原体测试在发电厂边坡稳定性评价中的应用原创

PAGE2原体试验在边坡稳定性评价中的应用【摘要】：原体测试能够使我们获取最直接的原始资料，为边坡稳定性计算提供依据，如果没有进行原体测试，结构面的C、值就只能采用室内土工试验和经验数据，其计算结果也会使工程处于一种不确定状态。所以原体试验虽然耗时、耗财，但是在关键时候可以起到举足轻重的作用，同时也在一定程度上降低勘察工作的风险。【关键词】：原体测试工程应用XX集团煤矸石发电工程位于XX市西区河石坝南侧，距石华路约0.5公里，工程规模为：容量2×460t/h循环流化床锅炉+2×135MW凝汽式汽轮发电机组。厂区围墙内用地面积为11.5hm2，主厂房拟设计地坪标高为1075.0米，采用钢筋混凝土排架结构，烟囱高度180米，出口直径6.0米。拟建电厂西北侧为煤矸石山，距主厂房仅有几百米，燃料运输方便。场地紧靠XX取水便利，贮灰场距主厂房直线距离约5公里，拟采用索道运灰。拟建场地位于XX北岸，微地貌上属于XXⅡ～Ⅲ级高阶地，总体上北高南低的斜坡地形。南侧为70～80米XX土质且分布有崩塌、小型滑坡的岸坡，西侧有深切30～40米的XX沟，沟壁直立，东侧不宜大挖大填的昔格达地层分布，北侧有老电厂，场地中部还有铁路隧道横穿，场地工程地质复杂程度为西南地区罕见，从电厂布置来说，场地十分狭窄，边坡稳定性和安全距离的确定将直接决定厂址成立与否。PAGE131．边坡结构特征1.1．边坡形态及分类拟布置场地地面高程1063～1114m，相对高差51m，高出XX水位60～110m，边坡位于场地南端，紧临XX，为陡峭的岸坡，边坡长400m，坡高70m（1000～1070m），坡度达60°～90°覆盖层边坡，根据《建筑边坡工程技术规范》GB50330—2002分类标准，为特大型边坡。照片1边坡形态拟建场地边坡西起XX沟，东接河门口水厂，斜坡长约400m，宽约50～80m，西约1/3段陡峻、直立、负坡探头，形成有坠落崩塌一处，壁高30m。陡崖崖高70m，灰华构成的陡崖似岩溶地貌发育,溶洞、溶蚀壁、倒悬溶蚀“蘑菇伞状探头崖”密布，犹如“小喀斯特”。此段边坡西头东南方向顺灰华坡面尚可通过单人“手扒崖”勉强上下通行，西南北向崩塌壁和灰华陡崖就只见鹞鹰盘旋、松鼠爬行了；边坡中段坡度渐缓，沿小沟斜坡攀灌木草丛方可到达灰华陡崖段；东段边坡坡度渐缓，但上三叠统南倾陡立的砂泥岩虽顺层找风化沟坎可小心通行外，沿南北仍然手扒难通行。1.2地层岩土组成及其沿坡横向、纵向的变化态势纵观边坡岩土组成可谓三大套：纵向上即上部缓坡为粉土，较陡坡为灰华粉土、粉土、中部陡坡为灰华、下部陡坡为砂岩、泥岩，再下缓坡为崩塌巨块石和XX河漫滩；边坡纵向上坡顶为灰华粉土，粉土自西向东走向分布，灰华自西向东由宽厚分布到向东收敛渐行尖灭趋势，砂岩、泥岩由西向东走向分布，由窄变宽，其走向顺边坡走向分布；倾向方向陡倾角向南顺坡，与灰华、冲洪积含漂石卵砾石土、岩屑红土、中细砂均有直接接触。边坡岩土物理力学特性概况是：边坡纵横向上部较软松散冲洪积粉土、含灰华粉土、中部较坚硬灰华、下部坚硬砂岩泥岩。有软—硬—坚硬的总趋势。照片2XX沟下游段灰华顺坡张性卸荷裂隙发育情况西界边沟XX沟的深切冲蚀，给沟坡的稳定性带来“伤害”（照片2），却也给边坡岩土垂向分布、叠复关系观察带来方便。边坡岩土划分为全新世现代冲积（Q44al）,全新世现代洪积漂移崩塌灰华块石堆积体（Q44pl）、全新世现代崩塌灰华块石堆积体（Q44col）、上更新统冲积化学堆积粉土（Q3al+ch）、上三叠统“丙南组”砂泥岩（T3b）五套。