广东船塘羊耳凹崩塌体成因及稳定性评价

2021-04-15关维

西部探矿工程 2021年4期

关维

（广东省核工业地质局二九二大队，广东河源517000）

崩塌位于东源县船塘镇羊耳凹X163县道旁，2019年4月因强降雨该边坡发生滑塌，造成简易挡土墙开裂局部垮塌，原坡面喷射砼大面积开裂塌落，大量粉砂质粘土呈流塑状流出，同时边坡后缘产生拉裂缝，滑塌物约4500m3，直接经济损失约100万元，威胁人数119人，潜在经济损失约500万元，险情规模等级为大型。

1 地质环境条件

1.1 地层岩性特征

该处地貌以剥蚀残丘为主，山体属风化残丘，区内分布岩石以下石炭统大塘阶测水段泥页岩、炭质页岩为主，局部夹薄层劣质煤层。表层土质松散，同时受地质构造及风化影响，区内岩体破碎，浅部岩体呈散体状。

1.2 区域地质构造

研究区位于灯塔构造盆地西部，区域发育构造为：①头石断层：位于船塘镇上排附近，长约8.0km，走向为北东东—南西西，倾向北西，倾角50°～60°，为正断层，形成于燕山期末期；②当门岭断层：出露于船塘上排东部，长约14.0km，呈北北西—南南东向展布，倾向北东，倾角40°～60°，为逆断层，形成时代为燕山期末期至喜马雅期；③灯塔构造盆地：位于灯塔镇至绣缎镇一带，长达45km，短轴宽20.0km，基本轴向为北东—南西向，但在不同地段略有偏转，如黄沙镇以北北东—南西向，以南为北北东—南南西向；岩层倾角自盆地边缘呈微波状向盆地中心逐渐变缓，即10°～15°变为5°～10°。区内下伏基岩受构造影响，导致岩体破碎，岩层构造产状紊乱，局部呈揉皱（产状由及310°∠45°、35°∠85°过渡到240°∠45°）现象。总体上，本区域地质构造对区内影响较大。

1.3 水文地质条件

区内地表水主要为位于山体分水岭以外的两个人工水塘，水面高程低于边坡高程，故对崩塌体不构成影响，边坡场地地表水主要是雨季随丘坡的片流水。区内地下水以潜水为主，类型主要为基岩裂隙水，补给来源为大气降水。区内地下水流向与地形倾斜方向基本一致，地下水排泄主要以渗流的形式排入附近溪流（船塘河）中及往岩层深部径流排泄，总体上水文地质条件属简单类型。由于区内地下水受大气降水补给明显，故在每年5～9 月雨季期间地下水水位明显抬升，地下水位动态变化为1.00～2.00m。区内强风化泥页岩为弱透水层，全（强）风化炭质页岩为中弱透水层。雨季时，雨水从边坡体及岩石裂缝中不断渗入，同时岩土层渗透性较差，地下水来不及消散，从而增大该边坡的下滑力及静止水压力，同时降低其抗滑力[1]，使该边坡更容易发生崩塌现象。

1.4 工程地质条件

区内岩土体可分为强风化泥页岩、全风化炭质页岩、强风化炭质页岩，自上而下特征为：①强风化泥页岩：褐黄色、褐红色，泥质结构，页理状构造，层面标高153.80～185.70m，标贯击数56～76击，平均值64击，属于软岩，岩体基本质量等级为Ⅴ级；②全风化炭质页岩：黑色，原岩结构已完全破坏，呈土状，局部呈半岩半土状，层顶标高154.90～156.40m，标贯击数32～46击，平均值38.4 击，属于极软岩，岩体基本质量等级为Ⅴ级；③强风化炭质页岩：黑色，风化强烈，岩体极破碎，呈角砾状、碎块状为主，局部夹散体状劣质煤层，浸水膨胀崩解，层顶标高147.20～168.50m，标贯击数58～75击，平均值66 击，天然抗压强度7.45～8.32MPa，平均值7.89MPa；岩石属于软岩，岩体基本质量等级为Ⅴ级。

