安徽涇縣桃花潭村鳳形莊組崩塌成因機制分析及穩定性評價

彭喜明,劉邦本,汪 濤,陳 爽

(1.涇縣地質環境監測中心,安徽 宣城 242500;2.涇縣自然資源和規劃局,安徽 宣城 242500;3.安徽涇縣恒信礦業有限責任公司,安徽 宣城 242500)

1 工程概況

崩塌區位于安徽省涇縣桃花潭村鳳形莊組鳳形賓館后,崩塌區域長度約 54.5 m,坡高 3.3～5.8 m,坡度約 70°～80°,坡向 305°,節理裂隙發育,主要有 305°∠80°、295°∠73°和272°∠74°三組。坡面多次發生巖石沿裂隙崩塌,坡頂上部水泥地坪因崩塌已局部懸空,現坡面整體凹凸不平,局部存在突出危巖體,坡面巖石裂隙發育,破碎情況較嚴重。結合現場調查,臨空危巖在暴雨及其它誘發因素作用下易沿裂隙面崩落,對該邊坡上部和下部居民生命財產安全造成嚴重威脅(圖1)。

圖1 危巖崩塌區航拍圖

圖2 赤平投影圖

本文針對該崩塌區發育的2處崩塌點(A、B)的形態、巖體結構和變現特征進行研究、危巖體受巖性、結構面、微地貌控制、其基本特性分述如下:

A點崩塌坡度 60°,崩塌高度 5.7 m。根據鉆探情況,表層 0.5～1 m 為強風化花崗閃長巖,基巖結構大部分被破壞,礦物成分顯著變化,呈砂土夾碎塊狀,少量殘塊稍硬;下部為中風化花崗閃長巖,巖體結構部分破壞,巖體較破碎。該兩層節理裂隙發育,崩塌原因主要為降雨影響。

B崩塌點位于西南側,該點高度為 4.5 m,上部 2 m 發生滑移式崩塌,方量約 15 m3,未導致人員傷亡,房屋局部輕微損壞,屬小型崩塌。根據現場勘查量測,坡度 65°。根據鉆探情況,崩塌前表面為強風化花崗閃長巖,崩塌發生后現表面為中風化花崗閃長巖,巖體結構部分破壞,巖體較破碎。

2 工程地質條件

涇縣屬亞熱帶向暖濕帶過渡的季風濕潤氣候,年平均氣溫15.4℃[1]。危巖崩塌區巖性單一:(1)第四系全新統蕪湖組(Q4w):下部為灰白色礫石層,礫徑1～4 cm,粗砂充填,分選、磨圓好,厚度0.5～2 m;上部為灰黃色粉質粘土,含少量的螺殼,夾粉砂透鏡體,厚度3～5 m[2]。(2)白堊世侵入巖(γ53):黃褐色、青灰色花崗閃長巖,中細粒結構,塊狀構造,屬較軟巖[3]。

崩塌區地下水類型主要為碎屑類基巖裂隙水。碎屑巖類基巖裂隙水:由白堊世侵入巖(γ53)花崗閃長巖組成,構造裂隙發育,且裂隙開啟程度好,地下水賦存于構造裂隙中,地下水較小。對工程有直接影響的主要為地表降水入滲,降水的長期入滲、浸潤作用使土體及強風化巖軟化,導致巖土體抗剪強度減小;雨期匯水飽和使巖土體有效抗剪強度變低;此外水的重力增加了下滑力;降水入滲及基巖中。所在區域地震活動不強烈,也不頻繁,屬于低烈度區。

3 成因機制分析

據崩塌區所處的地質環境分析,危巖體的形成包括內部條件和外部條件兩類,內部條件包括地形地貌、地層巖性、坡體結構、高陡臨空面;外部條件包括:降雨、風化、地震、植被、人類工程活動等。

3.1 地形地貌因素

研究區為侵蝕剝蝕低丘陵地貌,地形和巖性都屬于地質環境條件較為脆弱地段,長期的物理、化學風化作用下,具有形成殘積層厚度大、粘性差的特點,加之人工削坡后地形陡峻,十分有利于形成崩塌地質災害。

3.2 巖土性質

根據勘查,研究區巖體主要為花崗閃長巖,風化程度高、節理裂隙發育,表層工程性能差,長期在大氣降水的滲入情況下,土體的含水量趨于飽和,土體的抗剪強度隨之變小,導致土體的抗變形能力變差,極易產生滲透變形、崩塌,不利于邊坡的穩定。

3.3 降雨因素

涇縣桃花潭鎮屬亞熱帶季風氣候,每年的 5-9月份雨季的大暴雨或持續降雨,是導致崩塌活動的主要激發因素。在長時間或強降雨條件下,不僅使表層土體飽水軟化,而且入滲后沿軟弱滑動面徑流排泄,降低了滑體與滑床間的摩阻力,土體自重增加,抗剪強度降低,容易引起滑移變形破壞。同時受構造運動和基巖節理裂隙發育影響,降雨沿基巖裂隙下滲形成地下水,并向溝谷、坡腳平臺排泄。層面裂隙成為地下水賦存的良好條件水量較為豐富,為崩塌形成創造條件。

