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长江三峡工程是我国乃至世界最大的水利水电工程,在许多方面体现了世界水利工程科学技术的先进水平。移民安置问题,被普遍认为是兴建三峡工程中一个关键的问题。三叠系巴东组是库区重要的建筑地基,在库区分布非常广泛,涉及十余座城镇,首先引起注意的是巴东、巫山和奉节三座县城的工程地质问题。三个县城的主体坐落在三叠系巴东组(T2b)泥质灰岩、泥灰岩和含钙质泥岩上,由于复杂的岩性和复杂的地质作用,使其变成了一种大型复杂的地质体。
随着移民迁建工作的不断进展,形成了较多的人工高切坡。根据有关专业单位的详细调查,三峡库区由于大规模移民工程建设,已经开挖形成、存在不稳定隐患、危害较大、需要抓紧采取防护措施的高切坡共2760处,坡面总面积达684万㎡。这种因人工开挖而产生的高切坡失稳后将会带来巨大的灾难。对高切坡的研究,是三峡库区地质灾害防治工作中的一项重要工作。
而泥灰岩的岩性特征则是导致高切坡变形破坏的决定性因素。泥灰岩是介于灰岩与泥岩之间的过渡类型的岩石,它既具有灰岩的特性,又具有泥岩的特性,灰岩的最重要的特性是在一定条件下产生岩溶作用,而泥岩具有易风化性,这两种特性的相互耦合使其中的地质问题变得异常复杂。因此,对泥灰岩岩性特征和对高切坡坡体特征的研究成为了研究泥灰岩高切坡变形破坏机制的重中之重,也为高切坡的防治工作提供重要依据。
本文结合了大量的实地调查和实验研究,重点分析研究了巴东组泥灰岩质高切坡的变形方式和变形破坏模式,并通过FLAC数值模拟分析了对于高切坡的变形机制和相应防治措施之间的关系,然后利用分析结果对高切坡的防治针对不同的破坏类型,提出相应的防治措施。最后通过工程实例分析结果进行了验证。
首先,通过大量的实地调查,得出巴东组泥灰岩高切坡的地层岩性为三叠系巴东组地层。巴东组主要的工程地质问题为风化、泥化、溶蚀。这三种作用组合使巴东组地层的地层岩性与结构特征非常复杂。
其次,通过现场测量和后期数据统计分析可知,该地区层面的产状为15°∠229°,倾角范围为19°~40°,而本文研究对象巴东县沿江路大坪段高切坡的自然坡角约在30°~50°之间,坡体上部碎石土边坡的坡角约在50°~70°之间。所以上部碎石土边坡稳定性较差。由于此边坡坡角大于地层倾角,属于顺坡陡倾层状结构岩体,按照本文对三峡库区高切坡的分类标准,属顺层岩土复合型高切坡。
第三,通过实地调查和理论分析,认为坡体的变形破坏机制与边坡的形态有关。通过对三峡库区巴东县、巫山县和奉节县大量高切坡的勘察试验分析表明,泥灰岩高切坡的破坏模式主要有:①沿面的滑移。沿滑面分解的抗滑力小于下滑力,沿崩滑体与强风化岩体的接触面可能产生破坏;②沿由层面和节理面组成的贯通面产生折线形滑动破坏;⑨边坡表层的剥落与掉块;侵蚀和地表水的楔形体破坏,使边坡沿侵蚀裂隙,发育成层状崩塌。
根据地质勘察报告分析,本文研究对象巴东县沿江路大坪段高切坡可能存在三种破坏模式。①坡体被断层和软弱夹层切割,沿泥质灰岩夹层滑动;②覆盖层沿土石界面滑动;③覆盖层沿内部潜在滑裂面滑动。
第四,高切坡治理方案选择在遵循技术可行、安全可靠、经济合理的原则,在保证安全和正常使用的情况下,采用便于施工,对环境影响最小,且最经济的治理方案。对于不同类型特征的高切坡需要根据具体高切坡地质条件、稳定性状态和影响对象的重要性,因地制宜,有针对性地分类采取削坡、锚喷、格构锚、挡墙、抗滑桩,以及排水等工程防护措施。
本文以大坪段高切坡为例,大坪段高切坡1-1剖面设计方案为:维持边坡现有地貌,坡角坡度平缓处,采用浆砌块构护坡,格构内植草.陡峭处按边坡的性质分为两种区域:岩质边坡采用锚杆(索)挂网喷护;碎石土边坡采用锚杆加砼格构支护,格构内浆砌砼预制块。
最后,通过FLAC数值模拟和计算,得出防治前后坡体稳定性的变化以及坡体特征与防治措施之间的关系。巴东县沿江路大坪段高切坡1-1剖面,在治理前稳定系数为1.05,坡体处于极限平衡状态,但是稳定系数较小;治理后稳定系数提高到1.38,坡体处于稳定平衡状态。而对于类似大坪段的高切坡,其上部多为素填土或碎石土等松散堆积体,或表层强风化的岩质高切坡,当坡比不允许时,对边坡采用混凝土格构,视需要在格构节点处设锚杆或锚索。上述数值模拟计算及分析可知,该种支护措施不但安全、经济,而且在格构中进行绿化,发挥天然植被对坡体质量的提升作用,美化了环境。