岩土职称论文发表岩质边坡治理工程应用

　　摘要：本文以北京市某矿山岩质边坡治理为例，介绍了传递系数法在岩质边坡治理工程中的应用。通过对治理工程的工程地质条件、水文地质条件以及环境地质灾害条件等资料的收集和分析，采用岩质边坡传递系数法对治理工程中的边坡进行稳定性计算，得出正常工况和校核工况下边坡的稳定性分析成果，为边坡治理设计提供了技术理论支持。本文旨在为工程中岩质边坡治理工作提供参考。

　　关键词：矿山环境治理,岩质边坡,传递系数法

　　一.工程概况

　　A边坡位于密云县北草茨村北部，坡体向北倾斜，自然坡面倾角45º，坡体南北向斜坡长度60-77m，东西向宽度约55m，坡体上缘标高331.0 m左右，坡体下缘标高254.0m左右。其东侧和南侧为构造切割形成的陡坎，陡坎高度5.0-10.0m;其西侧发育一条NNW向的冲蚀浅沟，沟宽约3.0m，深约2.0m;其北侧受清水河河流长期冲刷侵蚀，形成台阶式陡崖。A边坡为矿山开采后遗留的边坡，产权单位欲在此边坡上部修建矿石堆放场，设计堆放矿石2000吨，为保证边坡坡体稳定，产权单位决定对此边坡进行治理。

　　二.工程地质条件

　　1.地质构造

　　场区位于燕山晚期形成的杨家堡和张泉～高家庄北沟两条断裂之间。杨家堡断裂和张泉-高家庄断裂分别在场区的东侧0.75Km和西侧1.5Km左右通过。杨家堡断裂走向NNE，倾向105º～120º,倾角60º～85º，长度大于19Km左右，宽度约30m，为左行斜冲脆性断裂，结构面较平直;张泉-高家庄断裂走向NNE，倾向100º～115º，倾角75º～85º，长度23Km左右，宽度约20m，为左行斜冲脆性断裂，结构面较平直。

　　受杨家堡断裂和张泉-高家庄断裂影响，在拟建场区形成了NNW向次级断裂(F1)、NE向次级断裂(F2)和NNW向节理破碎带(J1)，参见图1。

　　①F1次级断裂

　　F1次级断裂性质为压剪性断裂，走向NNW 352°，断层面近直立，与区域断裂杨家堡断裂约呈23°左右相交;此断裂断距3.0m左右，断裂带宽2.0m左右，见紫红色构造角砾岩和青灰色靡棱岩，表层风化较严重，该断裂影响宽度约10.0m。受F1次级断裂切割作用和风化作用影响，A边坡所在山体东侧形成基本直立的陡崖，陡崖高度5-10.0m。

　　②F2次级断裂

　　F2次级断裂性质为压剪性断裂，该断裂走向NE38°，倾向NW，倾角70°左右，与区域断裂杨家堡断裂约呈23°左右相交;此断裂断距较小，断裂带宽2.0m左右，见紫红色构造角砾岩，表层风化较严重，该断裂影响宽度约5.0m。受F2次级断裂的切割作用及风化作用影响，A边坡所在山体的南侧形成5-8.0m高不等的陡崖，与后缘山体分割开。

　　③J1节理破碎带

　　J1节理破碎带性质为压剪性节理破碎带，走向NNW 349°，节理面平直，近直立，影响宽度约3-5.0m。受其影响，节理破碎带内岩体节理裂隙发育，岩体破碎，呈碎裂岩化状态，胶结一般，在A边坡西侧17.0m左右形成一条NNW向的冲蚀浅沟，使得A边坡所在岩体与西侧山体之间的粘聚力降低。

　　2.地层岩土性质概况

　　根据本场区勘查资料，依据岩土工程勘察规范(GB50021-2001)[3]，地层岩性主要为中元古代长城纪高于庄组(Chg)强风化白云岩和弱风化白云岩地层，弱风化白云岩间存在构造作用形成的软弱结构面，该软弱结构面较平直，结合一般，张开度大于3.0mm，充填物为白云岩风化产物，局部钙质胶结，倾向354°∠34-35°左右，A边坡东侧冲沟西侧壁上可见软弱结构面，其厚度2-10cm。

　　三.水文地质条件概述

　　1.地表水

　　拟建场区位于丘陵山体斜坡上，雨季坡面有短时地表径流通过。

　　2.地下水

　　拟建场区位于丘陵山体斜坡上，山体岩质为白云岩，没有地下水存在。但软弱结构面裂隙贯通周围边界，其后缘被构造切开，雨季有地表水流沿裂隙入渗。

　　四.边坡稳定性评价

　　1.边坡的基本特征

　　A边坡所处的地貌单元为剥蚀、构造形成的低山区。坡体向北倾斜，自然坡角45°左右，其东、南两侧受F1和F2构造切割和后期风化、冲蚀作用，已形成基本直立的陡坎;西侧受J1节理破碎带控制，亦形成了NNW向发育的冲蚀浅沟;北侧因受清水河长期冲刷侵蚀，A边坡下部岩体的部分坡脚已荡然无存，坡面临空。受上述因素控制，A边坡下部岩体形成了不稳定体。

　　边坡滑体：坡体上部为长城系高于庄组(Chg)强风化白云岩层，坡体下部为长城系高于庄组(Chg)弱风化白云岩层。

　　边坡滑床：边坡滑床地层为长城系高于庄组(Chg)弱风化白云岩层。

　　边坡滑带：弱风化白云岩间的软弱结构面构成了该边坡潜在滑面，勘查表明该软弱结构面较为平直，倾向354°，倾角34～35°，A边坡东侧冲沟内可见软弱结构面厚度2-10cm，局部钙质胶结。

