李建偉 劉寧

摘要：以云南個(gè)舊南部選礦實(shí)驗(yàn)示范園區(qū)邊坡為實(shí)例進(jìn)行邊坡穩(wěn)定性研究，根據(jù)工程實(shí)際情況，分析地質(zhì)勘察報(bào)告，對該段邊坡進(jìn)行力學(xué)穩(wěn)定性分析。運(yùn)用數(shù)值模擬軟件，根據(jù)實(shí)際測定的邊坡力學(xué)參數(shù)，分析了邊坡的某個(gè)剖面，通過模擬得到該剖面的強(qiáng)度折減系數(shù)，也就是安全系數(shù)。再運(yùn)用極限平衡法得出該剖面的安全系數(shù)，以兩個(gè)數(shù)據(jù)綜合判定得出結(jié)論。

Abstract： Taking the slope of Gejiu Southern Mineral Processing Experimental Demonstration Park in Yunnan as an example， the slope stability was studied. According to the actual situation of the project， the geological survey report was analyzed， and the mechanical stability of this section of slope was analyzed. Using numerical simulation software， according to the actual measured slope mechanical parameters， a certain section of the slope is analyzed， and the strength reduction factor of this section， that is， the safety factor， is obtained by simulation. Then use the limit equilibrium method to obtain the safety factor of the profile， and draw conclusions based on the comprehensive judgment of the two data.

關(guān)鍵詞：邊坡;穩(wěn)定性;數(shù)值模擬;極限平衡;安全系數(shù)

Key words： slope;stability;numerical simulation;limit equilibrium;safety factor

中圖分類號：U416.14? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1006-4311（2020）23-0087-03

0? 引言

個(gè)舊地區(qū)為我省重金屬污染較嚴(yán)重的地區(qū)之一，為徹底整治區(qū)內(nèi)重金屬污染，改善區(qū)內(nèi)人民生產(chǎn)生活環(huán)境，避免國際糾紛，云南省擬在個(gè)舊地區(qū)建設(shè)重金屬污染整治示范試驗(yàn)區(qū)（省級工業(yè)園區(qū)），將多年來歷史形成的規(guī)模小、生產(chǎn)力低、亂排放的小選廠集中建廠、集中排放、集中管理。本場地由于位于山麓斜坡地帶，在場地最北側(cè)由于地形坡度變陡，形成了一個(gè)最大高度為50m，長約360m的巖質(zhì)高邊坡。邊坡穩(wěn)定性直接影響場地?cái)M建設(shè)施和人員安全，進(jìn)而影響到未來重金屬污染整治示范試驗(yàn)區(qū)的正常運(yùn)營和經(jīng)濟(jì)效益。

1? 邊坡地質(zhì)特征

1.1 地形地貌

研究邊坡位于個(gè)舊市卡房鎮(zhèn)對門山山麓斜坡地帶，屬中生界地層的高中山巖溶斷塊山地貌，北、東、南三面環(huán)山，地形坡度為5～35°，以10～25°為主，具上陡下緩趨勢。研究邊坡分為2個(gè)，1#邊坡位于擬建場地北側(cè)西段，2#邊坡位于1#邊坡南側(cè)。

1#邊坡總長560m，以西端點(diǎn)為起點(diǎn)，從邊坡高度可以劃分為三段。

第一段：0～125m，邊坡高度5～10m，邊坡坡角75～85°，邊坡頂部植被較好，為灌叢，自然坡度以10～35°為主，具上陡下緩趨勢。

第二段：125～420m，邊坡高度10～50m，邊坡坡角75～85°，邊坡頂部植被較好，為灌叢，自然坡度以10～35°為主，具上陡下緩趨勢，為本次研究的重點(diǎn)段位。

第三段：420～460m，邊坡高度1～10m，邊坡坡角75～85°，邊坡坡頂為進(jìn)入水池區(qū)道路，地形較為平緩，周邊自然坡度以5～15°為主，具上陡下緩趨勢。

2#邊坡總長420m，邊坡高度10m，邊坡坡角75～85°，邊坡坡頂為道路平臺，地形平緩。

1.2 邊坡工程地質(zhì)特征

在邊坡區(qū)發(fā)育斷層一條斷層（f1），斷層穿越1#邊坡和2#邊坡，整體走向?yàn)?0°，傾角60°，上下盤均出露中三疊統(tǒng)個(gè)舊組第三段，垂直斷距不大。沿?cái)鄬訋r石擠壓破碎劇烈，兩盤巖層牽引構(gòu)造明顯，該斷層為正斷層。

