堤基土体抗滑稳定工程地质评价

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1、.抗滑工程地质评价李毅王江摘要本文引用分析思路，把土体当作一个系统加以考察，从查明土体构造入手，选取土的抗剪强度参数，综合考虑环境因素，对防洪堤某段抗滑稳定问题进展分析，使抗滑稳定评价更为合理。关键词抗滑土体 地质评价1前言堤基常遇具不利构造的不良土体，不良土体抗滑稳定评价更多地依靠工程地质分析。但传统分析方法重土层单元，轻土体构造；重单因素分析，轻多因素综合；重静态评判，轻动态预测，不能满足对复杂问题的分析评价。本文采用把堤基土体当作一个系统进展分析的思路，在查明堤基土体构造的根底上，合理选取土的抗剪强度参数，综合考虑环境因素，对*河西防洪堤某段堤基抗滑稳定问题进展系统分析，使堤基抗滑稳定评

2、价更为全面、合理。2土体系统及其抗滑工程地质评价思路2.1 土体系统概述 这里，土体的构造是各种土层的特定组合关系，是以土层为单元的宏观构造，区别于以土粒为单元的土的微观构造和以纹层为单元的中观构造。 控制系统功能的三要素是：单元或称元素的性质、系统的构造和环境的影响，三者对不同系统的功能控制程度不同，复杂系统的功能更多地受构造控制。对堤基土体系统而言，控制堤基稳定性的三要素分别是：土层的物理力学性质、土体的构造及环境的影响。显然，均质堤基的稳定性主要取决于土层的物理力学性质；非均质堤基的稳定性那么由土体构造控制；环境因素多起诱发或累积作用，对堤基动态稳定常起控制作用。 从堤基抗滑稳定角度，将

3、堤基分为均质和非均质两大类。前者以土质控制堤基稳定，后者以土体构造控制。详细分类见表1。表1堤基构造分类表堤基分类亚类堤基类型堤基稳定问题均质堤基一般土质一般均质一般不存在不良土质软土施工期稳定问题膨胀土长期稳定问题非均质堤基一般土体一般非均质一般不存在不良土体具软弱夹层夹层控制堤基稳定具弱抗冲层冲刷危及堤基稳定具硬卧(阻水)层阻水顶板控制堤基稳定对堤基抗滑稳定不利的构造主要是土体中具有不利产状的软弱夹层、弱抗冲层及硬卧阻水层。显然，不良土质及不良土体是研究堤基抗滑稳定问题的主要对象。且后者不易查明，更具危险性。2.2土体抗滑稳定工程地质评价根本思路1首先从查明堤基地质构造模型入手，再深入分析

4、土的物理力学性质，综合考虑环境因素，最后对堤基抗滑稳定问题作出全面的工程地质评价。2.2.1 地质模型的建立地质构造类型或堤基土体构造类型，是堤基抗滑稳定分析的根底。不同构造堤基抗滑稳定性不同，控制因素不同，适用的计算方法及相应的计算参数均可能有所不同。对不良土体堤基，土体不利构造直接控制堤基的抗滑稳定性。因此，查明土体的不利构造是堤基抗滑稳定分析的前提，应作为堤基勘察的重点。2.2.2 土的抗剪强度参数选取地质模型建立之后，土的抗剪强度参数成为定量评价堤基抗滑稳定的关键。 不良土体构造特殊，各土层对堤基稳定性的影响程度不一，各土层抗剪强度参数选取将有所区别。重点应加强软弱夹层或软弱接触带的抗

5、剪强度参数分析。2.2.3不利环境影响土体为一开放系统，外受动乱不定的河道和复杂多变的水流影响，内为人类生产或生活场所，各种人为干扰影响很大。因此，堤基稳定问题不仅要解决假定边界条件下的静态稳定问题，还必须重视不利环境影响下的动态稳定问题。虽然动态稳定定量预测尚难于实现，但加强定性分析既是必要的，也是可行的。粘性土易被视为均质堤基，土体构造易被无视，常导致堤基抗滑稳定分析模型参数失真，计算结果不合理。本文以*河西堤某段为例，运用土体构造控制的观点，对堤基抗滑稳定作出综合分析。3抗滑稳定工程地质评价3.1工程地质条件3.1.1地形地貌堤段全长1510m，设计为土堤，设计堤顶高程28.5m，堤高一

