
SerialNo.620December.2020
現 代 礦 業(yè)
MODERNMINING
總第620期
2020年12月第12期
葉 武(1975—),男,高級工程師,碩士,310000浙江省杭州市文三路。
屏都綜合新區(qū)二期南側邊坡穩(wěn)定性分析與防治措施
葉 武 章航瑜
(浙江海川勘察有限公司)
摘 要 以屏都綜合新區(qū)二期南側邊坡為研究對象,分析因施工狀況變化對邊坡穩(wěn)定性系數產生的影響。應用G
eo SLOPE/W軟件,計算2種工況下的穩(wěn)定性系數,結果表明,因單級邊坡變高或變陡,導致邊坡穩(wěn)定系數未達一級邊坡規(guī)定值,邊坡處于臨界穩(wěn)定 基本穩(wěn)定狀態(tài),將來會由于坡底場區(qū)工業(yè)廠房的建設且距離坡腳較近,大大降低廠房的安全性。邊坡變形監(jiān)測數據分析表明,地表水平、垂直位移變形均在允許值范圍內,整體邊坡并未表現出明顯的變形跡象,這與計算結果相吻合,邊坡局部區(qū)域存在失穩(wěn)可能。由此提出錨桿格構、樁板墻與截排水系統(tǒng)聯合防治措施,經計算驗證,可達到防治目的。
關鍵詞 邊坡穩(wěn)定性 變形監(jiān)測 錨桿格構 樁板墻 截排水系統(tǒng)DOI:10.3969/j.issn.1674 6082.2020.12.058
因場地平整人工切坡形成的永久邊坡施工狀況不符合設計要求,如場地規(guī)劃標高降低導致本級邊坡高度變高,地形變化后受用地紅線限制可能導致坡率變陡,邊坡各級平臺空間位置變化引起的高度變大、變陡等,均會導致穩(wěn)定性系數變小,若不及時調整設計方案,將可能產生邊坡的局部失穩(wěn)、整體失穩(wěn)等,為此,需進一步進行邊坡的穩(wěn)定性分析。邊坡穩(wěn)定性分
析常用方法有極限平衡法[1]、有限元計算法[2]
、邊界元法[3]等,極限平衡法因對計算邊界條件進行了簡化,計算方便,是邊坡穩(wěn)定性計算常用的方法[4]。
慶元縣屏都綜合新區(qū)二期南側邊坡經前期治理,邊坡大部分區(qū)域已按設計圖紙分級削坡,設置截排水溝、縱向急流槽,坡面進行了厚層基材噴播復綠。根據現場補充踏勘,仍存在相關問題:A5~A19剖面邊坡坡腳原設計標高為3
62.0m,現降至約356.0m,造成最底下一級平臺高度為14~16m,大于設計要求的各級平臺邊坡高度8m;A3~A6剖面40.5m平臺以土質邊坡為主,現狀開挖坡率為(1∶1)~(1∶0 75),較設計要求偏陡;現狀邊坡分布著4處小型滑坡點,1處小型崩塌點。本文以現狀邊坡穩(wěn)定性分析為例,采用極限平衡法對該邊坡進行穩(wěn)定性計算分析評價,結合監(jiān)測數據的分析印證計算結果,對采取防治措施后邊坡穩(wěn)定性進行分析。
1 邊坡區(qū)地質環(huán)境條件
1.1 氣象水文
工程區(qū)屬亞熱帶季風氣候,溫暖濕潤,雨量充沛,
降雨分布不均,季節(jié)變化大,年均降雨量為1644.8mm,降雨主要集中在4月16日—7月15日的梅汛期和7月16日—10月15日的臺汛期。地表水系主要為場地北西側的松源溪,調查時水位為3~6m,邊坡
自坡腳線到分水嶺總匯水面積為0
.505km2
,以地表匯流和地下滲流形式排泄。1.2 地形地貌
該區(qū)域地貌類型為剝蝕丘陵及山麓溝谷,山坡面自然坡度為5
°~15°,山麓溝谷自然坡度為5°~8°。經前期場地平整及分臺階邊坡治理開挖,形成人工邊坡長850m,設置2~5級平臺邊坡,平臺寬2~3m,各級邊坡坡率為(1∶0.75)~(1∶1.25),坡高一般為8m,僅A5~A19剖面邊坡最底下一級高14~16m。1.3 地層巖性
該區(qū)域主要為第四系松散土層(Q)、侏羅系上統(tǒng)西山頭組(J3x)凝灰?guī)r及早元古界八都群片麻巖(Pt1B)。第四系松散土層以含角礫粉質黏土為主,全風化凝灰?guī)r層相對較厚(
