浅析遵毕高速公路K16 滑坡稳定性

2013-07-10杨斌

四川地质学报 2013年3期

杨斌

(广东核力工程勘察院，广州 510800)

影响斜坡稳定性的因素有自然的和人为的，在建的遵毕高速公路K16 里程段滑坡即为人类工程活动改变了坡体的原始地貌状态，破坏坡脚支撑而引发的滑坡。

该高速公路线路以路堑形式通过该段（图1），高边坡位于线路的右侧，原设计方案为自路基右侧向上分别按1:0.5、1:0.75、1:0.75、1:0.75、1:0.75进行五级放坡，施工开挖将形成长约400m，最大高度约40m 的路堑边坡，而就在边坡开挖过程中，由于对斜坡坡脚进行深切方，形成高度在15～40m 的人工边坡，致使滑动带软弱层出露，为坡体的滑动提供了临空条件，遂导致斜坡失稳而发生滑坡，在雨季和短期大雨期间坡体滑移更显剧烈，尤其坡体西侧先后发生多次岩体崩塌，塌落体顺坡翻滚，最大直径可达10m 余，最远落距约200m（滑坡体西侧崩塌图2）。如果坡体稳定性得不到改善，将严重影响施工安全，甚至是建成后的高速公路运营安全，因此通过研究滑坡体的特征及形成机制，选择有代表性分析断面，选用合理的计算模型，为滑坡的治理和预防提供准确的依据。

图1 滑坡工程地质平面图

1 滑坡区地质环境

路段区气候温暖湿润，冬无严寒，夏无酷暑，多年平均气温15.3℃，年降水量1 116.2mm，多集中在5～7月份，年蒸发量943mm，相对湿度80%。勘测区属侵蚀低山-峰丛岩溶沟谷过渡地貌，沟谷发育，多呈“U”字形，绝对高程在1 130～1 300m之间，相对高差约170m。滑坡区位于北东-南西向沟谷北西坡，路线走向与沟谷走向近于平行，山高坡长，自然坡度15°～40°，斜坡西侧沟谷深切，切深达120m。坡体中上部植被较发育，以灌木、杂草为主，下部水土保持较差。

滑坡体主要地层上覆为坡残积层，由含碎石粘土、碎块石土及粉质粘土组成，下伏二叠系下统栖霞组（P1q）含燧石灰岩及奥陶系下统湄潭组（O1m）泥岩，其中含燧石灰岩分布于滑体前部，泥岩则广泛分布于场区。

图2 滑坡体西侧崩塌

区域内构造属华夏构造体系，构造形迹多呈北东向展布，滑坡区以褶皱构造为主，位于鸭溪向斜北西翼靠近轴部地段，岩层呈单斜状产出，产状165°～185°∠20°～25°，倾向东西向沟谷，对线路右侧边坡稳定影响较大。边坡岩体节理裂隙较为发育，主要产状：15°∠75°、285°∠80°，宽1～200mm，微张-张开状，3～5 条/m，裂面溶蚀发育，多充填泥质、方解石；于滑体西侧陡崖地段多形成卸荷裂隙，走向150°、195°，垂直发育，宽度一般1～100mm，多呈张开状，最宽可达1～1.5m。根据边坡赤平投影图分析（图3），基岩节理裂隙较发育，对于线路右侧边坡，15°∠75°、285°∠80°节理裂隙走向与边坡走向呈大角度斜交，产状陡倾且略为逆坡，对边坡稳定性影响不大；走向150°、195°垂直节理与边坡走向大角度相交，对边坡影响不大，但由于滑坡体西侧边坡顶部为灰岩形成NE5°的陡崖带，高度15～30m，走向150°、195°及285°∠80°节理裂隙走向与陡崖走向近一致或小角度斜交，对边坡稳定不利，易形成危岩体(图4)，不定期发生崩塌。

滑坡体范围内地表水体不发育，地下水类型主要为第四系松散土层孔隙水与基岩裂隙岩溶水。松散土层主要由残坡积土组成，含碎石粘土、碎块石土，被地形切割凌乱，整体富水性差，仅有不连续的上层滞水分布。泥岩为相对隔水的岩层，但顶部由于风化裂隙频率大，张开度及连通情况较好，有裂隙水，在地表浅部构成了一定的储水空间，赋存有少量的地下水。裂隙岩溶水分布于含燧石灰岩构造节理裂隙、岩溶管道中。地下水主要受大气降水控制，沿内部孔隙、基岩面及基岩裂隙向滑坡体前缘剪出口呈散点状排泄，其排泄方向与坡体坡向、滑体下滑方向一致。地下水活动是加剧滑体下滑的重要因素。