6、般5m上下。堤基全部座落于浔江一级阶地之上，地面高程23.5 m。堤身填土主要由粘土及粉质粘土组成，夹少量粉砂岩风化碎块，经机械压实。堤前岸坡已发现因河水冲淘而产生的坍岸现象。3.1.2堤基土层构造堤段堤基土共计6层，自上而下土层构造依次为：人工填土：断续分布于堤基表层，层厚1.1m1.5m。主要为素填土，棕褐色，浅黄色，主要由粉质粘土和花岗岩风化土组成，未经压密，透水性中等偏弱，注水试验结果渗透系数k=10-410-5cm/s。粉质粘土：棕褐色、浅灰黄色，成份以粉粒为主，含少量有机质及粉砂质，软塑可塑状。微层理发育，含水量较高，渗透系数平均值k=1.34*10-4cm/s，力学强度较低。连续

7、分布，层厚1.6m4.9m，顶板高程23.49m24.86m。粘土：褐黄色、浅黄色，成份以粘粒为主，可塑硬塑状，透水性弱，渗透系数k=1.6*10-83.5*10-6cm/s。连续分布，层厚7.1m11.7m，顶板高程18.6m21.89m。粉质粘土：灰色，成份以粉粒为主，次为粘粒，饱和，软塑状，含水量高，透水性弱，力学强度较低。连续分布，厚7.3m10.9m，顶板高程8.54m11.50m。含泥砂砾卵石：黄色、灰色、紫红等杂色，成份以卵石为主，稍密中密，厚0.2m。仅在个别钻孔深部发现。全风化花岗岩：灰白夹灰绿色，岩芯成土柱状。连续分布，顶板高程0.4m1.69m。钻孔未揭穿该层。3.1.3

8、水文地质条件位于浔江一级阶地前缘岸坡及河漫滩上，地下水主要为孔隙水，次为裂隙水及少量上层滞水。孔隙水主要赋存于第四系松散及堆积层中；裂隙水埋藏于下伏基岩花岗岩裂隙中；上层滞水零星分布于人工填土和第四系粘性土中，均受大气降水补给，且向河流排泄。层粉质粘土为新近沉积层，构造稍松，液性指数较大，在浅部23m已有IL=0.330.67, 渗透系数较大，其平均值k=1.34*10-4cm/s；而下伏层粘土属早期沉积，构造较密实，除靠近顶部孔深67mIL较大0.5外，一般IL0.3，且渗透系数普遍较小，平均值k=1.74*10-6cm/s。这种上、下二层渗透性差异较大的土层组合构造，由于下部层微透水层的阻

9、隔，地下水多聚集于层顶部亦即层的底部，调查发现岸坡地下水出露点高悬于勘探期河水位以上56m的半坡中。3.1.4不良地质现象本段河岸曾发生5处滑坡。滑坡体产生于岸坡中部，垂直滑向河床，滑坡后缘线均呈弧形，滑坡体厚度一般均小于6m，属浅层滑坡，详见表2。表2 *市河西堤某段岸坡滑坡统计表滑坡体编号滑坡表达状1997年状况滑动面深度(m)滑坡体面积(m2)滑坡体总体积(万m3)地下水情况滑坡规模类型正在滑动,在坡脚已做了抛石处理,滑距1.0m左右。3.009000.27浅层滑坡未见滑动,处于临界状态。3.06.201500034中上部多处地下水冒出浅层滑坡正在滑动,滑距0.52.0m。3.06.00

10、950023上部有多处地下水冒出浅层滑坡正在滑动,滑距0.51.10m。2.005500.110有少量地下水沿裂面渗出浅层滑坡正在滑动,滑距0.50.80m。1.02.5010000.200浅层滑坡上述浅层滑坡实质是天然河岸的局部岸坡失稳，构成滑坡体的地层均以第四系冲积粉质粘土为主，中上部有多处地下水冒出。3.2岸坡稳定问题分析岸坡的稳定可能直接影响土堤的稳定，尤其是岸坡的深层抗滑稳定问题，对土堤的整体稳定起控制作用。前期报告稳定验算选用的计算模型未考虑特殊的岸坡土体构造，把、层合并为层考虑，加上选用较低的抗剪强度参数。自动搜索计算结果：岸坡整体稳定平安系数K=0.89，且滑面切入河床底层,与

11、本段岸坡状态整体稳定现状明显不符。计算结果见表3。3.2.1土体构造本段堤防堤前岸坡主要由三大层构成，即：新近沉积的粉质粘土，早期沉积的粘土及灰色粉质粘土，其中、层前期勘察合并为第层构成岸坡中上部主体，第层深埋于1520m以下。需强调的是，本次勘察发现，第层与第层土的性状差异明显，不能合并，主要表达在稠度状态及渗透性上，尤其是后者。第层粉质粘土渗透系数平均值k=1.34*10-4cm/s，而其下伏第层渗透系数平均值 k=1.74*10-6cm/s，二者相差达100倍，即第层成为第层的阻水层，以至地下水极易聚集于、层之间，由此形成、层之间的饱水接触地带。岸坡水文地质调查证实，岸坡中上部常见地下水