1.5~6.5m),下伏強 中風化凝灰?guī)r,全風化片麻巖厚1.5~3.0m。1.4 區(qū)域地質構造和穩(wěn)定性
該區(qū)域位于華南褶皺系浙東南褶皺帶,麗水—寧波隆起,龍泉—遂昌斷隆的南西端,區(qū)域斷裂構造以北東向最為發(fā)育,其次為近南北向斷裂,構造以節(jié)理和片麻理為主。地震動峰值加速度為0.05g分區(qū),對應地震基本烈度為Ⅵ度,屬基本穩(wěn)定區(qū)域。1.5 不良地質現象
開挖后的邊坡區(qū)見4處滑坡和1處崩塌點。滑坡HP1位于A1剖面邊坡后緣,為小型淺表土質滑
坡,主滑方向25°,斜長約8m,前緣寬16m,后緣寬4m,滑體平均厚3m,方量約240m3;滑坡HP2位于A3剖面邊坡后緣,為小型淺表土質滑坡,主滑方向348°,斜長約15m,前緣寬24m,后緣寬12m,滑體平均厚3m,方量約810m3;滑坡HP3位于A15剖面邊坡中部,為小型淺表土質滑坡,主滑方向340°,斜長約12m,前緣寬20m,后緣寬10m,滑體平均厚2m,方量約360m3;滑坡HP4位于A14剖面邊坡后緣,為小型淺表土質滑坡,主滑方向350°,斜長約18m,前緣寬30m,后緣寬10m,滑體平均厚3m,方量約1080m3;崩塌BT1位于A14剖面邊坡中部,崩塌方量約20m3。2 現狀邊坡穩(wěn)定性分析
2.1 計算模型及參數
現狀邊坡整體處于穩(wěn)定狀態(tài),分布著4處滑坡和1處崩塌隱患,說明邊坡局部存在著不穩(wěn)定現象,采用極限平衡法計算邊坡的穩(wěn)定性。
根據地質剖面建立計算模型,依據鉆探結果,原始邊坡由上到下的巖性為含角礫粉質黏土和凝灰?guī)r、片麻巖,選擇邊坡剖面A3、A14、A15作為計算剖面(圖1),HP2、HP3、HP4滑坡前緣以分級平臺邊坡坡底剪出口作為計算剪出口,含角礫粉質黏土、全風化凝灰?guī)r、全風化片麻巖與強風化巖層面作為計算滑動帶,
由地質勘查結果確定滑動面形態(tài)呈圓弧狀。圖1
現狀邊坡穩(wěn)定性計算剖面
影響邊坡穩(wěn)定的巖土體物理力學參數主要為滑體土的容重和抗剪強度,其中,滑體容重主要根據土工試驗確定;巖土體的c、φ值根據室內試驗、原位測試,結合反演分析、工程類比法綜合確定;根據本次鉆探取巖土樣試驗結果,選取開挖邊坡巖土體的物理力學參數,見表1。
表1 邊坡巖土體物理力學參數
巖土體名稱
容重γ
/(kN/m3)
基底摩擦
系數μ
巖土體與錨固體黏結
強度標準值frb/kPa
地基承載力
特征值/kPa
黏聚力c/kPa
自然飽和
摩擦角φ/(°)
自然飽和
含角礫粉質黏土16.80.2545150262220.518.5全風化晶屑凝灰?guī)r16.80.258015025222320.5強風化晶屑凝灰?guī)r220.40350350100803024中風化晶屑凝灰?guī)r250.60100015005004003628.8全風化片麻巖17.40.256015028222218強風化片麻巖220.4032032080642822.4中風化片麻巖240.6080012004003203225.6
2.2 計算工況
根據區(qū)域地質構造條件,地震基本烈度為Ⅵ度,不考慮地震工況。荷載主要包括邊坡體自重和地下水產生的靜水壓力,地下水因素使滑體、滑帶飽水,是誘發(fā)邊坡失穩(wěn)、產生滑坡的主要因素;暴雨強度按50a重現期設計。滑坡穩(wěn)定性評價主要考慮持續(xù)降雨工況下邊坡的穩(wěn)定系數,設計計算工況Ⅰ為自重(天然);計算工況Ⅱ為自重+地下水,計算2種工況下邊坡的穩(wěn)定性系數,評價其穩(wěn)定性。
2.3 計算結果及分析
依據上述計算模型、計算參數以及計算工況,利用Geo SLOPE/W軟件,采用極限平衡法計算該邊坡2種工況下的穩(wěn)定性[5]。