2 崩塌体特征

2.1 崩塌体现状

研究区可分为A区和B区两个边坡段。

A区：边坡岩性主要为强风化泥页岩，局部覆盖残积粉质粘土层，坡面裸露，岩层产状26°∠28°，岩层倾向与坡向相同，对坡体稳定不利。在开挖卸荷作用及风化作用下，泥页岩呈散体状、破碎状，强度较差，现状边坡较陡，坡度40°～60°，由于削坡不当，边坡后缘再次发生局部小规模崩塌现象，坡面产生拉裂缝并可能往边坡上部发展。同时，该场地因挖方放坡不当，形成高陡边坡且未进行分级放坡，致使土体的自然平衡状态遭到严重破坏，进而诱发该边坡产生部分卸荷裂隙，形成与母体分离的崩塌与岩（土）堆。

B区：边坡出露主要为强风化泥页岩、全（强）风化炭质页岩，局部夹薄层状劣质煤层，坡面植被相对茂盛。该边坡段岩芯呈碎块状、块状为主，坡度8°～25°，局部接近90°，在强降雨条件下易产生崩塌现象。

2.2 崩塌体破坏特征

崩塌体的破坏面特征为：①A区边坡，崩塌体岩层产状与边坡面倾向相同，边坡坡度较陡，岩土体易沿结构面滑移，判断该崩塌方式为滑移式，由于边坡岩性为散体状泥页岩，边坡破坏类型为圆弧状破坏模式；②B区边坡，崩塌体岩性为强风化泥页岩及全（强）风化炭质页岩，全风化炭质页岩及劣质煤层为软弱岩土体，饱水状态下抗剪强度快速降低，岩土体易沿软弱岩土体不利方向剪出崩落，判断该崩塌方式为滑移式。

3 崩塌体成因

3.1 崩塌体发生的条件

（1）地形地貌条件。研究区地貌以剥蚀残丘为主，属风化残丘，高程151～187m，自然山坡坡度约8°～25°，局部近于直立，坡高8～20m。由于建设削方影响，导致边坡产生临空面，为边坡发生崩滑提供了基本条件。

（2）岩土体性状条件。边坡体的岩土体为下石炭统强风化泥页岩、全（强）风化炭质页岩，局部夹薄层状劣质煤层；该岩土层结构较松散，透水性中等，土体颗粒之间粘结力较差[2]，由于边坡开挖存在临空面，在极端天气条件下极易发生崩塌现象。

（3）外倾结构面条件。A 区边坡的崩塌体岩层产状与边坡面倾向相同，边坡坡度较陡，岩土体易沿结构面滑移；B 区边坡的崩塌体岩性为强风化泥页岩及全（强）风化炭质页岩，全风化炭质页岩及劣质煤层为软弱岩土体，饱水状态下抗剪强度快速降低，岩土体易沿软弱岩土体不利方向剪出崩落。

（4）地下水作用条件。研究区地下水补给主要为大气降水，雨水大量下渗进入全（强）风化岩层中，地下水导致岩土体软化，造成土体强度降低；岩土体容重（饱和）增大，崩塌体的重量增大，造成崩塌体的下滑力增大；同时由于全（强）风化岩层渗透性中等，地下水的渗入，产生渗透压力以及对崩塌体产生浮托力；再者地下水对崩塌体岩层的浸泡，使岩土体之间的摩擦力降低，边坡整体安全系数减小。

3.2 崩塌体成因

崩塌体发生的诱导因素为雨季短时间内出现强降雨，大量雨水冲刷坡面，部分下渗到坡体内，软化边坡岩土体，使边坡岩土体饱和，降低岩体结构面粘聚力及内摩擦角，容重增大，增大滑体重量，从而增大坡体下滑力，且雨水在坡体内渗流产生较大的动水压力；同时导致下部岩体松弛，在上部岩体压力作用下，松弛岩层呈向外挤压突出；从而导致上部岩体脱离母岩产生拉裂缝，并向临空面滑移崩塌[3]。