12、呈下降泉流出或形成大片湿地。此外，横剖面勘察成果反映第层顶面起伏较明显。因此，综合上述土体构造分析，尤其是存在第层阻水土层及、层之间局部易形成软弱饱水接触带，本堤段的浅层滑坡主要受控制于、层接触带。如果恢复为未修护坡之前的原始地形，岸坡呈上层陡坎高5m7m下层缓约20，岸坡中上部沿、层接触带稳定性差K=0.960.8，与浅层滑坡发育情况吻合，假设再遇第层顶面起伏影响而出现向河一侧倾斜产出，沿、层接触带的浅层滑坡更易发生。上述滑坡形成的主要控制因素是本段特殊的岸坡土体构造，即第层相对属偏强透水的新近沉积与下伏第层微透水早期沉积粘土层的不利组合。图3-1堤基土体构造示意图3.2.抗剪强度参数选取与

13、上覆土体层底部一起，长期饱水软化，形成一定厚度的软弱饱水接触带。分别对层、层抗剪强度参数统计后取小值平均值，可能就是“接触带的强度指标。据此计算，在硬卧层下再出现软层时见图3-1，软件自动搜索的计算结果，滑弧将穿越硬层，深入软层，这与现场滑坡调查结果均为浅层滑坡不符。因此，硬卧层的抗剪强度指标应剔除顶板附近低值以后的再统计。这种情况下，“接触带才是危险滑面，应有针对它的取样试验，否那么可考虑以层或层抗剪强度参数最小值为代表。综合分析已有抗剪强度试验指标，针对“接触带的取样试验少，取第层最小值作为“接触带指标，其余土层取平均值取值详见表3。表3 堤基抗滑稳定计算成果表工况 编 号土体构造分层土抗

14、剪强度滑面或最危险滑面位置最小平安系数K抗剪强度取值修坡后天然岸坡(1)粘土灰色粉质粘土C=10kPa,=10C=10kPa,=12层底部0.887初设成果(2)粉质粘土粘土灰色粉质粘土C=19kPa,=7.2C=53kPa,=13.3C=30kPa,=12切入河床层1.56最小值平均值平均值(3)粉质粘土软弱接触带粘土灰色粉质粘土C=19kPa,=7.2C=8.5kPa=11.1C=53kPa,=13.3C=30kPa,=12沿层切入层2.111.58最小值最小值平均值平均值筑堤加载施工期(4)土堤粉质粘土软弱接触带粘土灰色粉质粘土C=25kPa,=15C=19kPa,=7.2C=8.5kP

15、a=11.1C=53kPa,=13.3C=30kPa,=12沿层切入层1.711.495平均值最小值最小值平均值平均值(5)、同上但倾向坡外5同上沿层 1.667同上3.2.水流条件变化新建堤防缩窄行洪断面，岸坡的抗冲稳定直接影响岸坡乃至堤基抗滑稳定性。假设不考虑岸坡坡脚采取护岸措施，计算水位降落期岸坡整体稳定平安系数为K=1.09，说明在水位降落期的稳定性已进入临界状态，因此，岸坡坡脚采取护岸措施是必要和合理的。3.2.4抗滑稳定工程地质评价计算简图3-1，计算成果见表3。分析表3可知，经修坡、护岸后，无论是天然状态，还是土堤加载的情况下，堤基岸坡中上部土体稳定性较好，K1.71；即使遇接触

16、带向河倾5时，沿接触带抗滑平安系数K=1.67，仍处于稳定状态。在未考虑抛石护坡及抗滑齿槽作用时，堤基岸坡整体稳定性良好最不利滑弧切入层，K=1.56，土堤加载情况下，施工期稳定性仍较好K=1.495。经竣工后现场复查，除岸坡中上部地下水出渗处因局部潮湿而变形稍大外，堤基岸坡整体稳定性良好。4 结论1对不良土体，土体不利构造直接控制堤基的抗滑稳定性。不良土体堤基抗滑稳定问题评价，从查明堤基地质构造入手，深入分析土的物理力学性质，综合考虑环境因素，可以得出更为合理的评价。2岸坡滑坡形成的主要控制因素是本段特殊的岸坡土体构造。经修坡、护岸后，无论是天然状态，还是土堤加载的情况下，堤基岸坡整体稳定性良好。初步计算说明，在水位降落期的稳定性已进入临界状态，岸坡坡脚采取护岸措施是合理的。3勘察成果，理论计算结果和现场实际情况不统一。通过引用系统理论，综合考虑三大要素，校正了前期成果，得出了合理的计算结果和评价结论。参考文献1王亚丽等主编.堤防工程地质勘察与评价. *：中国电子，2006，EK195-252 关庆军、杨怀等主编.工程勘察研究. *：天禧，2004，R150-56. v