图3 边坡岩体节理裂隙面赤平极射投影图

2 滑坡体基本特征

滑坡体地貌大致呈半径约180～220m 的圈椅状，周界明显。前缘以工程边坡坡脚或灰岩外侧鼓张裂缝、滑动鼓丘等滑坡剪出口为界线；西侧边界以陡崖下泥岩、灰岩界线为界；东侧以一系列的剪切裂面为界。界内滑体岩土错动明显，碎块石含量较多，界外为稳定的残坡积含碎石粘土及碎石土、岩层；后缘则以滑壁与错落坎之间的连续弧形拉张裂缝为界，错台高约0.10～2.40m。滑坡平面呈宽短扇形，滑坡体前缘标高1 152.0～1 198.5m，后缘标高为1 256.6～1 281.8m，纵向长度约240m。滑体总平面面积约58 200m2，厚度一般14.0～22.5m，平均17.5m，体积约101.85万m3，属中层岩土质巨型滑坡，依据滑体的变形特征与形成机制，该滑坡为推移式滑坡。

图4 滑坡体西侧卸荷裂隙及危岩体

滑坡体地形变化较大，总体上前部较平缓，中后部较陡。由于滑体中各滑段滑动速度呈现出差异性，致使滑体中上部在含燧石灰岩与泥岩接触地段形成一级平缓台阶，平台标高1 228.0～1 231.0m，错落高度3.0～5.0m，台地弧状拉张裂缝发育，岩土体错动明显，局部形成5～50cm 高的断阶。滑体前缘因受岩层阻力影响向上隆起形成长埂形鼓丘，长约90m，宽5～6m，隆起高度0.5～2.0m，鼓丘内岩石为含燧石灰岩、泥岩，呈碎裂状，挤压迹象明显。

滑体物质主要由含碎石粘土、碎块石土及粉质粘土组成。含碎石粉质粘土呈坚硬～硬塑状，骨粒含量约占20%～30%，粒径一般2～20cm，钻探揭露厚度2.5～6.3m；碎块石土主要由2～20cm 的碎石组成，局部夹块石，泥质充填，揭露厚度3.2～13.7m；粉质粘土呈软塑状，含少量角砾，为泥岩风化残积产物，仅局部地段揭露到，厚度1.8～2.2m。

滑动面位置主要受土岩界面、强中风化泥岩界面、含燧石灰岩与下部完整泥岩接触面的深度综合控制，根据目前滑坡滑动形迹、边坡开挖截面出露情况，工程物探解释及钻孔揭露结果，主滑面主要为强风化泥岩层或中风化泥岩层顶面，滑面总体呈折线状，倾角一般14°～24°。滑坡体主要沿着强风化泥岩层或中风化泥岩层顶面滑动，局部地段沿强风化泥岩中的软弱夹层滑动，滑带土岩性主要为软塑状粉质粘土，其次为泥化较强的全～强风化泥岩，而相对稳定的强～中风化泥岩则成作为滑坡体的滑床。滑体主滑线位于滑体顺坡向中轴线附近，该方位滑体的厚度最大，下滑时滑坡推力最大，主滑方向170°。

3 稳定性分析计算

在斜坡坡脚地带修建公路，不可避免的存在不同规模的开挖削方，往往破坏了山体的支撑部分，从而诱发坡体滑移，滑移规模受开挖区的岩性、构造、地形、风化等多方面因素控制，而人类的工程活动改变了原本处于自然平衡状态的山体，这是发生滑坡的重要因素之一。

3.1 定性分析

滑体目前的情况是处于缓慢位移活动阶段即蠕滑阶段，而逢雨季滑移现象更为明显。由于滑体后缘主裂缝呈连续弧状，且目前整体滑移了0.5～2m，前缘因路堑深切方15～40m 形成高陡临空面，滑体上部出现大量横张裂缝，且滑体前部张裂缝宽度有加大的趋势，根据滑体变形破坏机制与滑坡诱发因素，滑坡体处于极不稳定状态。

图5 滑坡稳定性计算模型图

3.2 滑坡稳定性计算

1）计算公式的选择；根据调查、钻探及浅层地震勘探成果综合分析，确定滑动面的类型为折线型。滑体上没有建筑构物等附加荷载，剩余下滑力计算采用传递系数法，按国标《建筑边坡工程技术规范》（GB50330-2002）推荐的公式进行稳定性计算。

传递系数法剩余下滑力计算公式如下：

2）计算剖面的选择：勘测过程中选取了3 条滑动断面（图1：Ⅰ-Ⅰ′、Ⅱ-Ⅱ′、Ⅲ-Ⅲ′）对滑坡体建立数学模型进行稳定性分析。结合地质调绘、钻探及物探成果，Ⅱ-Ⅱ′断面位于滑坡轴附近，且该断面上的滑体物质厚度最大，滑床凹槽最深，下滑力也最大，因此视为滑坡体的主滑断面，由于滑床所处地层大部分为泥岩（前缘局部为燧石灰岩），钻探揭露泥岩风化层中存在软弱结构面，因此不仅对现状滑面，还应对潜在滑面进行稳定性分析。选择滑坡的主滑线方向剖面（Ⅱ-Ⅱ′）进行计算（图5）。