4 崩塌体稳定性评价

分别对A区边坡和B区边坡采用赤平投影法进行定性分析和瑞典条分法（圆弧滑动面）进行定量分析，评价其稳定性，为下一步治理方案提供依据。

4.1 定性分析

岩土体节理裂隙特征见表1，根据表1以及边坡基本特征，绘制边坡体极射赤平投影图（图1）。

受区域地质构造及挖方削坡卸荷影响，区内岩层节理裂隙为张开裂隙，泥炭质充填，结合程度差，延伸较长，连通性较好，均属本软弱结构面，根据赤平极投影图（图1）可知：

（1）A 区边坡，岩层倾向与边坡坡向相同，且岩层倾角小于边坡坡角，对边坡稳定性不利；节理J1倾向与边坡倾向相反，节理J2 倾向与边坡倾向相同且其倾角大于边坡坡角，节理面J1、J2对边坡的稳定性不起控制性作用。岩层层面与J1节理面的交点与边坡投影弧在同一侧，倾角小于坡角，属较稳定结构，J1 节理面与J2节理面的交点、岩层层面与J2 节理面的交点位于边坡面的对侧，说明其组合交线的倾向与边坡倾向相反，属于稳定结构。此外，A 区边坡岩层层面形成不利外倾结构面，但由于受区域构造及岩石风化影响，加之人工削坡卸荷影响，边坡岩体呈破碎—极破碎，强降雨条件下雨水从边坡体及节理裂隙中不断渗入，使得强风化泥页岩浸水崩解、软化，抗剪强度快速降低，容易崩落；此外地下水增大了该边坡的下滑力及水压力，同时降低岩土体的抗剪强度，从而降低其抗滑力，使该边坡更容易发生崩塌现象。

表1 各坡段岩体节理裂隙产状表

图1 边坡体极射赤平投影图

（2）B 区边坡：岩层倾向与边坡坡向呈大角度相交，且岩层倾角大于边坡坡角，属较稳定结构；节理J1、J2 倾向与边坡坡向呈大角度相交，且节理面倾角大于边坡坡角，属较稳定结构，节理对边坡的稳定性不起控制性作用；岩层层面与J1节理面的交点、岩层层面与J2节理面的交点、J1 节理面与J2 节理面的交点位于边坡面的对侧，说明其属于基本稳定结构。虽然B 区边坡岩层产状及节理J1、J2 均对边坡稳定有利，属稳定结构，但强降雨条件下雨水渗入坡体，增大坡体下滑力及动水压力，减小抗滑力，对边坡稳定极为不利，也容易从稳定结构向不稳定结构转化。

4.2 定量分析

（1）稳定性计算模式。采用《崩塌防治工程勘查规范》（DZ/T0218-2006）中附录E中的瑞典条分法（圆弧滑动面）。

（2）稳定性计算参数选取。根据试验结果以及边坡体结构面的抗剪强度指标根据每组结构面的特点，以及《建筑边坡工程技术规范》表4.5.1、表4.5.2取值并结合本地区成熟勘察经验综合得出本崩塌体岩土体物理力学参数指标（表2）。选取3组最不利剖面1-1′、2-2′、3-3′及5-5′在工况1：天然状态，考虑地下水作用；工况2：饱和状态，考虑50 年一遇暴雨情况，崩塌体充分饱水两种工况下分别计算其稳定性。

（3）稳定性计算结果（见表3）。区内4条剖面计算结果显示：A 区边坡在工况1 呈稳定—不稳定状态，在工况2呈欠稳定—不稳定状态；B区边坡在工况1呈基本稳定—稳定状态，在工况2呈基本稳定—稳定状态。

最不利破裂面示意图分别见图2、图3。