某高速公路K179+ 880～K179+920段左侧路堤滑坡分析

钱忠运

(兰州市地铁置业有限公司, 甘肃兰州 730000)

某高速公路K179+ 880～K179+920段左侧路堤滑坡分析

钱忠运

(兰州市地铁置业有限公司, 甘肃兰州 730000)

文章主要通过某高速公路K179+ 880～K179+920段左侧路堤滑坡的实例阐述了采用Seep/W软件的有限元渗流法和极限平衡边坡稳定性分析法对残积土路堤边坡建立渗流分析以及稳定性分析的模型，探讨引发高填方残积土路堤滑塌灾害的机理和灾害治理方法。分析得出降雨量、渗流量与孔隙水压力相关性等是形成滑坡软弱面的重要因素，土体的湿化变形是引起填筑体发生不均匀沉降和开裂的关键因素。在设计加固方面提出了排、导、泄的治理地下水的手段和滑坡底部加固支档的加固措施。

残积土; 高填方路堤; 滑坡; 渗流; Seep/W 模型; 湿化变形

在温暖潮湿气候的多山岭地区,许多路堤所在的位置往往地形起伏大，地质条件复杂，填方高度高，施工难度大，填土密实度、均匀性和稳定性难控制，受降雨量和降雨持续时间影响大，在强降雨时节或者暴雨过后容易发生瞬时破坏，引发填筑体边坡失稳，因此降雨成为影响高填方路堤稳定性的最不利因素。

本文通过结合发生于某高速公路K179+ 880～K179+920段左侧高填方路堤滑塌灾害，主要阐述降雨入渗引发高填方残积土路堤滑塌灾害的机理，利用Seep/W和Slope/W(Geostudio，2004年)对残积土路堤边坡进行参数分析，探讨引发残积土路堤滑塌的影响因素，为高填方残积土路堤填筑设计提供理论参考依据。

1 工程概况

工程场地属亚热带海洋性季风气候，温暖湿润，雨量充沛，夏天炎热，冬天可见霜雪雾。多年平均气温19.2 ℃，多年平均降雨量1 634.9 mm；雨季为3～9月，5～6月降雨量约占全年的45 %，10月到翌年2月为旱季。低山丘陵为某高速公路南平路段主要地貌形态，地形起伏，有深“V”型沟谷发育。如图1所示，事故发生地点属丘陵斜坡夹冲沟地貌区，地形起伏较大。中部横跨冲沟，两侧为丘陵坡地。2005年5月降雨量为550.8 mm，6月1日～25日降雨量达到506.5 mm，其中6月18日～23日的降雨量就达到339 mm，16日～24日降雨过程线如图2所示。

6月18日～23日连降暴雨，24日凌晨4时20分，土地洋大桥桥台路堤边坡滑塌并引起K179+ 880～K179+920段左侧路堤靠近路中线位出现一道5 mm宽的裂缝，右侧路堤悬空，下边坡滑塌。路面开裂坍塌范围宽度约70 m，落差约70 m，顺地面冲沟方滑塌，顺地面冲沟方向滑程约200 m，计滑塌土石方及砌体约3 300 m3，导致该路段高速公路只能单向通行。

图1 事故地点地形图及滑塌范围

图2 事故发生地区逐日降雨过程线

2 滑坡机理分析

根据现场勘察资料建立高填方路堤的模型，对于此高填方路堤，进行了降雨条件下的参数分析研究。分别采用有限元渗流软件Seep/W(GeoStudio，2004年)和极限平衡边坡稳定性软件Slope/W(GeoStudio，2004年)对其进行渗流分析以及稳定性分析。表1为K179+ 880～K179+920段左侧路堤滑坡土层物理性质，图3是K179+ 880～K179+920段左侧路堤滑坡模型的网格划分，由Seep/W计算分析得到填土内部渗流场图(图4)。

图4中的黑色箭头表示的是渗流向量。从图4中可以看出，坡脚处有大量的渗流向量，说明此处渗流量比较大，孔隙水压力容易骤增，土体稳定性受到的影响尤为明显，因此在降雨初期在坡脚处容易先出现局部坍塌破坏。同时，渗流向量主要分布在靠近原地面线处，说明在填土与原地面间的结构面在降雨入渗时受到比较大的影响，尤其在降雨长期入渗时使得此处孔隙水压力增大，抗剪强度减小，容易在此处形成软弱面。