1.3水文及地下水条件厂址河段处XX，江面枯季水在1000米左右(黄海高程，下同)，五十年一遇的洪水位是1016.6米，百年一遇的洪水位是1017.2米。厂址区域地下水分为第四系孔隙水和基岩裂隙水，接受地表水和大气降水的补给，通过覆盖屋内已形成的排泄通道和基岩裂隙向XX排泄，地下水径流形式为通道式径流。第四系孔隙水主要富存于灰华层下的第四纪全新统地层中，地下水较丰富，为场地主要地下水；基岩裂隙水主要是赋存于基岩裂隙，埋深较大。在地质调查测绘中发现，在崩塌体中轴线以西30米处的崩塌灰华堆积大块体下有三股下降泉水，高程约1003m。其中有一股水流细如筷子，另两口粗如杯口，终年不断流，清澈透明，流入XX。1.4岩土工程特性粉土（Q3al+ch）:黄褐色、黄色、灰褐色，干燥～稍湿，为冲积和化学堆积物。由于灰华作用差异，造成该层很不均匀，强度差异很大：部分地段灰华作用很弱，以粉土为主，黄色～灰黄色，稍湿状态，含少量砾石，抗剪强度较低；灰华作用增强的地段，灰黄～灰褐色灰华块体数量增多，蜂窝状结构具孔隙，孔洞，甚至可见裂缝；灰华作用强的部位，钙质胶结程度高，块体呈灰褐色～灰白色，样如珊瑚或石钟乳，力学强度高，很坚硬，且部分同心圆结构；在陡峭边坡，尚可清晰地见到蘑菇状的灰华钙化“石幔”和孔洞，最大者高度和宽度可达2m，深度4～5m。灰华，成岩状~半成岩状，在地下水丰富形成富钙胶溶体随水运移，呈凝胶状充填基岩节理、层理，流附基岩层层面、坡面、裹夹漂卵砾石粉砂在数十万年漫长地质历史冲积搬运，沉淀凝固，在XX水下切风化剥蚀中形成边坡陡崖。砂岩或泥岩（T3b）：砂岩：中细砂岩和粉细砂岩，灰色，灰白色～紫红色成分以石英、长石为主,中厚层状构造,硅质和钙质胶结，呈中～微风化.岩层产状210°∠55°。岩性坚硬，弱—微风化。2边坡稳定系性定性分析2.1崩塌通过采用1：500地形图作底图、在“XX集团煤矸石发电技改工程岩土工程勘察”（初步设计阶段）工作基础上开展工作，工程地质测绘采用“顺层追索法”和“路线穿越法”两种手段并用法，沿地层走向和边坡延长方向布“顺层追索”，工程地质测绘路线5条,沿地层倾向和边坡倾斜方向布“路线穿越”工程地质测绘地质路线5条。该边坡存在的主要问题为有较大规模的潜在崩塌体：边坡西侧条状突出的山脊已被裂缝切断，该山脊突出段已为最危险潜在崩塌体，预测其倾倒方向向南；在17与18剖面之间距坡缘约10～15米有一垂直于坡向的裂缝，使得该段陡崖成为潜在崩塌体；边坡其余陡崖段在地表上虽未发现张裂缝，但在临江边坡专题勘察工作所挖三个探井中，在该层内揭露了大小不一的溶蚀空洞和较多的垂直裂缝，且陡崖灰华层坡脚被大小不一的空洞淘空，故整个边坡均为崩塌产生的危险地段。通过采用“因子叠加综合判别法”分析，对边坡外边缘采用主动削坡且坡率值>0.6的方法，就可以消除潜在崩塌的威胁。2.2整体滑移根据初步设计阶段勘钻孔资料，边坡可能存在的滑移面为基岩和粉质粘土接触面，从下面四条地质剖面（图2.2-1～2.2-4为场地中部垂直于江边的潜在主滑剖面）可以看出，要确定场地成立与否，首先要确定边坡自然状态下的边坡稳定性，滑动面抗剪强度指标（C，）是滑坡（边坡）稳定性定量评价计算中的关键指标，就必须取得潜在滑面的准确抗剪强度指标，如果采用参照室内土工试验和地区经验相结合的方法，人为的因素较多，会给边坡稳定性评价结论带来极大的风险，甚至不敢下结论的后果，通过充分的讨论和研究，决定采用深井大型直剪试验来取得潜在滑边面的C、值。