邊坡區(qū)巖層整體傾向南東，但受到邊坡區(qū)斷層的影響，巖層產(chǎn)狀變化較大。斷層下盤巖層整體傾向南東，但傾角變化較大，從西至東距離斷層越近巖層傾角越緩，斷層下盤巖層整體呈向斜構(gòu)造。斷層下盤巖層在斷層作用下，除局部發(fā)生牽引變形外，1#邊坡東段（第三段）巖層整體產(chǎn)狀由傾向南東變?yōu)閮A向南西，邊坡結(jié)構(gòu)類型由斜向坡轉(zhuǎn)變?yōu)轫樝蚱隆?/p>

2? 邊坡穩(wěn)定性分析

本次研究的個(gè)舊南部選礦試驗(yàn)示范園區(qū)田灣片區(qū)邊坡分為2個(gè)邊坡，1#邊坡最大高度50m，2#邊坡最大高度10m。從整體上看，邊坡為斜向坡，整體處于穩(wěn)定狀態(tài)，存在下列因素對邊坡穩(wěn)定性影響較大：①節(jié)理面;②巖溶的影響;③風(fēng)化帶。其中I區(qū)域巖體強(qiáng)度較低，邊坡穩(wěn)定性最差;其余區(qū)域穩(wěn)定性主要受結(jié)構(gòu)面的控制，在節(jié)理相互切割情況下容易形成契形危巖體，出現(xiàn)局部滑坡或崩塌，同時(shí)，節(jié)理相互切割，邊坡巖體整體抗剪強(qiáng)度降低，可能造成邊坡整體失穩(wěn)。目前，僅1#邊坡頂部有截水溝。

3? 邊坡穩(wěn)定性的影響因素

3.1 巖溶

研究區(qū)地質(zhì)構(gòu)造較復(fù)雜，附近發(fā)育有卡房斷層、龍古口-壩西斷層、紅河深大斷裂，斷層，斷層、褶皺較為發(fā)育，巖體節(jié)理較發(fā)育，為地下水的滲流提供了通道，為巖溶發(fā)育提供了必要的條件，溶蝕裂隙的發(fā)育和貫通進(jìn)一步形成了大的溶洞和巖溶通道。

3.1.1 地表巖溶和土洞

通過對擬建場地范圍內(nèi)和附近地段的地質(zhì)調(diào)查，場區(qū)地表巖溶主要形態(tài)為石芽、溶溝、溶槽，石芽高出地面0.5～1.5m，分布密度較大，其間充填有殘坡積粘土;石芽、溶槽和溶穴的發(fā)育方位多為西南向，溶溝、溶穴發(fā)育規(guī)模稍大的則形成溶洞。

3.1.2 地下巖溶

依據(jù)擬建場地工勘報(bào)告，工程地質(zhì)鉆探完成的473個(gè)勘探孔中，遇溶洞的勘探孔有29個(gè)，合計(jì)溶洞33個(gè)，鉆孔見溶洞率為6.1%，線巖溶率為1%?，F(xiàn)場水文及工程地質(zhì)調(diào)查測繪發(fā)現(xiàn)場地地表及附近發(fā)育有巖溶洼地和落水洞共計(jì)13處。

3.2 危巖體

由于開挖邊坡地形陡峻，地形坡度大于70°，節(jié)理裂隙發(fā)育，節(jié)理相互交割沿邊坡中上部分布不同規(guī)模的契形危巖體，加之邊坡開挖過程的爆破松動(dòng)，這些危巖體可能對擬建場區(qū)建構(gòu)筑物和人員的安全造成潛在隱患。

3.3 特殊性土

3.3.1 紅粘土

研究區(qū)為碳酸鹽類灰?guī)r石芽殘丘地貌，碳酸鹽巖的風(fēng)化物是紅粘土的物質(zhì)來源，紅粘土主要分布于研究區(qū)的溶蝕槽谷低洼地段及石芽間溶溝、溶槽內(nèi)。根據(jù)場地工勘階段鉆探揭示及室內(nèi)土工試驗(yàn)結(jié)果：研究區(qū)紅粘土特性符合干縮性及上硬下軟的一般規(guī)律，厚度變化受原始地形、下伏基巖面的起伏變化關(guān)系密切，空間分布、基巖面起伏變化較大。

3.3.2 填土

研究區(qū)內(nèi)場地開挖平臺上，沿開挖平臺兩側(cè)堆放有人工填土，厚度1.0～2.30m，回填時(shí)間較短，未經(jīng)分層壓實(shí)，較松散。