表1 K179+ 880～K179+920段左侧路堤边坡土层物理性质

图3 网格划分

图4 渗流分析效果

Seep/W 除了能计算出渗流场，还能给出填土内地下水位线的位置。可将地下水位线加载进Slope/W 模型中(如图5中虚线所示)，通过计算分析得出多个危险滑动面以及相对应的安全系数(Fs)。选取两个比较典型的危险滑动面图，图5表示在填土体内产生圆弧破坏，其滑动面最接近原地面线，安全系数Fs=1.033。图6表示的是填土体滑动面沿原地面线滑塌破坏的情况，其安全系数Fs=0.966，相对于前者偏小。可见在接近原地面线的结构面处，安全系数小，形成软弱滑动面的可能性大，容易产生滑塌。降雨发生时，渗流多集中在填土与原地面间的结构面附近，此处非饱和土体局部率先出现膨胀，孔隙率增大，孔隙水压力降低。随着降水的进一步入渗，裂隙被渗流水填充，孔隙水压力迅速恢复，膨胀继续扩大，如此周而复始的作用使得结构面逐步软化形成软弱面，滑体原有裂隙扩展或产生新裂隙。裂隙的进一步扩展造成破坏面逐渐贯通，当滑动块体所受剪应力超过其抗剪强度时即沿软弱面滑出。

图5 滑动面位于填土内部并接近于原地面

图6 滑动面沿原地面线

相比于其他地段，事故发生地的地形、地质条件较为不利，滑坡产生原因具有以下几个特点：

(1)该路堤滑坡地形、水文情况复杂。处于冲沟地貌区，丘陵斜坡夹冲沟，山坡坡度一般为10°～35°，冲沟沟底及两侧山坡渗水量大。同时，冲沟有小断层通过，与大桥直交，对路堤填土的稳定十分不利。

(2)地质条件复杂，受降水影响大。经勘测发现场地地层自上而下依次为：填土以残积土为主厚约8～18 m、5 m坡积亚黏土、2.6 m坡积碎石土、2.6 m残积砂质黏性土、1.8 m碎块状强风化细沙岩、1.8 m弱风化细砂岩。风化程度高则孔隙率大，孔隙分布多。场地地下水赋存于第四纪冲洪积和坡残积土孔隙中及基岩裂隙中，属混合型潜水，受大气降水补给，水位随季节性变化明显。填土底部土体呈软～可塑状，标贯变小，表明此处因长期受地下水作用已形成软弱带，因此这是高填方残积土路堤发生整体失稳原因之一。

(3)在复杂边界条件下，填筑体除湿陷外还会产生侧向变形，即湿化变形。在地下水位抬升或地表水入渗时，都存在较明显的湿化变形问题，较大的湿化变形对填筑体的变形、稳定、开裂和渗透稳定都有较大影响。湿化后，土体的强度明显降低，湿化既是引起填筑体发生不均匀沉降和开裂的关键因素，又是造成该路堤滑坡滑塌的重要因素之一。

3 滑坡治理工程

根据以上对高填方路堤滑塌灾害的分析，结合工程实际，提出如下整治方案：

(1)在左侧路堤靠近中央分隔带位置，采用钻机成孔施工二排钢管桩，桩孔径130 mm，间距50 cm，排距50 cm。孔中放入无缝钢管(管内打孔)，再注M30纯水泥浆。桩顶以原路堤结构层为联结，使钢管桩成为整体，以保护左侧路堤。对于右侧路堤，为了使填土不至于沿原地面线发生滑动，在坡体上部0～16 m处采用锚索肋板式挡墙加固，肋柱与面板均为C30钢筋混凝土，肋柱与面板后按不同高度回填不同厚度的素混凝土挡墙，以增加高肋柱的刚度，减少施工期间肋柱次应力。同样，为了防止坡脚率先发生错动和坍塌，在下部16～23 m处回填C30混凝土支挡并作为锚索肋板式挡墙基础，回填料可采用碎石砂或片石混凝土。

(2)地下水是本路堤滑坡产生重要因素，需要进行对其排导泄。为了减小降雨入渗坡体，右侧路堤设锚索肋板式挡墙后，墙后回填碎砾透水材料，以快速排出坡体地下水。另外排除坡体内的地下水也十分重要，在路堤刷坡锚喷防护时，坡面设间距2.0 m×2.0 m的泄水孔，泄水孔应进入坡面达到地下水位线，采用φ75 mm PVC管，同时在地下水集中部位及挡墙基础下，设排水平孔，以排出汇集于原地面线附近的地下水。

[1] 傅旭东, 邱晓红, 赵刚, 等. 巫山县污水处理厂高填方地基湿化变形试验研究[J]. 岩土力学, 2004, 25(9): 1385-1389.

[2] 邱路阳,刘毓氚.高填方残积土路堤降雨滑塌机理与治理对策研究[J]. 岩土力学，2007，26(1):265-269.

[3] 黄文生. 公路工程地基处理手册[M].人民交通出版社，2005.

钱忠运(1978～)， 男, 硕士研究生，工程师，主要从事地铁沿线资源开发方面技术工作。

U416.1+2

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[定稿日期]2017-06-21