图2.2-117—17“工程地质剖面图2.2-218—18工程地质剖面图2.2-319—19工程地质剖面图2.2-420—20“工程地质剖面深井大型直剪试验试验点的布置根据地质钻探情况，确定在17—17′、18—18′和19—19′三个剖面边坡地段开挖竖井（开口尺寸ф1.9m，见图2.2-1～2.2-4），分别在井中的粉土和上覆土层与基岩接触面上进行五组现场直剪试验。每组土体试验3个,剪切面积0.3025m2，高度20cm。试验按照《岩土工程勘察规范》GB50021—2001和《工程岩体试验方法标准》GB/T50266—99进行。试验点情况见表3.1。表3.1试验点情况编号位置深度(m)试验岩土层1J1-15.0灰华粉土（Ｑ３３al+cch）2J1-30.2灰华粉土（Ｑ３３al+cch）与泥泥岩（T3b）接触触面3J2-21.2灰华粉土（Ｑ３３al+cch）与细细砂岩（T3b）接触触面4J3-22.4灰华粉土（Ｑ３３al+cch）与粉粉细砂岩（T3b）接触触面5J4-3.0粉土（Q4all），很湿~饱和3.2试验成果资料试验主要成果资料包括法向应力б与剪切应力τ曲线图及相应峰值强度б—τ曲线（略），通过成果资料整理，取得了各试验点抗剪强度指标。见表3.2：表3.2各试验点抗剪强度指标汇总表试验点号峰值强度屈服强度比例强度残余强度试验土层С(Kpa)Φ(度)С(Kpa)Φ(度)С(Kpa)Φ(度)С(Kpa)Φ(度)12140.017.038.015.036.0430.022039.016.038.013.536.0431.0灰华粉土与砂泥泥岩接触面面32241.518.540.016.039.0533.042040.018.038.516.037.0431.051514.012.012.010.010.00.58.0粉土（很湿~饱饱和）根据级差分析法，灰华粉土和灰华粉土与砂泥岩接触面的抗剪强度指标为C=20Kpa，φ=40°。必须指出的是，除5#试验点外，其余4个试验点距边坡均较近，试验成果反映了灰华程度低～中等的灰华粉土抗剪强度指标。边坡稳定系性定量计算有了上述的最真实的原始数据，为边坡稳定系性计算奠定了良好的基础，边坡稳定性计算剖面为17—17′、18—18′、19—19′和20—20′四个代表性剖面，按折线形滑动面滑坡计算（Ks=ΣRiψiψi+1ּּּּּψn-1+Rn/ΣTiψiψi+1ּּּּּψn-1,(i=1,2,3ּּּּּn-1)，分别按照不同工况进行计算，其中自然条件下的稳定系数用于评价边坡当前的稳定性，其他工况下的稳定系数用于边坡发展趋势评价。边坡稳定系数计算结果见表4。表4中段边坡稳定系数计算结果汇总表剖面号目前状态暴雨状态Ⅻ度地震状态暴雨+Ⅻ度地震暴雨+Ⅻ度地震+建筑物物荷载17—17′1.751.721.561.541.5318—18′1.211.181.121.111.1019—19′1.751.741.561.551.5420—20′1.331.281.231.181.17⑴在目前情况下，边坡Ks=1.21～1.75；在暴雨状态下，Ks≧1.18，属于稳定状态；⑵在Ⅻ度地震状态和地震与暴雨共同作用时，边坡稳定系数有较大的降低；⑶按照《建筑边坡工程技术规范》GB50330-2002第5.3.1条规定，作为一级边坡的本工程边坡，其稳定系数不应小于1.35；结论通过计算结果分析，目前边坡在自然状态下整体是稳定的，不会因滑坡而影响场地建设的适宜性，作为工程边坡必须是有条件地使用（通过场地高程调控、主要基础采用嵌岩桩等措施提高其作为工程边坡的安全系数，满足规程规范要求）。对于潜在崩塌的威胁，我们根据《建筑边