A3、A14、A15剖面分布著HP2、HP3、HP4滑坡及崩塌點,是本次重點計算分析的區(qū)域,為了比較分析Geo SLOPE/W軟件中不同計算方法的對本次評價邊坡的適宜性,對A3、A14、A15剖面分別采用Bishop法、Janbu法、Morgenstern Price(M P)法分析,分別計算2種工況下的穩(wěn)定系數值(表2)。可知,3種計算方法所得穩(wěn)定系數差值在8%以內,其中,Bishop法和M P法所得穩(wěn)定系數接近,Bishop法結果較M P法稍小,綜合確定,除A3、A14、A15剖面以外的其余各剖面采用Bishop法計算穩(wěn)定系數。
葉 武 章航瑜:屏都綜合新區(qū)二期南側邊坡穩(wěn)定性分析與防治措施 2020年12月第12期
表2 A3、A14、A15剖面3種方法穩(wěn)定系數計算結果
剖面
不同方法計算的穩(wěn)定系數
Bishop法
工況Ⅰ工況Ⅱ
Janbu法
工況Ⅰ工況Ⅱ
M P法
工況Ⅰ工況Ⅱ
A31.181.021.120.971.211.04
A141.060.921.010.881.090.95
A151.161.011.110.961.201.06 本邊坡安全等級定為一級邊坡,工況Ⅰ安全系數值取1.35,工況Ⅱ安全系數值取1.10,計算除A3、A14、A15剖面以外的其余各剖面邊坡穩(wěn)定性系數值(表3)。可知,A4、A7、A9、A10、A11、A13、A18、A19、A20邊坡穩(wěn)定系數,工況Ⅰ均大于1.35,工況Ⅱ均大于1.10,判斷邊坡處于穩(wěn)定狀態(tài)。
表3 各剖面穩(wěn)定性計算分析結果(Bishop法)
綜合表2、表3,A1、A2、A3、A5、A6、A8、A12、A14、A15、A16、A1
7剖面邊坡穩(wěn)定系數工況Ⅰ在1.06~1.30,工況Ⅱ在0.92~1.11,處于臨界穩(wěn)定 基本穩(wěn)定狀態(tài),未達到一級邊坡所要求達到的安全系數值,將來會由于坡底場區(qū)工業(yè)廠房的建設且距離坡腳較近,大大降低廠房的安全性,須對邊坡采取治理措施。3 監(jiān)測數據
為評價邊坡穩(wěn)定性,同期進行了變形監(jiān)測工作。監(jiān)測點分別為D1、D2、D3、D4、D5、D6,D1~D5監(jiān)測點分布在臨界穩(wěn)定 基本穩(wěn)定區(qū)域的邊坡坡頂處,D6監(jiān)測點分布在A4剖面邊坡395m平臺處,可較好地反映出邊坡經前期治理后現狀邊坡的變形情況(沉降、位移等),監(jiān)測點布置見圖2。
2018年5月—2019年1月共進行了262次位移觀測、262次沉降觀測。按相關要求邊坡水平位移報警值為50mm,控制值為70mm,水平位移變形頻率連續(xù)3d不得大于5mm/d;垂直位移報警值為50mm,控制值為70mm,垂直位移變形頻率連續(xù)3d不得大于5mm/d。
根據監(jiān)測數據統(tǒng)計分析,累計沉降量最小的D1點沉降量為2.5mm,變化速率為0.010mm/d;沉降量最大的D4點沉降量為4.5mm,變化速率為0.017mm/d;累計位移量最小的D5點位移量為0.671mm
,
圖2 監(jiān)測點布置及治理工程
變化速率為0.003mm/d;位移量最大的D4點位移量
為1.412mm,變化速率為0.005mm/d。未發(fā)現邊坡
的監(jiān)測指標達到或接近報警值,邊坡沉降、位移均在
允許值范圍內,與前節(jié)分析所得邊坡處于臨界穩(wěn)定
基本穩(wěn)定狀態(tài)的結論相吻合,整體邊坡并未表現出明
顯的變形跡象,僅是邊坡局部區(qū)域存在失穩(wěn)可能,這
為下一步的治理明確了重點區(qū)域。對計算分析所得
出的臨界穩(wěn)定 基本穩(wěn)定的區(qū)域及現狀已經分布著的
4處滑坡和1處崩塌隱患區(qū)域進行治理。
4 邊坡治理方案
根據現場踏勘及搜集的資料,結合穩(wěn)定性分析結
果,本著安全可靠、技術可行、經濟合理、施工簡便的總第620期現代礦業(yè)2020年12月第12期
