潮州某大型高陡滑坡数值模拟分析及治理措施.pdf

2023年第42 卷第4期5 19 5 2 3 页云南地质CN53-1041/PISSN1004-1885潮州某大型高陡滑坡数值模拟分析及治理措施李晓淳（广东省有色金属地质局九三一队，广东汕头5 15 0 41）摘要：潮州市某处高陡边坡受连日强降雨影响，发生小规模滑塌，造成坡体后缘段开裂。通过工程勘查及数值模拟，对现有边坡稳定性进行分析，提出综合治理方案设计，为后续施工及监测提供参考依据，以达到消除隐患的目的。关键词：高陡滑坡；数值模拟；锚杆施工；边坡稳定性分析；治理效果；广东潮州中图分类号：P642.22该高陡滑坡段山体表面取土呈六级阶梯形状，崩塌区域为山体中部底下两级坡面，主崩约2 41，相对高差约3 6 m，坡度6 0 6 5，局部8 0，形成陡坎状。整体坡长超16 0 m，已发生局部崩塌的边坡段长约40 m。边坡已有8 处明显的崩塌，引致更大面积基岩裸露，加大了坡角。据裂隙延展情况推测，后续崩塌影响厚度0.3 m2.5m，构成边坡危岩体体积约48 0 0 m，目前处于不稳定状态。滑坡紧邻坡脚村民及坝体，潜在威胁人口约13 0 人，潜在经济损失约6 0 0 万元，应及时治理。1地质环境条件1.1地形地貌滑坡区域为剥蚀丘陵地貌，北部高，南部低，自北向南倾斜，由山地、丘陵、平原逐渐过渡。地灾点地貌类型属丘陵区，地形标高总体东南部高，多丘陵分布，沟系发育。海拔高程3 9 m118 m，地形坡度约6 0，较陡的坡度可造成岩土体下滑势能增大，易发生斜坡失稳变形，引发地质灾害。1.2地层岩性滑坡区地层为上侏罗统高基坪群上亚群（J3gj）凝灰岩，地表局部为第四系土层（Q）。（1）上侏罗统高基坪群上亚群（J3gj）凝灰岩，表层岩石全风化-强风化，岩石破碎，整段边坡呈半岩半土状。坡体总体倾向2 41，岩层倾向与坡向相近，深部基岩较稳定。（2）第四系（Q）：人工填土（Q）和第四系残坡积层（Q），坡积层主要分布于崩塌边坡顶部较平缓坡麓地带，黄褐色、黄白色粘土和粉质粘土；人工填土为修筑东溪西大桥取土时人工回填土，黄白色，湿，松散，为回填的凝灰岩风化土及岩块。1.3地质构造勘查区内未见断裂构造，受区域地质构造断裂带影响，节理裂隙极发育。岩石网状风化，边坡地表部岩石呈碎块、细粒状剥落，松散破碎。1.4水文地质条件滑坡区地下水类型有松散岩类孔隙水、基岩裂隙水两类。松散岩类孔隙水分布于第四系土层中，以残坡积砂质粘性土和粉质粘土构成第四系黏性土层，混少量粉细砂粒，分布相对连续。透水性弱，富水性较差，可视为相对隔水层。整个山坡坡面均为一定厚度的残坡积土层覆盖。地下水量贫乏，主要由大气降水渗人补给，水位升降受气候因素影响明显，雨水季收稿日期：2 0 2 3-6-19作者简介：李晓淳（1995），男，广东汕头市人，水工环地质工程师，从事水工环地质勘查工作。文献标识码：A文章编号：10 0 4-18 8 5（2 0 2 3）4-5 19-5520节潜水水位上升，枯水季节水位下降。块状岩石裂隙水分布于上侏罗统高基坪群上亚群凝灰岩为主的火山岩风化裂隙和构造裂隙中，丘陵地带水力性质为潜水，缓坡地带因残坡积土覆盖转化为承压水。岩层富水性随裂隙发育情况变化，一般浅部风化层节理裂隙较发育，深度增加而减少和闭合，钻孔揭示岩层浅部各类裂隙较发育，往深部岩石完整性较好，也无大的裂隙破碎带。总体上整个含水层透水性不强，水量不大，据原坡脚处出露的泉点（S1）观测泉流量为0.0 9L/s，反映基岩裂隙含水层富水性弱。1.5工程地质条件滑坡区岩土层从上至下分5 层：素填土、凝灰岩残坡积土层、全风化凝灰岩、强风化凝灰岩、中风化凝灰岩。属土质边坡，由残坡积土和全-强风化凝灰岩组成，土体呈土黄、砖红色，含少量中细粒石英砂及岩屑，稍湿，可塑，局部硬塑，结构较松散，力学强度较低，稳定性较差，饱水易崩解软化。暴雨或人工扰动影响下，易引发崩塌滑坡地质灾害。2滑坡形成影响因素据滑坡区所处地质环境分析，滑坡地质灾害由内外部相关因素共同作用导致。内部条件包括地形地貌、地层岩性、地质构造、坡体结构、高陡临空面；外部条件包括：降雨、风化、植被、人类工程活动、地震等。导致滑坡地质灾害的岩土物理学性质主要表现包括：松软黏土以及风化岩石，究其原因是上述地质层岩土黏结强度相对较低，出现滑坡地质灾害的概率明显更高。2.1内部条件地形地质条件是滑坡地质灾害形成基础，滑坡区位于丘陵地带，由于构成边坡的土质成分差异性，其具有黏结性差，遇水松软的特性，在强降雨和强历时降雨影响下，地表水长期径流和强降雨片流冲刷土质边坡，并通过局部土体的裂缝或裸露的坡面渗人边坡土层中，边坡土体由于受地形和地下水的长期作用，土层软化，土体物理力学强度减弱，且处于饱水状态，土体容重增大，边坡土体沿软弱面产生土体失重，边坡向下崩落，形成滑坡地质灾害。