车村煤矿一号井变电站东边坡稳定性评价与综合治理方案研究

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　　摘 要：本文通过勘察查明了车村煤矿一号井变电站东边坡区的工程地质条件，确定了边坡稳定性评价计算参数，定性分析并采用极限平衡法定量计算了边坡的稳定性，提出了边坡综合治理方案，以期为学者的研究提供参考。
　　关键词：边坡;极限平衡法;稳定性;治理方案
　　中图分类号：TD854.6 文献标识码：A 文章编号：1003-5168（2019）04-0090-04
　　Study on Stability Evaluation and Comprehensive Treatment Scheme of
　　East Slope of Substation of No.1 Well in Checun Coal Mine
　　WANG Lei
　　（China Coal Xi’an Design Engineering Co.， Ltd.，Xi’an Shaanxi 710054）
　　Abstract： This paper found out the engineering geological conditions of the east slope area of No. 1 substation in Checun Coal Mine through investigation， determined the calculation parameters of slope stability evaluation， qualitatively analysed and quantitatively calculated the stability of the slope by using the limit equilibrium method， and put forward the comprehensive treatment scheme of the slope， so as to provide reference for scholars'research.
　　Keywords： slope;limit equilibrium method;stability;treatment scheme
　　1 工程概況
　　车村煤矿一号井变电站东边坡位于延安市子长县寺湾乡九仙（田）沟内，行政区划隶属陕西省延安市子长县寺湾乡，距子长县城西南约20km。
　　根据设计总平面布置图，平场设计放坡后，边坡塌滑区内或边坡塌方影响区内有35kV变电站（较重要建（构）筑物），根据《建筑边坡工程技术规范》（GB 50330—2013）第3.2.1和3.2.2条的规定，边坡工程的安全等级宜定为一级。
　　2 工程地质条件
　　边坡区域地貌单元属低中山地貌。变电站东边坡（见图1）纵向长约115m，坡度28°～49°，坡面总体倾向西，坡高约50～65m，组成物质为黄土，土质较疏松，坡面上种植有杏树等植物，植被覆盖率约20%，边坡坡顶有LS1（见图2）和LS2落水洞分布，坡脚有5孔废弃窑洞。目前，边坡未发现明显的变形特征，典型剖面号为1-1′和2-2′，见图3。设计开挖坡脚距离拟建35kV变电站轮廓线约15.0m，距离配电室轮廓线约1.5m。
　　据勘探资料显示，边坡地层主要为第四系上更新统马兰组（Q3eol）和中更新统离石组（Q2eol），见图4。现从新到老分述于下。
　　2.1 第四系上更新统马兰组（Q3）
　　①黄土（Q3eol）：主要为粉土，黄色，稍密，稍湿，具针孔、虫孔、根孔，底部含较多钙质结核，一般粒径5～8cm，最大20cm;土质疏松，手易搓成粉，局部含砂量较高，具中等～强烈湿陷性;层厚4.00～8.50m，层底标高1 281.94～1 305.74m，该层广泛分布于边坡的表部。
　　2.2 第四系中更新统离石组（Q2）
　　②黄土（Q2eol）：主要为粉土，褐黄色，中密，稍湿，土质均匀，致密，具针孔，可见黑色铁锰质斑点，不具湿陷性，该层在场地普遍分布;最大揭露厚度20.30m，该层为该区域的下伏地层。
　　2.3 地下水
　　勘察期间仅在3号勘探点和该边坡坡脚水井见到地下水，地下水为黄土孔隙、孔洞、裂隙潜水。
　　第四系黄土孔隙、孔洞、裂隙潜水含水层主要由粉土组成，易于接收大气降水补给，富水性中等。稳定水位埋深4.10～16.40m，相应标高为1 239.00～1 247.03m，潜水水位受季节性影响变化较大，区域地下水年变化幅度1.00m左右。地下水由大气降水补给，排泄方式以人工排泄和向地表泄流为主。勘察期间属枯水期。水井中实测水位埋深11.00m，标高为1 239.00m。
　　3 边坡稳定性评价
　　3.1 定性评价
　　勘察中，对本边坡附近的天然斜坡和人工边坡进行了调绘，天然斜坡总坡度在30°及以下，大部分为稳定边坡，未发生过较大破坏。坡脚开挖直接影响坡体稳定性，导致坡体向临空面发生局部垮塌或蠕动;尤以地下水富集地段的坡体稳定性较差。
　　变电所东边坡纵向长约115m，坡度约28°～49°，坡面总体倾向西，坡高约66m，组成物质为黄土，土质较疏松，坡面上种植有杏树等植物。该边坡以前未发生过变形或滑动，现状呈基本稳定状态。但是，在边坡坡顶发育两处落水洞，分别是LS1和LS2，落水洞对边坡的稳定性影响较大，危害程度大。建议对坡顶的落水洞进行回填并夯实。平场时对边坡坡脚进行开挖，最大开挖深度19m。