原則,考慮邊坡已經進行厚層基材噴播復綠,邊坡治理采用錨桿(索)格構加固、坡腳設置樁板墻、完善截排水系統(tǒng)相結合的治理方案。
4.1 工程分區(qū)
根據邊坡穩(wěn)定性分析結果,本次設計主要分4個區(qū):分區(qū)一為A1~A7剖面邊坡,現狀存在HP1、HP2滑波,采取錨桿格構加固局部坡面,增設縱向排水溝;分區(qū)二為A7~A9剖面邊坡,采取錨索格構加固局部坡面;分區(qū)三為A11~A13剖面間邊坡,結合地下排水措施采取錨桿格構加固局部坡面;分區(qū)四為A13~A18剖面邊坡,在坡腳增設樁板墻支擋。工程平面布置見圖2。
4.2 防治措施
4.2.1 錨桿(索)支護
錨桿支護主要位于分區(qū)一、分區(qū)三,設置9,12,15,18m長錨桿;錨桿水平間距為HP1、HP2治理點處2.5m,其余為3m,垂直間距均為2.5m;錨桿孔徑為90mm,采取 28mmHRB400鋼筋,拉力設計值為130kN。錨索支護位于分區(qū)二,排間水平間距為3m,垂直距離為2.5m,單根錨索軸向拉力設計值為600kN,選用 15.2mm1860鋼絞線,極限抗拉力為195kN,黏結強度取1860MPa,單根鋼絞線面積是140mm2,鋼絞線的標準
強度是1395MPa,取195kN,根據規(guī)范要求,在滿足安全系數情況下,一般不少于四索,本設計選用六索結構。
4.2.2 格構梁
為了加強錨桿(索)的群體作用,保證邊坡穩(wěn)定,將錨桿(索)植入混凝土格構梁,梁規(guī)格為0.4m×0.4m。主鋼筋網采用6根 22mmHRB400鋼筋,2根 20mmHRB400鋼筋;環(huán)向鋼筋采用 10mmHRB400鋼筋,間距為200mm;采用C30混凝土。4.2.3 排水系統(tǒng)
對尚未完成的截排水系統(tǒng)進行完善,對破損、出現質量問題的截排水溝進行修復,主要包括A6、A7剖面附近的縱向急流槽修復;A8坡頂截水溝出現裂縫的修復;A12剖面出現滲水點,增設縱向急流槽,增設仰斜地下排水疏干孔,孔徑為130mm,坡降6%,孔內設 110mmPVC管,另加土工布包裹,排水管、孔視不同坡面的滲水情況(分布、水量、深度)等梅花型布設,間距(參考值3m)、深度作適當調整。4.2.4 樁板式擋墻設計
主要布置在A13~A18剖面坡腳處,其中,1#~13#樁頂設置一排預應力錨索。樁的平面布置盡量設置在坡腳處,同時避免不穩(wěn)定坡體越過樁頂、從樁間滑動,并保證樁前坡體具有足夠的穩(wěn)定性。樁中心距為5m,數量為20根,樁長12,14m,嵌入地表以下長度為6m,樁底按自由端
考慮,采用m法算,樁截面為1.0m×1.5m。背部縱筋實配12 28mm(7389mm2),面?zhèn)瓤v筋實配6 32mm(3695mm2),箍筋為 18@150mm。擋土板現場預制,板厚0.3m,寬0.5m,長5m,為C25混凝土。
4.2.5 仰斜式擋土墻
仰斜式擋土墻位于A8剖面邊坡坡腳,墻高3m,墻頂寬1.8m,墻身內外坡坡率為1∶0.25,擋墻基礎深1.0m,置于強風化基巖上。擋墻基礎和墻身均采用C25混凝土灌砌石。墻身設置2排 10cm泄水管,間距為1.5m。
4.2.6 邊坡綠化
對因本次施工破壞的區(qū)域采取厚層基材噴播復綠工藝,以恢復植被,噴層厚12cm。綠化噴播施工后,加強養(yǎng)護工作,確保植被成活。
4.3 穩(wěn)定性驗證
采用治理措施后,對各剖面邊坡進行穩(wěn)定性計算,結果見表4。
表4 治理后各剖面穩(wěn)定性計算結果
由表4可知,治理后的邊坡穩(wěn)定系數值工況Ⅰ均達到1.35及以上,工況Ⅱ均達到1.10及以上,所采取的加固方案有效。
5 結 論
