广州科学城KXC—H2地块边坡稳定性评价

摘要：根据对该边坡的变形破坏特征及形成条件分析，认为该边坡在自重应力、卸荷变形、降雨、地下水等内外动力地质作用以及人类工程活动影响下，斜坡土体前缘崩塌滑移使上部失去支撑而发生破坏变形，尤其是暴雨饱水条件下，随着软弱结构面抗剪强度降低和自重应力增加，导致边坡失稳破坏。通过参数反演，对坡体3条剖面的稳定性进行了定量评价。从评价结果看，在天然情况下，边坡处于基本稳定状态；在考虑暴雨饱水条件下，边坡部分地段则处于临界稳定状态或不稳定状态。因此，对该边坡进行合理的评价，科学的预测分析就显得非常必要。本文结合该边坡的形态、结构特征，采用剩余推力法对该边坡在天然状态下及不利组合条件下的稳定性进行评价，为边坡治理设计提供了重要的地质依据。

关键词：边坡；成因机制；稳定性评价；边坡治理

中图分类号：U213.1+3 文献标识码：A 文章编号：

图1 广州科学城KXC—H2地块边坡平面示意图

1、边坡概况

该边坡位于广州市东北郊萝岗区金峰园科学城KXC—H2地块东侧，东南面为正在建设的林语山庄，西南面为新修广州开创大道，北东侧为丘陵。整个坡体呈扇形向西南面散开，底部最宽约450m，顺坡长约250m，坡度20～40°（图1）。组成滑坡体的岩性为坡残积粘土，下伏基岩为燕山期花岗岩。在自然状态下边坡处于相对稳定状态，但由于人类工程活动，边坡坡体、坡脚开挖，形成了一些高陡边坡，边坡局部地段出现明显变形迹象，如局部斜坡上的树木呈“马刀”型，坡面剥落掉块、水土流失等。由于拟建项目将对坡体进行大规模的开挖、平整，这样边坡原有的平衡条件就会被破坏，有可能引发滑坡、崩塌等地质灾害。一旦发生边坡失稳等地质灾害，将直接影响建于边坡上众多楼宇的安全稳定，并且严重威胁南面坡下生活、居住和工作约3000多人的生命安全，故边坡安全等级属一级。

2、边坡失稳成因机制分析

2.1 地质环境条件

边坡位于广州市东北面的低山丘陵区，坡形上陡下缓，局部地段坡脚由于人工切坡修路，坡度较陡，坡角在40～60°。区内出露的岩石为燕山期侵入的中粗粒花岗岩、黑云母花岗岩（γ53(1)），其中全风化层一般厚2～12m，呈坚硬土状，遇水易软化崩解；上覆第四系为坡残积层，岩性多为粉质粘土、含砾粘土等，结构松散，抗剪强度低，水理性质较差。

工作区区域上西有广从断裂，南有瘦狗岭断裂，虽然构造形迹显示有多种不同方向的构造体系存在，但主体构造方向为东西向，基底则主要由加里东期变质岩系、混合岩的片理、片麻理及东西向褶被组成，其次一级的构造单元可分罗岗岩浆岩带与帽峰山断隆。边坡位于罗岗岩浆岩带构造单元内，边坡范围内无断裂通过。

2.2 边坡地质灾害基本特征

工作边坡原始坡度为20～45°，在自然状态下边坡处于稳定状态，但局部地段出现了明显变形破坏迹象，如坡面剥落掉块、水土流失等，根据调查，坡体上目前已发的地质灾害类型主要有崩岗、水土流失和危石三类。

2.3 边坡失稳成因机制分析

边坡失稳主要是由于花岗岩风化作用强烈，残坡积风化层厚度较大，在雨水渗入受到浸泡时就会改变稠度，矿物亲水性强，水的软化作用强烈，导致其抗剪强度降低，加上山体坡度较陡、人类工程活动等不利因素，从而引起边坡变形破坏。影响边坡稳定性的主控因素主要有：

1、岩土物理力学性质差，坡残积层厚度大：滑坡体基岩矿物成分主要由斜长石和黑云母组成，极易风化，且水理性质差，上部残坡积层为特别是松散易渗水的粘土，与全风化花岗岩之间有淋滤的高岭土淀积，水浸泡后变软弱滑腻，粘土扰动后，残余强度很低，内摩擦角小，浸水后容重增大，强度减小，极易下滑。

2、地形地貌有利于形成滑坡崩塌：滑坡区相对高差大，沟谷侵蚀切割强烈，山高谷深，为滑坡崩塌提供了有利的地形地貌条件和有效的临空面。

3、降水诱发：广州市内属亚热带季风气候区，气候温暖，雨量充沛，多年平均降雨量1702.5mm，雨季集中在5～6月，是灾害性天气多发期，暴雨导致土层暂时处于饱的状态，降低粘土抗剪强度，增加容重，从而使坡体变形失稳。

