岳艷艷，史繼彪

徐州中礦巖土技術(shù)股份有限公司，徐州 221100)

隨著人類工程活動(dòng)的開(kāi)展，邊坡開(kāi)裂、失穩(wěn)等地質(zhì)災(zāi)害越來(lái)越多，對(duì)公路、鐵路、機(jī)場(chǎng)、管道等設(shè)施的安全運(yùn)行造成了一定影響。高盛翔等[3]研究分析了云南成品油管道安寧高填方邊坡坡頂非失穩(wěn)性坡頂開(kāi)裂規(guī)律;王磊等[4]對(duì)云南麗江某高邊坡進(jìn)行了穩(wěn)定性評(píng)價(jià)并提出邊坡治理措施;賀志杰等[5]采用數(shù)字散斑相關(guān)方法(DSCM)進(jìn)行邊坡變形監(jiān)測(cè)。國(guó)內(nèi)學(xué)者在邊坡災(zāi)害機(jī)理及治理研究取得了一些成果[6-9]。

研究區(qū)邊坡位于湖北省潛江洪荊線86#樁附近，2019年8月發(fā)現(xiàn)坡頂開(kāi)裂現(xiàn)象，可能危及輸油管道安全。結(jié)合實(shí)地勘察、測(cè)繪資料及土工測(cè)試數(shù)據(jù)，分析邊坡工程地質(zhì)性質(zhì)及坡體開(kāi)裂變形特征，在此基礎(chǔ)上，通過(guò)模擬計(jì)算與簡(jiǎn)易監(jiān)測(cè)，計(jì)算邊坡穩(wěn)定性并分析開(kāi)裂原因，提出針對(duì)性防治建議，現(xiàn)狀下邊坡處于安全穩(wěn)定狀態(tài)。

1 邊坡變形特征

1.1 坡頂開(kāi)裂概況

洪荊線86#樁附近輸油管道中心埋深1.3～1.5 m，兩側(cè)開(kāi)挖土方制磚形成高邊坡，自20世紀(jì)90年代以來(lái)從南向北依次修建3段邊坡防護(hù)擋墻：20世紀(jì)90年代修建南段磚砌擋墻，2015年修建中段漿砌塊石擋墻與護(hù)坡，2016年修建北段漿砌塊石擋墻與護(hù)坡。

2019年8月管理單位巡檢發(fā)現(xiàn)南段及中段坡頂縱向開(kāi)裂，疑似邊坡失穩(wěn)前兆，開(kāi)展了簡(jiǎn)易測(cè)量：裂縫與管道及坡頂線近平行，交錯(cuò)發(fā)育1～2條，總長(zhǎng)度約170 m，寬3～5 cm，可測(cè)深度最高達(dá)1.3 m(圖1)。

圖1 研究區(qū)坡頂裂縫現(xiàn)場(chǎng)照片

1.2 南側(cè)邊坡變形特征

南段邊坡為磚砌擋墻支擋，坡頂裂縫分為兩類，一類位于東側(cè)坡肩，呈斷續(xù)分布，單條裂縫長(zhǎng)度0.5～1.5 m；另一類位于坡頂中部、管道側(cè)邊，連續(xù)性較好，長(zhǎng)度約5～9 m。

現(xiàn)狀下?lián)鯄φw性完好，局部表面砂漿層脫落，無(wú)明顯墻體開(kāi)裂、擠鼓、斷陷特征，無(wú)樹(shù)木根系破壞特征，坡面平整無(wú)“馬刀樹(shù)”等滑坡痕跡，坡腳溝槽處有明顯回填土沉降固結(jié)而形成的坳陷。

1.3 中段邊坡變形特征

中段邊坡為漿砌塊石支擋，擋墻外側(cè)勾縫完好，頂部抹面砂漿中部存在走向方向的裂縫。坡面植草磚多開(kāi)裂，局部底襯砂漿側(cè)擠破裂，磚孔內(nèi)有灌木、喬木生長(zhǎng)，存在較明顯的“馬刀形”，其余坡面總體較完整，無(wú)擠鼓、開(kāi)裂等不良特征。