4? 工程實(shí)例

4.1 建立模型

根據(jù)邊坡工程地質(zhì)實(shí)際情況建立邊坡模型見表1，邊坡底部基巖模型高H=25m，邊坡角為71°。

剖面局部計(jì)算剖面位置圖見圖1。

4.2 Geostudio數(shù)值模擬結(jié)果分析

4.2.1 計(jì)算模型

數(shù)值模擬的可靠性在一定程度上取決于所選擇的計(jì)算模型，包括數(shù)值模擬的目的;邊坡結(jié)構(gòu)的簡化;選擇適當(dāng)?shù)挠?jì)算域和計(jì)算模型的離散化處理;確定計(jì)算模型的邊界約束條件;選取巖體力學(xué)參數(shù)及其破壞準(zhǔn)則等問題。在數(shù)值模擬過程中，不可能將影響邊坡穩(wěn)定性的因素都面面俱到地考慮進(jìn)去。因此，本次模擬作了一些必要的假定。

4.2.2 計(jì)算方案

本次模擬計(jì)算分為2步：①原始應(yīng)力狀態(tài)，對所構(gòu)建的模型施加自重應(yīng)力，形成自重應(yīng)力場，分析此時(shí)模型的應(yīng)力分布和位移情況。②工況穩(wěn)定性計(jì)算，該步驟主要與原始狀態(tài)進(jìn)行比較，通過對天然、地震（按烈度Ⅶ度計(jì)算）和暴雨三種工況的邊坡穩(wěn)定性模擬計(jì)算，分析現(xiàn)狀邊坡是否處于穩(wěn)定狀態(tài)，以期為后續(xù)邊坡治理提供基礎(chǔ)。

主要從位移、應(yīng)變、各工況穩(wěn)定性系數(shù)等方面對計(jì)算結(jié)果進(jìn)行分析，計(jì)算結(jié)果分別見圖2～圖6。

從圖2和圖3可以看出邊坡剖面原始狀態(tài)下的最大剪應(yīng)變0.00055，位移為0.0010m。從圖4可以看出，在天然工況下，邊坡剖面的穩(wěn)定性系數(shù)大于1.15，處于穩(wěn)定狀態(tài);在地震工況下，邊坡剖面穩(wěn)定性系數(shù)大于1.0小于1.05，處于欠穩(wěn)定狀態(tài);在暴雨工況下，邊坡剖面穩(wěn)定性系數(shù)小于1.0，邊坡均處于不穩(wěn)定狀態(tài)。從模擬結(jié)果來看，此次邊坡受暴雨的影響更大，在暴雨條件下可能產(chǎn)生滑坡崩塌等地質(zhì)災(zāi)害現(xiàn)象，同時(shí)在發(fā)生較大地震時(shí)，邊坡內(nèi)部結(jié)構(gòu)也會受到一定影響。

5? 邊坡穩(wěn)定性系數(shù)計(jì)算

研究邊坡貫通結(jié)構(gòu)面均為層面，邊坡為斜向坡并且?guī)r層微傾向坡內(nèi)，對邊坡穩(wěn)定有利，邊坡不存在傾向坡外的貫通性結(jié)構(gòu)面。因此，在邊坡整體穩(wěn)定性計(jì)算時(shí)應(yīng)按照節(jié)理化巖體邊坡考慮，在邊坡巖體參數(shù)研究結(jié)果基礎(chǔ)上，進(jìn)行邊坡整體穩(wěn)定性計(jì)算。

本次計(jì)算剖面為根據(jù)邊坡現(xiàn)狀圖所做的剖面，計(jì)算采用極限平衡法中的Bishop法。計(jì)算結(jié)果分別為天然工況下安全系數(shù)為1.188，天然+裂隙水工況下安全系數(shù)為1.018，天然+地震烈度7°工況下安全系數(shù)為0.933。

可以看出，邊坡剖面整體穩(wěn)定性在天然情況下，穩(wěn)定性安全系數(shù)大于1.15，邊坡處于穩(wěn)定狀態(tài);天然+裂隙水情況下，剖面穩(wěn)定性安全系數(shù)在1.00～1.05之間，邊坡處于欠穩(wěn)定狀態(tài)，在地震烈度按7°考慮時(shí)，剖面穩(wěn)定性安全系數(shù)均小于1.00，邊坡處于不穩(wěn)定狀態(tài)，計(jì)算結(jié)果和實(shí)際情況一致。

6? 結(jié)論

依據(jù)極限平衡法和數(shù)值模擬方法穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果，綜合表2，以保護(hù)園區(qū)安全為核心，邊坡整體穩(wěn)定性綜合判定在兩種方法中以偏于保守為原則，即取兩種計(jì)算方法中的小值作為最終判定依據(jù)，作為邊坡永久治理依據(jù)。

通過極限平衡法和數(shù)值模擬方法綜合判定，邊坡在天然工況下邊坡整體穩(wěn)定性處于穩(wěn)定狀態(tài)，在暴雨工況和地震工況下邊坡整體穩(wěn)定性不穩(wěn)定狀態(tài)。

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