　　3.2 定量评价
　　3.2.1 剪切试验。根据边坡的特性及当前所处的勘察阶段，对每层土采样，进行直剪（快剪）和增湿剪试验，测定了的相应的C、[Φ]值。 　　3.2.2 综合确定岩土工程计算参数。根据试验结果，参考当地的工程经验综合确定边坡稳定性计算时所需的参数建议值，见表1。
　　3.2.3 极限平衡法计算边坡的稳定性
　　3.2.3.1 计算模型。利用极限平衡法进行稳定性计算，需要确定潜在滑面的后侧边界和底边界。根据对边坡潜在滑面的搜索结果，最不利情况为滑动面从坡脚处滑出。
　　3.2.3.2 计算方法。极限平衡分析法是目前评价边坡稳定性的主要方法，是一种基于平衡理论的数学模型计算分析方法。极限平衡分析法按照极限平衡理论，根据边坡破坏面上抵抗破坏的阻力与破坏的比值进行判定[1]。常用的极限平衡分析法主要有Fellenius法（瑞典法）、Bishop法、Janbu法、Morgenstern-Price法、Spencer法、Sarma法、平面直线法和推力传递系数法等[2]。其中，瑞典法和Bishop法的应用更为普遍。
　　蒋斌松[3]在文献中提到：在同样的边坡条件下，简化Bishop法的安全系数一般比瑞典条分法高6%～7%，并且，一般认为Bishop法更符合实际。蔡美峰[4]在文献中认为：Bishop法是计算圆弧形破坏最常用的方法，计算精度较高。
　　按照《建筑边坡工程技术规范》（GB 50330—2013）中第5.2.2、5.2.3和5.2.4条的规定，本次稳定性评价采用圆弧滑动法中的简化Bishop法。
　　3.2.3.3 計算初始条件的确定。边坡勘察时为枯水季，勘察期间坡体内部可见稳定的地下水位。根据钻孔揭露的水位深度。并考虑粉土的毛细作用，将水位以下和水位以上3m的土体都考虑为饱和土体。水位以上超过3m的土体均为天然含水率土体。
　　根据边坡的结构特征及未来可能的实际环境条件，本次拟定天然工况进行计算评价。
　　天然状态：恢复地貌开挖之前的原始情况，计算时采用天然状态下的C、[Φ]值和天然容重，计算原始边坡稳定性。
　　按上述条件，对1-1′剖面和2-2′剖面采用理正岩土计算软件（6.0版）进行天然工况下的稳定性计算，结果见表2。
　　3.2.4 结果分析。根据表2和《建筑边坡工程技术规范》（GB 50330—2013）中第5.3.1和5.3.2条的规定，原始地貌条件下，变电所东边坡稳定系数为1.118～1.168，处于基本稳定状态。
　　4 边坡综合治理方案
　　4.1 边坡治理方案
　　优化坡形方案建议。优化坡形方案主要是通过减小边坡的总坡度来提高边坡的稳定性。建议单坡坡高为8m，单坡坡比为1∶1，小平台宽为3m，大平台宽8～18m，并以放坡总坡度不超过33°为宜。该方案施工方便、简单，造价低，但占地面积较大，会形成大量弃土。
　　加固方案建议。适用于本场地边坡的加固方案主要为预应力锚索（杆）等。锚索加固方案主要通过锚索的锚固作用来提高边坡的稳定性。该方案不需要大范围放坡，占地面积小，但施工较优化坡形方案复杂，且造价相对较高。
　　对于变电站东边坡，建议采用优化坡形方案。
　　另外，在工程施工前，应先回填边坡上已有落水洞，防止雨水和地表水进一步渗入增大土体重量，弱化土体的强度。同时，严禁在斜坡上部堆载或加压。
　　4.2 边坡截排水方案建议
　　雨水的渗入对黄土边坡稳定性有着至关重要的影响，从区域内边坡的破坏调查可以看出，没有作防水处理的边坡，基本上都遭受了不同程度的破坏，轻到坡面剥蚀，重到边坡塌滑。因此，做好边坡的防水、排水工作，是保证边坡安全稳定的重中之重，具体布置如下。
　　①每级平台纵坡坡降设计不小于5‰，坡度倾向尽量与场地坡度一致，使排水沟水流容易排出;每级平台设5%的反倾率，使平台上水易流入排水沟内。
　　②每级平台上设置排水沟，排水沟采用梯形断面，全断面衬砌，侧墙和平台表面应设2㎝厚的防水砂浆或加设一层防水土工布。
　　③边坡周边距开口边缘10m处设置浆砌石截水沟。
　　④截水沟在与每一平台排水沟交汇处设计消力池，可采用浆砌片石或预制混凝土块衬砌，当截水沟坡降陡于1∶1.5时，应在截水沟底板处设立跌坎或采用金属管，减少水流的冲刷。
　　4.3 坡面防护建议
　　一般采用工程防护与植物防护相结合的方法进行护坡，其不仅能防止坡面的破坏，而且也起到生态环境保护和美化边坡的作用。该工业场地边坡坡面防护可以采用以下两种方式。
　　①在边坡坡面上设置格构植物防护。格构内植物应选择根系发达、茎矮叶茂的耐旱植物。
　　②可用空心六棱砖或方砖铺砌平台，也可在平台上种植成活率高的耐寒灌木，防止遇水冲刷平台，既美观又实用。
　　参考文献：
　　[1]张世雄.固体矿物资源开发工程[M].武汉：武汉理工大学出版社，2005.
　　[2]何淑军，张春山，吴树人，等.基于蒙特卡洛法的多级黄土滑坡可靠性分析[J].地质通报，2008（27）：1822-1831.
　　[3]蒋斌松，康伟.边坡稳定性中BISHOP法的解析计算[J].中国矿业大学学报，2008（3）：287-290.
　　[4]蔡美峰，何满朝，刘东燕，等.岩石力学与工程[M].北京：科学出版社，2008.
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