　　2.外部荷载情况

　　边坡上部拟修建矿石堆放场，设计堆放矿石2000吨。

　　3.边坡稳定性影响因素

　　现场实地调查及勘查表明，影响A边坡稳定性的主要因素包括：地形地貌、地层岩性、地下水作用、地震活动及人类工程活动。

　　① 该边坡地形陡峻，坡角超过45º，坡体物质主要为弱风化～强风化白云岩，岩体破碎，节理裂隙发育，坡脚因清水河河谷切割临空，共同为滑坡的形成提供了物质基础。

　　② 顺坡向的软弱结构面组合为滑坡的失稳提供了良好的潜在外倾滑移面。

　　③ 滑坡后缘陡倾断层(F2)为地下水的下渗提供了良好的通道，若遇强降雨，地表水顺后缘陡倾裂隙下渗，一方面在后缘形成水平水压力、在滑移面形成扬压力，同时还会软化结构面中的充填物，降低其抗剪强度指标，共同加剧边坡下滑。

　　④ 该区有可能发生5级以上的地震，在地震作用下可能导致边坡整体下滑失稳。

　　⑤矿石堆放场运营期间矿石重量将加剧边坡下滑趋势。

　　总之，在上述不利因素组合作用下，该边坡存在整体下滑失稳的可能。

　　4.边坡稳定性评价

　　(1)计算模型及计算方法[1]

　　依据边坡类型及工程地质条件，采用岩质边坡传递系数法进行稳定性计算，计算示意图如图2，计算公式如下： 式中：， 为后缘裂隙水压力(kN/m);为滑面水压力(kN/m);

　　——裂隙充水高度(m);

　　——滑面长度(m)。

　　式中：Ti——第i条块下滑力(kN/m);

　　Ri——第i条块抗滑力(kN/m);

　　Di——第i条块的动水压力(kN/m);Qi——第i条块的地震力(kN/m);

　　Ψj——第i条块剩余下滑力传递至第i+1块段时的传递系数(j=i);

　　Wi——第i条块自重标准值与相应附加荷载之和(kN/m);

　　Ci——第i条块滑面粘聚力标准值(kPa);

　　——第i条块滑面内摩擦角标准值(°);

　　N——条块数;

　　Fs——稳定性系数。

　　(2)边坡稳定性验算参数取值与计算工况[2]

　　①稳定性计算参数

　　根据室内试验，边坡坡体岩石天然重度为28.2kN/m3，饱水重度为28.5kN/m3，现场勘查发现结构面软弱夹层厚度2～10cm，主要为白云岩风化产物，局部钙质胶结，考虑室内试验及现场试验较难准确确定结构面充填物质的抗剪强度指标，故基于滑坡现状，采用滑坡反演分析理论确定滑面抗剪强度指标，反演结果如下：

　　滑带钙质胶结充填物在天然干燥状态下的c值取105.0kPa，φ值取25.0°;饱和状态下的c值取85.0kPa，φ值取23.5°。

　　后缘断层裂隙的c值取0.0kPa，φ值取23.5°。

　　②计算剖面的确定

　　因矿石堆放场处所在剖面为最危险剖面，因此选择此剖面进行稳定性验算。

　　③滑坡稳定安全系数的确定

　　依据相关规范[4]，A边坡防治工程等级为I级，滑坡稳定性安全系数取值如下：正常工况(非地震工况)，I级工程边坡最小安全系数为1.25;校核工况(地震工况)，I级工程边坡最小安全系数为1.05。

　　④稳定性计算工况的确定依据该边坡的实际情况，确定6种计算工况，分别计算该边坡稳定性系数。

　　工况一，现状枯季工况(坡体自重，滑面干燥);工况二，现状雨季工况(坡体自重，滑面饱水);工况三，施工期雨季工况(自重+外部荷载，滑面饱水);工况四，运营期暴雨工况(自重+外部荷载+20年一遇暴雨);工况五，运营期地震工况(自重+外部荷载+地震，滑面饱水);工况六，运营期暴雨地震工况(自重+外部荷载+20年一遇暴雨+地震)。

　　(3)边坡稳定性验算成果及分析

　　①稳定性评价标准根据相关规范[4]，稳定性判别标准见表1。

　　②定性评价标准结果分6种工况组合形式，分别对计算剖面进行稳定性计算，并按上表1进行稳定性评价，成果如下表2。

　　五.结论

　　经采用传递系数法进行边坡稳定性分析，A边坡在天然状况下处于基本稳定～稳定状态;施工期处于基本稳定状态;工程运营期，因外加荷载，在暴雨及地震等不利荷载组合下，边坡将处于不稳定状态。需对边坡进行工程治理，以提高其安全储备。

　　依据计算结果，软弱结构面上部岩体在无附加内动力地质作用及外部荷载的条件下是稳定的，但因软弱结构面为顺坡向，且倾角小于坡角，软弱结构面以上岩体坡脚失去支撑，在外部荷载与地震及雨水等共同作用可导致坡体沿软弱结构面滑移失稳。

　　参考文献

　　[1]陶志平，周德培，岳志勤.滑坡稳定性传递系数计算法的改进.地质灾害与环境保护，2002，13(3)：51-55.

　　[2]顾宝和，毛尚之.滑坡稳定分析传递系数法的讨论.工程勘察，2006，第12期.

　　[3]中华人民共和国国家标准.岩土工程勘察规范(GB50021-2001).北京：中国建筑工业出版社，2002.

　　[4]中华人民共和国国家标准.建筑边坡工程技术规范(GB50330-2002).北京：中国建筑工业出版社，2002.

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