4、人类工程活动：人为切坡、开挖使山体坡脚失去支撑，甚至使滑动面临空，完全失去支撑，进而导致山体下滑。

3、滑坡稳定性评价

3.1 定性分析

根据勘察资料和现场调查，工作区东侧边坡残坡积层与全风化层厚度较大，强、中风化基岩埋藏较深，边坡坡角一般为25～40°，坡脚开挖深度较小，一般为2～3m，坡体上仅局部发育有小规模的崩岗、孤石，坡体后缘未发现拉张裂缝，故目前边坡处于较稳定状态。

3.2 定量计算

由于土质滑坡的滑面多呈不规划弧线，计算时可近似按折线型滑动面考虑，本次采用《工程地质手册》（第三版）推荐的剩余推力传递法对边坡3条剖面的稳定性进行验算。

计算公式为：

1、滑坡推力计算公式：

公式中各符号意义：Ei：条块推力（kN/m） Wi：条块自重（kN/m） αi：条块滑动底倾角（°） φi：岩土内摩擦角（°） Ci：条块滑动带的粘聚力（kPa）Li：条块滑动底面长度（m） ψn-1：传递系数Ei-1：第i-1条块的剩余下滑力（kN/m）

2、稳定系数计算公式：

K：稳定系数，其他各符号意义同前。

根据边坡稳定性影响因素分析，该滑坡体在天然状态和连降暴雨等条件下将受到以下荷载作用：1、自重；2、动水压力；3、浮托力。暴雨对潜在滑坡的作用表现为经入渗或径流改变地下水位以及地下水位以上潜在滑坡体物质的含水量，从而改变潜在滑坡体自重、动水压力和浮托力等荷载以及潜在滑体土和滑带土的抗剪强度，进而影响潜在滑坡体的稳定性。由于在不同荷载组合条件下滑坡体的稳定状态不同，故将荷载组合划分为基本荷载组合和特殊荷载组合，并确定以下两种典型的计算工况条件：条件1：自重；条件2：自重+暴雨。

计算参数主要有物理参数和强度参数，天然状态下，地下水位在滑面以下，自重计算取天然重度，抗滑力计算取滑带土天然抗剪强度；连降暴雨时，整个滑坡体因降雨入渗而处于饱和状态，自重计算取饱和重度，抗滑力计算取滑带土饱和抗剪强度。具体计算参数取值见表1，稳定性计算结果见表2、表3和表4。

表1 坡体物理力学性质参数取值表

表2 条件2时1—1′线剖面稳定性计算结果

表3 条件2时2—2′线剖面稳定性计算结果

表4 条件2时3—3′线剖面稳定性计算结果

计算结果表明：边坡目前处于相对较稳定的状态；在连降暴雨时处于临界平衡状态，有失稳破坏的危险，应进行综合治理。其中1—1′线剖面所在边坡段目前已有变形迹象，在天然状态处于基本稳定状态，但稳定性系数不高，在连降大雨时处于失稳状态，应采取治理措施；2—2′线剖面所在边坡段在天然状态处于稳定状态，在连降大雨时处于极限平衡状态，有失稳的危险，应采取加固措施；3—3′线剖面所在边坡段在天然状态处于稳定状态，在连降大雨时处于基本稳定状态。

4、边坡治理方案建议

根据分析，边坡潜在的主要地质灾害为山体滑坡和崩塌（危石），该边坡应采取综合工程措施，建议方案如下：地表排水＋抗滑支挡方案。沿在坡体上环山路内侧设置挡土墙，截洪沟，外侧（临坡）设置挡土墙，在斜坡表面设置排水沟，在坡底设置地下渗沟，以排除斜坡区的地表水和地下水；对全部开挖区采用土钉及锚杆格网加固和支护，坡脚地段，采用抗滑桩＋锚索＋挡土墙进行加固支护。

5、结论

5.1该边坡分布于低山丘陵区，坡体目前变形破坏特征不明显，坡体主要由坡残积粘土和砂质粘性土组成，山体基底岩石为燕山期花岗岩，滑面属岩土接触型界面。

5.2根据对该边坡的变形破坏特征分析，认为在自重应力、构造应力、卸荷变形、降雨及地下水等内外地质动力作用和人类工程活动影响下，斜坡土体可能沿软弱结构面发生滑移变形。

5.3通过参数反演，对1—3线剖面的稳定性进行了定量评价。从评价结果看，在天然情况下，坡体处于相对稳定状态；在考虑暴雨饱水和人类工程活动作用条件下，边坡则处于临界稳定状态或不稳定状态。

4.4根据产生边坡地质灾害的引发因素分析，结合地质地形条件，对该边坡提出排水+支挡的综合治理措施。

参考文献：

[1]张倬元、王士天、王兰生，工程地质分析原理（第二版） [M]，北京：地质出版社，1994。

[2]张咸恭、王思敬、张倬元等，中国工程地质学 [M]，北京：科学出版社，2000。