qiáng)降雨等極端因素作用下,滑坡體處于不穩(wěn)定狀態(tài)。1#、2#、3#滑坡體后緣壁高臨空面邊坡處于不穩(wěn)定狀態(tài),需采取工程措施進(jìn)行治理。
(3)滑坡治理措施可以采取降排水、削坡減重、擋墻支擋、植被修復(fù)等措施。