铜川西塬线某滑坡机理分析与稳定性评价

史志军

（陕北省交通规划设计研究院，陕西西安710065）

铜川西塬线某滑坡机理分析与稳定性评价

史志军*

（陕北省交通规划设计研究院，陕西西安710065）

公路滑坡是山区公路建设中重大的工程地质问题。以包茂高速（G65）铜川西塬线（S216）K107+490～K107+590段滑坡为例，通过对勘察资料的分析，研究了该滑坡的形成机理及稳定性，并对该滑坡的治理提出建议，为滑坡的防治设计提供有力的依据，达到了防灾减灾的目的。

滑坡；形成机理；稳定性分析

滑坡是山区公路的主要病害之一，在山区的岩质或土质山坡上开挖路堑，有可能因自然平衡条件被破坏或者因边坡过陡，使公路坡体沿某一滑动面产生滑坡[1]。

包茂高速（G65）铜川西塬线（S216）K107+ 490～K107+590段滑坡位于线路西南侧，为两个相连滑坡体，平面形态呈近似舌形，轴部较长，长约60余米，两侧稍短，滑坡宽约30～40m。依据人工探槽揭露滑坡体厚度以中部最大，厚度为4.0m，后部厚度为1.0～1.2m，前缘厚度0.3～1.1m,平均厚度约3.0m，滑坡总体积约6000m3。该滑坡整体形态、轮廓清晰明显，滑坡后壁地形呈圈椅状，有明显的滑壁，壁高5～8m，倾角约60°～70°，滑壁可见明显擦痕，滑体轴部略高，在滑体中前部可微显滑丘，滑体中后部可见马刀树，并形成滑坡平台。滑坡变形使原人工修筑道路边坡护面墙(浆砌片石)和截排水沟完全破坏，导致滑坡土体堆积于道路，影响交通安全。

本文通过对滑坡所处位置地质条件的论述，分析其致灾机理，选取合理参数，考虑滑坡影响因素后，进行稳定性计算，包括定性分析和定量计算，最后根据其稳定性计算结果提出适宜的工程治理措施，以取得较好的治理效果[2-3]。

1　滑坡的地质条件

1.1地形地貌

滑坡所处地貌类型属黄土残塬—梁峁区，为陕北黄土高原南部边缘，主要特点是黄土覆盖较薄，沟谷中下部大多裸露基岩。

K107+490～K107+590段滑坡位于黄土残梁人工削坡部位，已被修成人工阶梯状斜坡，坡度约40°～60°，相对高差为10～12m；边坡上部为黄土所覆盖，中下部为二叠系砂、泥岩互层，中薄层状，岩层倾向坡内，倾角一般为5°～8°，在近后柳路线转弯处可见岩层倾角变陡至近40°，强风化厚度5～10m，边坡坡度50°～70°。

1.2地质构造

该滑坡在区域构造上属于中朝准地台之陕甘宁台坳陕北凹地构造单元，其南紧邻陕甘宁坳缘褶皱束，实际上处于2个三级构造单元的过渡带。

该地区地震活动较弱。据有史记载以来，铜川地区5级以上地震仅有4次，其中最大震级为5.5级。根据《中国地震动参数区划图》（GB18306-2001），勘察区地震基本烈度为Ⅵ度，地震动峰值加速度为0.05g，反应谱特征周期为0.35s。

1.3地层岩性

滑坡地处陕西省地层区划的华北区陕甘宁盆地小区之陕甘宁盆地南缘。以中生代、新生代陆相碎屑地层为主。该地层具分布连续、厚度大等特征。该区及周边出露地层除二叠系外，主要是第四系地层，其成因类型简单，现按其所处地貌位置、岩性、成因等划分，由新到老有全新统人工堆积层、全新世晚期滑坡堆积层、上更新统风积层和二叠系上统砂泥岩互层。滑坡工程地质平面图见图1。

2　滑坡发生机理分析

该滑坡是由于修筑的截排水沟破裂，降雨期间，雨水汇集在此下渗，使土体含水量增大，诱发边坡失稳而形成的新滑坡。

图1　滑坡工程地质平面图

从该滑坡所处地形地貌看，滑坡位于黄土塬边斜坡(古滑坡)，已被修成人工阶梯状斜坡，坡脚处的S216铜川西塬线，以路堑的形式穿过，具有一定的临空条件。从坡体物质组成看，主要为黄土状土，土质疏松，孔隙发育，特别是人工修建了阶梯状斜坡，破坏了原坡体应力状态，使其坡体表面（上部）应力较集中，加之阶梯平台上破裂的截排水沟集中渗水，促使土体饱和、软化，降低土体力学强度，局部形成软弱带，使整个坡体内土体应力失去平衡，形成滑坡。

3　稳定性评价

3.1定性评价

首先，目前该滑坡体厚度较薄，中后部仅1～3m，前部滑坡体厚度较大，厚4～5m，重心较低，势能基本消耗殆尽；第二，从滑坡面特征看，该滑坡滑面中后部虽较陡，但其下滑力很小，前部滑面平缓局部反翘，土体厚度大，其阻滑力较大；第三，该滑坡体自然坡体地形相对较陡，坡体植被较好，降雨后地表水排泄条件通畅，有利于坡体稳定。综上原因，该滑坡体在目前条件下，处于基本稳定状态。