2.2外部条件降雨对边坡岩体稳定性的影响主要表现在每年4月至9月雨季的大暴雨或持续降雨，近5 0 年来，日最大降雨量可达2 8 0.8 mm。滑坡区域多年人工取土，坡面呈裸露状，加速了岩土体风化，且无植被覆盖，在雨季暴雨作用下，随着雨水人渗量加大，使土体浸水饱和，增加了坡体自重，进而诱发松散土体发生松动，加剧土体的变形和破坏。3王现状滑坡稳定性分析据工程勘查报告提供参数（表1），对现状滑坡进行稳定性分析，为后续的工程设计提供依据。Tabl.Recommended Values for Design Parameters of Each Rock and Soil Layer项目承载力特征挡墙基底与锚固体粘结强度土对挡墙墙背的土层名称值fa(KPa)摩擦系数u特征值fh（K Pa)素填土100140碎石土190230全风化凝灰岩280强风化凝灰岩334中风化凝灰岩1820经计算，滑坡最危险滑动面在天然状态下计算边坡稳定系数Ks=1.04，强降雨条件下稳定系数Ks=0.95，根据建筑边坡工程技术规范（GB50330-2013），现状滑坡处于不稳定状态，在遭遇强降雨时会进一步发生滑塌，导致边坡失稳。图1、图2。云南地质表1各岩土层设计参数建议值表天然密压缩模量粘聚力内摩擦摩擦角。度g/cm(Mpa)0.25280.251600.403000.507600.70160042卷(Kpa)角（）6.01.707.01.889.01.9610.02.1011.22.705.875.848.530.065.08.017.717.7500.01400.010.022.4828.765.075.0第4期李晓淳，潮州某大型高陡滑坡数值模拟分析及治理措施521图1原始坡面天然工况Fig 1.Original Slope Surface UnderNatural Conditions4滑坡整体治理设计及措施4.1设计方案依据现场调查情况、工程勘查报告及室内数值模拟分析结果，综合拟定该滑坡采取重力式挡墙+分级放坡+格构锚杆+坡面复绿护坡，在坡顶及坡脚分别修筑截、排水沟，减少雨水冲刷坡面，整体布置见图3。预应力锚索框架结构包含预应力锚索、钢筋混凝土框架梁和边坡岩土体。预应力锚索需承担边坡下滑力，混凝土框架需确保岩土体不发生位移，维持稳定。预应力能够让施加于潜在位移面法向力提升，让位移面摩擦力顺势提高，提升抗滑性能 2 1。在应用预应力锚索框架梁防护技术时，将钻孔通过高边坡中软弱岩层，在坚硬的岩层中布置一端锚杆，将此锚杆作为内锚头，同时张拉另一端外锚头，以此对岩层施加压力，在此过程中需要注意加固不稳定的岩体 3 。（1）放坡：对高陡边坡坡面进行削坡处理，边坡按1：1坡率进行放坡，每级边坡高度不超过8 m，马道宽度不低于2 m。（2）挡墙+格构锚杆：挡墙整体长度12 1m，高度5.2 m，整体标高随地形起伏而定，采用现浇C30混凝土浇筑。坡面格构尺寸0.3 m0.3m，采用2.5 mx2.5m间距布置，采用现浇C25混凝土浇筑，格构内以植草护坡为主。格构锚杆采用PSB935D25预应力螺纹钢筋，锚杆长度15.5 m17.5m，锚固段长度1.=8 m，锚杆倾角15，整体布置见图4。（3）截排水沟：坡顶、平台及坡脚均设置截、排水沟，采用现浇C20混凝土浇筑，将降水分级引流到现有排水系统，减少雨水对坡面的冲刷。4.2数值模拟分析结果根据工程勘查报告对原始坡面的分析结果，结合现场已发滑坡体选取有代表性的断面数值模拟分析。本篇采用南京库伦GEO05软件进行极限平衡分析，并通过OptumG2软件进行数值模拟分析，综合考虑边坡安全性。（1）设计参数的选取：滑坡设计参数见表2。（2）验算结果：结果见表3，采取支护后各断面天然工况均大于1.3 5，不利工况均大于1.15，满足建筑边坡工程技术规范（GB50330-2013）规范要求 4，见图5、图6。4.3数值模拟分析结果根据工程勘查报告对原始坡面的分析结果，结合现场已发滑坡体选取有代表性的断面进行数值模拟分析。本篇采用南京库伦GEO5软件进行极限平衡分析，并通过OptumG2软件进行数值模拟分析，综合考虑边坡安全性。（1）设计参数的选取：滑坡设计参数见表2。（2）验算结果：结果见表3，采取支护后各断面天然工况均大于1.3 5，不利工况均大于1.15，满足建筑边坡工程技术规范（CB50330-2013）规范要求 4，见图5、图6。