坡頂開(kāi)裂為兩條近平行分布的裂縫，連續(xù)性較好，最大可測(cè)深度1.0～1.3 m，寬度約3～5 cm，裂縫上大下小，兩側(cè)無(wú)錯(cuò)臺(tái)。裂縫至坡頂邊緣處存在走向坳陷，高差10～20 cm。踏勘期間對(duì)裂縫進(jìn)行了觀測(cè)，斷面處有植物根系伸出，較平整，未發(fā)現(xiàn)水蝕痕跡。

1.4 北段邊坡變形特征

北段邊坡西側(cè)為歷史開(kāi)挖的魚(yú)塘，東南側(cè)為磚廠正在開(kāi)挖的取土坑，最大實(shí)測(cè)深度約15.8 m。坡頂較中段南段寬，坡度基本一致，暫未發(fā)現(xiàn)裂縫。

踏勘期間坡腳截水溝存細(xì)長(zhǎng)流水，水面以上1 m范圍內(nèi)潮濕，土質(zhì)為灰色粉質(zhì)粘土，輕微腥臭味，可塑，干強(qiáng)度高。距首次踏勘20 d后，取土坑底部形成突涌水塘，最大水深約4.9 m，坡腳處存在穩(wěn)定的滲出水流。

2 地質(zhì)環(huán)境條件

研究區(qū)地處長(zhǎng)江與漢江沖積形成的江漢平原，管道附近制磚廠經(jīng)過(guò)20余年挖方取土，于管道兩側(cè)形成挖方邊坡，坡度30°～45°，坡高7.4～15.8 m，多數(shù)挖方區(qū)積水開(kāi)發(fā)成為養(yǎng)殖魚(yú)塘，坡頂開(kāi)裂期間研究區(qū)東北側(cè)仍在開(kāi)挖取土。

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)踏勘及周邊地形測(cè)繪，結(jié)合場(chǎng)地地形條件、取土場(chǎng)出露地層和魚(yú)塘、涌水點(diǎn)分布情況，本次共布設(shè)8個(gè)勘察孔，同時(shí)均下設(shè)井管構(gòu)成水文觀測(cè)孔。根據(jù)勘察成果，研究區(qū)巖土體自上而下劃分為：①雜填土：主要為路基碎石、磚塊和植物根系，力學(xué)性質(zhì)差；②粉土：棕黃色，稍濕，中密；③粉質(zhì)黏土：灰褐色，可塑，干強(qiáng)度中等，韌性中等；④黏土夾粉砂：灰黑色，軟塑-可塑，有機(jī)質(zhì)含量較高，力學(xué)性質(zhì)一般～中等；⑤含砂漿黏土：灰黑色，硬塑，含砂漿、鐵錳團(tuán)塊，干強(qiáng)度高，韌性高；⑥黏土：黃褐色，硬塑，干強(qiáng)度高，韌性高，力學(xué)性質(zhì)好；⑦黏土：棕色～灰褐色，軟塑～可塑，分布不均，力學(xué)性質(zhì)一般；⑧粉砂：灰黑色，中密，級(jí)配不良，為承壓含水層。典型工程地質(zhì)剖面圖見(jiàn)圖2所示。

圖2 工程地質(zhì)剖面圖

研究區(qū)周邊河網(wǎng)縱橫，區(qū)內(nèi)分布有東西兩排魚(yú)塘，水位埋深1.5～4.5 m，水位四季變化幅度小于0.5 m。地下水類型主要為松散層孔隙潛水和承壓水。潛水含水層以雜填土和下層粉土為主，透水性中等，水位與魚(yú)塘基本保持一致。承壓含水層以粉砂層為主，平均水位埋深6.46 m。潛水和承壓水層之間均勻分布有超過(guò)10 m的黏性土隔水層，相互間水力聯(lián)系微弱。

地下水補(bǔ)給以降雨入滲和河流補(bǔ)給為主。潛水排泄通道主要為灌溉、養(yǎng)殖，少部分蒸發(fā)，區(qū)內(nèi)承壓水擊穿取土坑底形成突涌“泉眼”排泄形成承壓水池塘，勘查期間由制磚廠潛水泵向南側(cè)魚(yú)塘和北側(cè)溝渠抽排，流量30～60 m3/h。