3.2定量评价

定量评价是按照莫尔强度理论及土体斜坡运动力学平衡理论，应用剩余推力法进行滑坡稳定性及剩余推力计算。计算公式选用《工程地质手册》[4]，采用公式如下：

式中：k——滑坡安全稳定系数；

n——计算剖面上将滑体划分的块段数；

ψj——第i块段的剩余下滑力传递至第i+1块段时的传递系数（j=i）,其中：

Ri——作用于第 i块段的抗滑力，kN/m，Ri=Nitanφi+Cili；

Ni——第i块段滑动体Ni的法向分力，kN/m；

Ti——作用于第i块段滑动面上的滑动分力，kN/m；

滑坡剩余推力计算采用公式为：

式中：Ei——第i条块的剩余下滑力，kN/m；

Fs——滑坡安全稳定系数；

Wi——第i条块土的重力，kN/m；

ψ——传递系数，其中：

αi-1——第i-1条块所在滑动面的倾角，（°）；

φi——第i条块土内摩擦角，（°）；

Ci——第i条块土的粘聚力，kPa；

Li——第i条块滑动面长度，m。

计算参数选取原则：根据勘探钻孔查明目前路基沉陷、挡墙鼓胀原因主要是下部土体含水量较大，土体呈软塑状，近于达到饱和，按室内原状土样实测(饱和)快剪、残剪平均值为依据，假定目前路基挡墙处于极限稳定状态(K=1.0)时，经进一步反算先确定极限时参数C、φ值后，再综合分析选取稳定性计算参数。计算参数选取见表1。

表1　计算参数选取表

按照上述计算公式和建议选择参数，分不同条件(工况)验算滑坡稳定性和计算剩余下滑力，两种即①天然状态即目前条件下；②在持续降雨土体到达饱和状态下。

计算工况①：在天然状态条件下，选择Ⅰ—Ⅰ′、Ⅱ—Ⅱ′为代表性剖面，经验算滑坡稳定系数K分别为1.114～1.188，表明滑坡整体目前处于基本稳定—稳定状态。当取安全系数Ks=1.20时，剩余下推力E为5.6～88.6kN/m。

计算工况②：在饱和状态下，选择Ⅰ—Ⅰ′、Ⅱ—Ⅱ′为代表性剖面，经验算滑坡稳定系数K分别为1.101～1.162,表明滑坡整体目前处于基本稳定—稳定状态。当取安全系数Ks=1.20时，剩余下推力E为18.5～106.8kN/m。

3.3综合评价

从定性分析结果看，在天然状态下，该滑坡目前处于基本稳定状态。若遇持续降雨或强(暴)降雨时，地表水不断下渗坡体土体内，土体含水量进一步增加，甚至达到饱和状态，加之坡脚排水沟不畅，地表水不断浸润坡脚土体，降低阻滑力，滑坡体可能会发生蠕动或前缘局部坍塌；滑坡体将会产生局部复活或大面积滑动。从定量验算结果看，在天然条件下，该滑坡体稳定系数为1.114～1.188，表明滑坡目前处于基本稳定—稳定状态；遇持续降雨下渗，土体饱和条件下，该滑坡体稳定系数为1.101～1.162,表明滑坡体处于基本稳定—稳定状态。不管是从定性分析还是定量验算看，该滑坡体稳定性均不满足道路正常运行要求，也不满足规范要求的安全稳定系数，道路作为建设永久性工程，其边坡安全储备不足。因此，必须引起主管单位的高度重视，并应采取有效的防治措施。

4　结论

（1）该滑坡位于一古滑坡体上，平面形态近似舌形，轴部长约60余米，宽约30～40m。以中部厚度最大即4.0m，后部厚度为1.0～1.2m，平均厚度约3.0m，滑坡总体积约6000m3，组成物质主要为黄土状土，属浅层小型黄土滑坡体。

（2）经稳定性计算，在天然条件下滑坡整体稳定系数K为1.114～1.188，表明滑坡处于基本稳定—稳定状态。遇持续降雨或暴雨，土体达到饱和条件下，滑坡稳定系数K为1.101～1.162，表明滑坡体处于基本稳定—稳定状态。该滑坡体稳定性均不满足道路正常运行要求，也不满足规范要求的安全稳定系数，道路作为建设永久性工程，其边坡安全储备不足。

（3）根据滑坡体目前变形破坏现状及滑坡整体稳定性状态，在滑坡体前部，结合现有道路排水沟位置，滑坡治理措施建议采用重力式挡土墙，同时适当整修边坡，尽快修复坡体截排水系统，防止地表水渗入坡体，确保边坡稳定。

[1]余蓓，施颖钰，戚德印.贵州省某公路滑坡的成因机理分析[J].水利科技与经济，2013,19（8）：59-61.

[2]中华人民共和国建设部.GB50021-2001岩土工程勘察规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2002.

[3]中交第一公路勘察设计研究院有限公司.JTG C20-2001公路工程地质勘察规范[S].北京：人民交通出版社，2011.

[4]《工程地质手册》编委会.工程地质手册[M].4版.北京：中国建筑工业出版社.

P642.22

A

1004-5716(2015)07-0012-04

2014-12-12

2014-12-19

史志军（1965-），男（汉族），河南灵宝人，高级工程师，现从事岩土工程勘察工作。