图2 原始坡面地震工况Fig 2.Original Slope Surface UnderSeismic Conditions522云南地质42卷3OLK562.0m3217大心31.33图3 设计方案平面布置图Fig 3.Layout Plan of The Design Scheme70.7554.6D200019194.6040.5020002.620015图4重力式挡墙+格构+锚杆护坡断面示意图Fig 4.Cross Section Diagram of Gravity Retaining Wall+Lattice Structure+Anchor Rod Slope Protection表2 设计参数建议值表Tab 2.Recommended Values for Design Parameters边坡类型土质边坡(3 7 m)天然工况安全系数稳定性评价安全系数稳定性评价安全系数2-2断面1.493-3断面1.436-6 断面1.647-7断面1.54安全等级一级Tab 3.Analysis Results of Each Section1.35稳定1.161.35稳定1.171.35稳定1.281.35稳定1.33重要性系数1.1表3 各断面分析结果暴雨工况1.15稳定1.15稳定1.15稳定1.15 稳定锚固力(kN)171.7地震工况稳定性评价1.321.15 稳定1.371.15 稳定1.441.15稳定1.381.15 稳定第4期通过南京库伦GEO5和G2软件分别对两种方法对比分析，其边坡稳定性分析所得的安全系数基本相同。这也从侧面说明采用传统极限平衡方法和数值模拟的有限元分析方法所得的结果基本一致，两种方法不仅可以相互验证、相互模拟，还能从各自独特的方面对边坡稳定性进行分析，而OptumG2能有效的反映边坡破坏的趋势，能更有针对性的对边坡进行支护，使结果更为精确。李晓淳，潮州某大型高陡滑坡数值模拟分析及治理措施523R31.363图5 南京库伦GEO5验算不利工况Fig 5.Adverse Working Condition VerificationUsing Nanjing Coulomb GEO55结语治理工作应贯彻“综合治理，力求根治”的原则，应因地制宜，密切结合地质环境条件和已发地质灾害的特点和危害性，采取有针对性的措施，遵循“固脚、强腰、排水”的原则，同时贯彻“恢复自然、水土保持、技术先进、经济美观”的理念，对地质灾害隐患点进行彻底消除。通过对地质灾害的工程治理，改善周边的地质及生态环境，预防水土流失，使周边村民不再受滑坡的威胁，对维护社会稳定、保障生态环境、促使可持续发展具有重要意义。1宋坤展滑坡地质灾害治理工程设计探讨J内蒙古煤炭经济，2 0 2 2（0 7）：17 2 17 4.2张来功滑坡治理中应用预应力锚索框架结构技术要点分析J西部资源，2 0 2 2（0 6）：7 6 7 8.3孙淑琴预应力锚索框架梁防护技术在高边坡中的应用 J工程技术研究，2 0 19，4（19)：13 0 13 1.4G B5 0 3 3 0-2 0 13 建筑边坡工程技术规范【S北京：中国建筑工业出版社，2 0 13NUMERICAL SIMULATION ANALYSIS ANDTREATMENT MEASURES OF A HIGH ANDSTEEP LANDSLIDE IN CHAOZHOU(Team 913,Guangdong Bureau of Nonferrous Geology,Shantou 515041)Abstract:A high and steep slope in Chaozhou City was affected by continuous heavy rainfall,resulting insmall-scale collapse and cracking of the rear edge of the slope.Through engineering exploration and numericalsimulation,the stability of existing slopes were analyzed,and a comprehensive treatment plan design wasproposed to provide reference for subsequent construction and monitoring,so thateliminate hidden dangers.Key Words:High and Steep Landslides;Numerical Simulation;Anchor Rod Construction;Slope StabilityAnalysis;Governance Effectiveness;Chaozhou,Guangdong图6 OptumG2验算不利工况Fig 6.Adverse Working ConditionVerification UsingOptumG2参考文献LIXiao-chun