3 邊坡變形監(jiān)測(cè)與分析

自坡頂開(kāi)裂后，管理單位采取彩條布覆蓋隔水應(yīng)急措施，加強(qiáng)巡檢，巡檢期間未發(fā)現(xiàn)裂縫加劇、擋墻護(hù)坡措施進(jìn)一步損毀情況。同時(shí)，開(kāi)展10處裂縫寬度定點(diǎn)簡(jiǎn)易監(jiān)測(cè)工作(圖3)，監(jiān)測(cè)期間僅10月13日和14日凌晨有小雨，其余時(shí)間均無(wú)降雨，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)見(jiàn)圖4所示。

1.輸油管線；2.地裂縫及編號(hào)；3.護(hù)坡及擋墻；4.地面要素；5.剖面號(hào)；6.邊坡圖3 研究地形條件示意圖

圖4 裂縫寬度觀測(cè)記錄

從監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)上看，整體無(wú)統(tǒng)一規(guī)律性變化，裂縫寬度無(wú)明顯變化，趨于穩(wěn)定。

4 邊坡穩(wěn)定性分析

4.1 計(jì)算參數(shù)選取

綜合勘察成果和土工測(cè)試數(shù)據(jù)，選取各巖土層模型參數(shù)見(jiàn)表1所示。

表1 模型參數(shù)選取表

4.2 邊坡穩(wěn)定性模擬計(jì)算

邊坡穩(wěn)定性采用按天然工況，采用簡(jiǎn)化Bishop條分法進(jìn)行計(jì)算評(píng)價(jià)。

邊坡坡高7.4～15.8 m，破壞后果很嚴(yán)重，安全等級(jí)一級(jí)，按規(guī)范[1]要求，邊坡穩(wěn)定性狀態(tài)按表2確定。

表2 滑坡穩(wěn)定性狀態(tài)劃分

由北向南共選取9條剖面(圖2)進(jìn)行邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)計(jì)算，全國(guó)計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表3，典型計(jì)算圖見(jiàn)圖5。結(jié)果顯示，整體邊坡處于基本穩(wěn)定～穩(wěn)定狀態(tài)。

圖5 剖面4-4′ 穩(wěn)定安全系數(shù)計(jì)算圖

表3 邊坡整體穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果統(tǒng)計(jì)表

4.3 填土固結(jié)沉降分析

研究區(qū)管道溝槽開(kāi)挖回填為2016年左右進(jìn)行，各部位裂縫均有可能是填土固結(jié)沉降導(dǎo)致的不均勻變形而形成拉裂縫，現(xiàn)場(chǎng)變形較大，排除其對(duì)邊坡整體穩(wěn)定性的影響。北段擋墻和護(hù)坡砌筑時(shí)間為2016年，根據(jù)結(jié)構(gòu)圖和現(xiàn)場(chǎng)外觀調(diào)查，坡面有30 cm厚的人工砌筑層，擋墻整體結(jié)構(gòu)性好，擋墻后背填土的固結(jié)變形對(duì)坡面影響很小。南段磚砌擋墻年代較久，擋墻因基槽開(kāi)挖造成的坡面變形早已穩(wěn)定。

中段漿砌石擋墻砌筑于2015年，坡面采用六角空心植草磚，是本次裂縫最為連續(xù)區(qū)域，針對(duì)該段坡腳管溝回填土和擋墻墻背回填土進(jìn)行應(yīng)力應(yīng)變分析，選取4-4′ 剖面計(jì)算得XY位移和X應(yīng)變分別見(jiàn)圖6和圖7。

圖6 剖面4-4′ XY位移等值線圖

圖7 剖面4-4′ X應(yīng)變等值線圖

結(jié)果顯示，在中段坡腳回填土和擋墻墻背回填土共同固結(jié)沉降影響下，坡肩處出現(xiàn)拉應(yīng)變區(qū)，與現(xiàn)場(chǎng)裂縫發(fā)生的位置一致；在擋墻墻背出現(xiàn)位移較大和應(yīng)變集中區(qū)，與現(xiàn)場(chǎng)出現(xiàn)的“馬刀樹(shù)”、植草磚破損以及墻背部分開(kāi)裂的情況相符。