3）计算参数的选择：①滑体岩土重度，分三类进行重度取值：含碎石粘土、碎块石土、粉质粘土等松散类土；强风化泥岩（体）；含燧石灰岩（体）。根据取样室内试验的天然重度成果及野外钻探揭露情况，结合当地经验，各类土重度取值见表1。②滑带土（滑面）抗剪强度参数C、φ值由于滑带土厚度较薄且多夹碎石、角砾，一方面给原状土样采取带来较大困难，另一方面也必然导致抗剪强度测试成果的离散性较大、准确性偏低，大部分滑面为强-中风化基岩界面或硬软岩接触界面(岩质滑面)，场地原位剪切试验有一定难度，因此有必要通过对抗剪强度参数进行反算，综合确定滑带土（滑面）C、φ值。根据滑坡现状，选取Ⅰ-Ⅰ’、Ⅲ-Ⅲ’两条剖面，设定安全系数Ks 取0.95，建立边坡稳定性系数方程组，联立并解方程求得滑面C、φ值。反演法得出的滑面C、φ值与室内实验直剪试验获得的C、φ标准值存在约15%的偏差，究其原因，滑动带除滑带土外，部分为岩质滑面，试验本身存在局限性，且滑带土多含碎石，原状样采取困难，导致试验值偏低，而试算求得的C、φ值比较合理，更符合滑坡现场实际情况，建议以试算指标作为设计参数（表1）。

表1 滑坡稳定性计算参数取值表

4）计算结果及滑坡稳定性评价：现状及潜在滑坡稳定性按天然状态及饱和状态两种工况计算，其成果见表2、表3。参考通用性较强的重庆市地方标准《地质灾害防治工程勘察规范》（DB50/143-2003）中规定，其判别标准见表4。现状滑面滑坡稳定性系数Ks＜1.00，潜在滑面滑坡稳定性系数1.00≤Ks＜1.05，说明滑体处于欠稳定～不稳定状态，处在变形、蠕动阶段，在人为工程活动影响及雨天饱水的情况下有失稳、加速下滑的可能，这与定性分析结果相一致。计算中未考虑地震力加速度的作用，根据滑坡现状，在地震作用下滑坡同样失稳加速下滑。

表2 Ⅱ-Ⅱ’剖面现状滑面滑坡稳定性计算成果表

表3 Ⅱ-Ⅱ’剖面潜在滑面滑坡稳定性计算成果表

4 建议措施

1）随着路堑深挖切脚，并在其它因素共同影响下，现状滑坡有向更大规模、更深层发展的可能，因此K16 里程段滑坡治理，应按路堑边坡开挖成型后形成的潜在滑坡范围及深度进行滑坡治理，建议采用减载-支挡及排水工程的综合防治措施。大致以距路线中心线平距约156～160m 的平行线位置一线设置抗滑桩+预应力锚索进行支挡。布桩线下段可采用放坡卸荷，自路基右侧起向上按七级台阶放坡，第一级边坡高度7m，按1∶2.0 放坡，底部设置重力式挡墙，第二级至第七级边坡高度约8m，按 1∶2.5 放坡，将滑体绝大部分清除，并进行护坡加固处理，另在各级边坡的坡脚处均设置2.0 m 的平台，一级边坡底部应设置重力式挡墙；桩线上段可进行削坡减载处理，以减小滑体厚度及桩前滑坡推力。

2）抗滑桩的数量及锚固深度应根据稳定性计算具体确定。考虑到滑床为泥岩软质岩地层，建议适当加深抗滑桩嵌固深度。

3）斜坡产生滑坡的主因是人类的后期开挖施工影响，而地下水活动会加速滑坡活动。因此边坡的治理设计时应充分考虑地形因素，同时重视地下水、地表水的影响，做好防渗、排水工作。建议对滑体及其后缘张裂缝进行灌水泥砂浆封堵，对截、排水沟应做好防渗处理，防止雨季地表水冲刷、渗入坡体。

4）边坡开挖，应遵循从上至下、分级分段；开挖一级（段），防护一级（段）的原则。开挖之后，应及时防护，不能使边坡岩土体长期暴露。

5）防治滑坡治理工程施工必须进行监测，防治工程应进行动态设计，在施工阶段揭露的地质信息，快速分析，及时观察、修改设计，以指导防治工程施工建设。