(1)屏都綜合新區(qū)二期南側邊坡因場地規(guī)劃標高降低導致邊坡高度變高、坡率變陡等,依據建立的計算模型,利用Geo SLOPE/W軟件,工況Ⅰ穩(wěn)定性系數為1.06~1.30,工況Ⅱ穩(wěn)定性系數為0.92~1 11,施工狀況變化導致穩(wěn)定系數值變小,邊坡處于臨界穩(wěn)定 基本穩(wěn)定狀態(tài),未達到一級邊坡所要求達到的安全系數值,將來會由于坡底場區(qū)工業(yè)廠房的建設且距離坡腳較近,大大降低廠房的安全性。
(2)變形監(jiān)測所布設的6個監(jiān)測點較好地反映邊坡變形情況,未發(fā)現邊坡的監(jiān)測指標達到或接近報警值,邊坡沉降、位移均在允許值范圍內,與計算分析所得邊坡處于臨界穩(wěn)定 基本穩(wěn)定狀態(tài)的結論相吻合,整體邊坡并未表現出明顯的變形跡象。結合計算分析結果,僅是邊坡局部區(qū)域存在失穩(wěn)可能。
(3)根據邊坡穩(wěn)定性狀態(tài),采取治理措施。治理設計采用錨桿(索)格構加固坡面、結合坡腳設置樁板墻、完善截排水系統(tǒng)相結合的方案,(下轉第198頁)
葉 武 章航瑜:屏都綜合新區(qū)二期南側邊坡穩(wěn)定性分析與防治措施 2020年12月第12期
圖6
不同時期工作面支架阻力
2500kN,該平均工作阻力大于工作面支架初撐力的75.75%。來壓期間該工作面支架工作阻力平均值為3300kN,其阻力值達到工作面支架初撐力,但未超過上限值。該工作面周期來壓時平均最大工作阻力為3800kN,未達到支架工作阻力上限值且持續(xù)時間較短,對工作面支架的
影響不大。由此可知,10 428C工作面支架在大采高工作面正常開采時的支護阻力可以滿足工作面支護要求,支架管理方式較為合理。
通過對工作面支架工況的動態(tài)觀測和統(tǒng)計分析,可以看出,工作面下段支柱載荷整體小于采面中、上段,這是因為采面下段的直接頂巖層在回柱放頂線位置處就能得到后方冒矸的及時支撐作用,即采面下段處的“煤壁體 支架 采空后方冒矸”體系的緊湊結構使該處直接頂巖層有一定的完整穩(wěn)定性,以冒落破壞形式參與支撐系統(tǒng)結構的頂板巖層的厚度較采面中、上段處小,從而使該處的“支架 圍巖”系統(tǒng)的整體穩(wěn)定性高于采面中、上段,同時采面上段老頂來壓步距比下段小,而基本頂來壓時的動載系數比工作面下部大。工作面支架在整個來壓期間,都能穩(wěn)定運行,表明工作面支架的管理水平較高。
4 結 論
(1)通過制定大傾角俯采工作面礦壓監(jiān)測方案,對辛置煤礦10 428C工作面輔運順槽多個礦壓參數進行監(jiān)測分析,可知隨著工作面的推進,頂底板變形量大于兩幫變形量,在工作面前方17~32m,煤壁受應力影響向內凹陷,兩幫距離略微增大,工作面前方32m以外區(qū)域兩幫基本沒變化。
(2)根據支架工作阻力與來壓判據關系,10 428C工作面上部的周期來壓步距平均為34.4m。工作面來壓期間支架工作阻力平均值為3300kN,其阻力值達到工作面支架初撐力,但未超過其上限值。10 428C工作面支架在大采高工作面正常開采時的支護阻力可以滿足工作面支護需
求,支架管理方式較為合理。
參 考 文 獻
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(收稿日期2020 06 19
櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄
)
(上接第195頁)經計算驗證,可有效達到治理目標。
(4)利用Geo SLOPE/W軟件計算邊坡穩(wěn)定性安全系數,并進行邊坡變形監(jiān)測,2種方法相結合,能較好、較準確地評價邊坡穩(wěn)定性,為類似工程提供借鑒意義。
參 考 文 獻
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(收稿日期2020 06 06)
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