4.4 滲流穩(wěn)定性評(píng)價(jià)分析

研究區(qū)含水層分布與區(qū)域地下水情況保持一致，結(jié)合地下水位觀測(cè)結(jié)果以及調(diào)查期間新形成的開(kāi)挖突涌點(diǎn)高程綜合展開(kāi)滲流穩(wěn)定性分析。

潛水水位與魚(yú)塘水位基本保持一致，總體呈西高東低的趨勢(shì)，水力坡度約0.5°～2°，呈由北向南減小趨勢(shì)，北段擋墻坡腳有滲水出露，清澈不含泥沙，表明坡體不存在東西兩側(cè)貫穿的潛蝕滲流破壞情況，排除潛水對(duì)邊坡整體穩(wěn)定性的不利影響。

承壓水突涌穩(wěn)定性采用以下公式[7]計(jì)算：

式中,Kh為突涌穩(wěn)定安全系數(shù)；D為承壓含水層頂面至坑底的土層厚度(m)；γ為承壓含水層頂面至坑底土層的天然重度(kN/m3)；hw為承壓水含水層頂面的壓力水頭高度(m)；γw為水的重度(取9.8 kN/m3)。

對(duì)突涌點(diǎn)根據(jù)按1-1′ 和2-2′ 剖面地層進(jìn)行滲流穩(wěn)定性驗(yàn)算，結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 承壓水突涌穩(wěn)定性驗(yàn)算表

結(jié)果顯示，突涌安全系數(shù)均已小于1.1的極限值，與承壓水分布和現(xiàn)場(chǎng)突涌等情況相符，并非邊坡坡腳滑移失穩(wěn)導(dǎo)致的滲水，排除承壓水對(duì)邊坡整體穩(wěn)定性的不利影響。

5 坡頂開(kāi)裂成因分析

結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)地形、工程地質(zhì)特征、地下水情況，以及坡腳管溝開(kāi)挖、擋墻修筑、磚廠取土、突涌點(diǎn)分布等工況調(diào)查與分析，從強(qiáng)度、變形、滲流穩(wěn)定性方面歸納坡頂開(kāi)裂可能誘因有以下幾種可能：①坡體整體穩(wěn)定安全系數(shù)不足，土層滑動(dòng)導(dǎo)致坡頂開(kāi)裂；②擋墻后背回填土固結(jié)沉降變形，引起坡頂開(kāi)裂；③地下水滲流引起的坡體土顆粒潛蝕；④地下水水位下降不均引起的坡頂不均勻沉降；⑤管道溝槽開(kāi)挖回填引起的不均勻沉降裂縫。

經(jīng)穩(wěn)定性安全系數(shù)計(jì)算，除一處剖面“基本穩(wěn)定”外，其余段均為“穩(wěn)定”狀態(tài)。

經(jīng)計(jì)算分析，北段通過(guò)突涌計(jì)算和滲流分析，排除地下水對(duì)坡體穩(wěn)定性的影響。中段坡體裂縫形成原因?yàn)閾鯄蟊郴靥钔凉探Y(jié)沉降，現(xiàn)狀下已趨于穩(wěn)定，對(duì)邊坡整體穩(wěn)定性無(wú)影響。南段裂縫形成原因?yàn)檩斢凸艿罍喜坶_(kāi)挖回填，不均勻沉降引起表層土體拉裂，現(xiàn)狀下已趨于穩(wěn)定，對(duì)整體穩(wěn)定性無(wú)影響。

6 結(jié)論

本文在查明研究區(qū)工程地質(zhì)水文地質(zhì)條件前提下，根據(jù)邊坡形成時(shí)間和護(hù)坡條件分為北段、中段和南段3種情況，采用數(shù)值模擬和解析解分析方法，分別計(jì)算驗(yàn)證了邊坡整體穩(wěn)定性、地下水滲流穩(wěn)定性和擋墻回填土固結(jié)沉降變形。排除了邊坡整體失穩(wěn)和滲流破壞失穩(wěn)兩種不利狀態(tài)，得出坡體開(kāi)裂原因主要為擋土墻墻背回填土固結(jié)沉降引起的坡表不均勻拉裂，次要原因?yàn)楣艿罍喜刍靥钔敛痪鶆虺两狄鸬钠卤聿痪鶆蚶选?/p>