3.4 人類活動因素

通過現場實地勘查,區內建有居民房屋,受地形限制,該處屬于開挖山體削坡建房,切坡高約 3～5 m,平均坡度約 60°。由于人類的工程建設活動改變了原始環境地貌,并形成了人工邊坡臨空面,且房屋后側山體未采取加固措施。

4 崩塌危巖體特征與穩定性評價

4.1 定性評價

該段邊坡沿居民建筑物坡腳長約 35 m,坡體坡向整體較規則,約為 305°,坡體坡度為 70°～80°,坡腳標高約為 62.0～63.5 m,坡頂標高約為 66.7～68.1 m。該段地層:表層為約 1 m 厚的第四系、約 1～3 m 厚的強風化花崗閃長巖、中風化花崗閃長巖為主,出露的中風化粉砂巖層節理、裂隙發育。經現場對其進行節理、裂隙統計,主要發育有 270°∠80°、290°∠63°等裂隙,巖層為順坡向巖層,經赤平投影分析,易產生局部崩塌,產生平面滑動的可能性不大,現場調查發現以崩塌為主。

綜上所述,結合本次現場調查可知崩塌邊坡為人工切坡,邊坡表面巖體破碎,節理裂隙發育且表面存在松動危巖塊體,存在多處臨空面,根據赤平投影分析,崩塌邊坡整體穩定性較好,但由于大量松動危巖塊體的存在,在降雨、施工震動等不利荷載作用下,崩塌區邊坡易產生局部塊體崩落破壞。

4.2 定量評價分析

崩塌體(潛在)結構面按各自特征選取代表性斷面進行穩定性計算,選取最不利結構面進行計算,并對可能發生崩塌的類型、途徑及危害程度做出預測。

4.2.1 計算工況及公式

根據《崩塌防治工程勘查規范(試行)》(T/CAGHP 011-2018)相關內容,結合本項目崩塌特征,此次計算天然工況和暴雨工況下危巖穩定系數,計算內容為后緣無陡傾裂隙的滑移式危巖的穩定性。計算公式如下:

(1)

式中:V為充當滑面的裂隙貫通段水壓力(kN/m);L為滑面長度(m);c為滑面粘聚力( kPa),當充當滑面的裂隙未貫通時取貫通段和未貫通段粘聚力按長度加權的加權平均值,未貫通段粘聚力取巖體粘聚力,滑面受基座巖體強度控制時,取巖體粘聚力;φ為滑面內摩擦角(°),當充當滑面的裂隙未貫通時取滑面平均內摩擦系數的正切,滑面平均內摩擦系數取貫通段和未貫通段內摩擦系數按長度加權的加權平均值,未貫通段內摩擦系數取巖體內摩擦系數,滑面受基座巖體強度控制時,取巖體內摩擦角;θ為滑面傾角(°);Qh、Qv為水平地震荷載和垂直地震荷載;G為危巖的重量(含地面荷載)(kN/m)。

4.2.2 物理力學參數選取

物理力學性質參數選取,主要參考現地質調查資料,并結合《巖石力學參數手冊》、《工程巖體分級標準》(GB/T50218-2014)及《建筑邊坡工程技術規范》(GB50330-2013)等規范經驗值進行選取,對于邊坡巖體的各項參數結合類比法及地區經驗取值,詳見表1。

表1 基巖物理力學性質特征表

表2 崩塌巖體結構面物理參數表

4.2.3 計算結果及分析

根據現場調查和分析,確定崩塌(潛在)的破壞模式、計算方法,對崩塌(隱患點)進行穩定性計算和分析評價,具體計算結果見表3。

表3 崩塌穩定性計算結果

根據上述計算分析結果可得出以下結論:(1)在天然和暴雨工況下巖體邊坡處于基本穩定狀態;(2)外力作用達到一定程度時,將可能失穩形成崩塌。定性分析、理論計算與現場實際穩定性狀況吻合,計算結果真實可信。

5 防治建議

(1)削坡、浮石清除。坡面為松散巖土及塊石,須削坡處理,并對削坡后出現的松動巖體和已貫通裂隙的巖體、坡面碎石、浮石等不穩定巖土體進行清除,使坡面達到基本平整,消除邊坡地質災害隱患,保證邊坡穩定。

(2) 主動防護網。建議整體坡面采用 SNS 主動防護網進行防護,其通過鋼絲繩錨桿和支撐繩固定方式,將作為系統主要構成的柔性網覆蓋在有潛在地質災害的坡面上,從而實現其防護目的。

(3)截排水工程。截排可利用現有散水和水泥地坪順坡截流。

(4)監測機制。布置地表水平位移和垂直位移監測點

6 結語

根據地質情況,危巖崩塌區內危巖主要是滑塌式危巖,危害性大。穩定性評價顯示當外力作用達到一定程度時,將可能失穩形成崩塌,推薦采用削坡后采用錨桿+主動防護網的治理措施。