北流市平坡南山湾公路不稳定边坡稳定性评价及治理措施

2021-02-27曾齐

西部探矿工程 2021年3期

曾齐

（广西壮族自治区三一〇核地质大队，广西桂林541213）

1 工程概况

北流市平坡南山湾公路不稳定边坡位于北流市白马镇境内，属公路路堑边坡，其坡体主要由残坡积土、全风化花岗岩组成，该边坡产生于修建公路阶段，坡体经开挖削坡后形成较陡边坡，坡度约65°，因未采取有效的加固防护措施，在不利因素长期作用下，形成了该不稳定边坡。不稳定边坡平面形态上总体呈弧形，后缘高程113.80m，坡脚前缘高程51.35m，相对高差62.45m。不稳定边坡西南侧高、东北侧低，顺坡纵向长度约65.0m，横向宽度约90.0m，潜在滑体平均厚度约12.00m，总体积约7.02×104m3，失稳后将形成小型中层牵引式滑坡，产生圆弧滑动，潜在滑动方向为350°。不稳定边坡全貌见图1。

图1 不稳定边坡全貌

2 地质环境条件

2.1 地形地貌

不稳定边坡地貌上属侵蚀构造低山地貌，其所在山体坡顶与坡脚二级公路路面高差约95.35m。不稳定边坡中下部路堑边坡为三级坡，每级坡高10m，放坡坡度63°～66°，每级坡设1.5m 宽平台，现局部已垮塌，垮塌区面积约2000.0m2，垮塌体总体积约15000m3，坡面出露全风化花岗岩。上部自然边坡坡度较缓，一般为15°～30°，表层为第四系坡残积粘性土，坡面植被发育，植被覆盖率约70%。

2.2 气象水文

该区属亚热带季风型气候区，多年平均降雨量1699.5mm、多年平均蒸发量1594.58mm，多年平均相对湿度为78%。夏季炎热，冬季温和，但偶有短期霜冻。多年平均气温22℃，七月份最热，平均气温28℃。一月较冷，平均气温14℃，气温极值为38℃和-2.1℃。

2.3 地层岩性

该区出露的主要地层有第四系坡残积（Qdl+el）粘性土，下伏基岩为加里东晚期（Pz1γ3）花岗岩。其分述如下：

第四系坡残积粘性土（Qdl+el）：呈褐黄色，可塑状，层厚1.0～1.5m，系花岗岩风化残积而成，矿物成份以石英、高岭土、云母为主，含少量暗色矿物，土质较均匀，局部含少量花岗岩风化碎块，分布不均。

加里东晚期（Pz1γ3）全风化花岗岩：呈褐色、褐黄色，岩石大部分已风化成土状，局部仍保留有原岩结构，含强—中风化原岩碎块，结构尚可辨认，结构基本破坏，具有一定残余结构强度，易风化，遇水易软化。

2.4 地质构造

项目区位于“云开古陆”西北侧，经历了加里东、华力西、印支、燕山及喜马拉雅山四个构造发展阶段。区内新构造运动以区域性上升为主，局部地带有下降表现，主要是断裂变动，并继承了老构造运动的特点。不稳定边坡区及附近未见活动性断裂构造通过。

2.5 水文地质条件

项目区地下水类型主要为基岩裂隙水，赋存于花岗岩的风化、构造裂隙中，接受降雨的渗入补给，并通过裂隙径流排泄至沟谷和侧向补给其它类型水。项目区附近主要河流为罗江，但多年最高洪水位未超过二级公路路面标高，故该段罗江对不稳定边坡的稳定性无影响。

3 不稳定边坡成因机制分析

该边坡目前处于基本稳定—稳定状态，整体无明显滑动迹象。该不稳定边坡起控制和影响因素主要有：

（1）物质基础：边坡坡体上主要为残坡积土、全风化的花岗岩，其风化不均，该风化层孔隙较大，易于地表水的入渗，遇水易软化，岩土体在水的作用下，抗剪强度降低，水下渗汇集于相对隔水面并沿该隔水接触面径流，在长期干湿交替作用下，在相对隔水接触带形成软弱面（滑带），滑带土在自重的作用下沿该面蠕动变形，即形成滑动面。

（2）地形：不稳定边坡坡度63°～66°，相对高差约95m，遇水易软化的岩土体在暴雨作用下其自重的下滑分力常会超出法向分力，使岩土体失稳。

（3）降雨：降雨使岩土体饱和，滑体重力增大，下滑力增加；同时雨水渗入岩土体使其浸润软化，降低滑带土抗剪强度，致使滑坡体在自重作用下产生滑动。

（4）人类工程活动：边坡前缘由于人工切坡修建公路形成临空面，使斜坡体失去支撑，改变了原有的平衡状态，为达到新的平衡，斜坡产生变形破坏。

4 不稳定边坡稳定性分析评价

4.1 计算模型与工况

根据北流市平坡南山湾公路不稳定边坡破坏模式分析，其潜在滑动面可能产生于全风化花岗岩中，其破坏方式近似圆弧形破坏。计算方法采用瑞典条分法，计算工况为：工况Ⅰ：自重（天然状态）；工况Ⅲ：自重+暴雨（饱和状态）。稳定性系数参照《滑坡防治工程勘查规范》（GB/T32864-2016）确定（见表1）。

表1 滑坡稳定状态划分

4.2 计算方法

根据不稳定边坡破坏模式分析，其计算公式如下：

（1）稳定性评价计算公式：

式中：Wi——第i条块的重量，kN/m；

Ci——第i条块内聚力，kPa；

φi——第i条块内摩擦角，（°）；

Li——第i条块滑面长度，m；

αi——第i条块滑面倾角，（°）；

A——地震加速度，重力加速度g；

TDi——渗透压力产生的平行滑面压力，kN/m；

RDi——渗透压力产生的垂直滑面压力，kN/m；

Kf——稳定系数。

（2）滑坡推力计算公式：

式中：Hs——滑坡推力，kN；

Ks——设计安全系数，kPa；

Ti——第i条块重量在滑面切线反向的分力。

4.3 计算参数选取

通过勘查取样室内土工试验结果，全风化花岗岩天然重度取19.0kN/m3;饱和重度取19.5kN/m3，潜在滑动带的C、φ值范围值为：C=30.0～40.0kPa，φ=30°～40°。选用3-3′剖面进行反演计算，反演计算工况为工况Ⅲ，取极限平衡状态下稳定系数为1.00，反演方法采用传递系数法，其反演计算结果表明，当C=35～37kPa，φ=33°～35°时，稳定性系数接近1.00。本文针对滑动面强度参数值采取试验值与反算值进行综合确定，提出该不稳定边坡稳定性计算参数建议值，见表2。

4.4 计算结果及评价

根据表2 中参数对1-1′～4-4′纵断面采用潜在滑动面为圆弧形进行稳定性计算和推力计算，其计算结果见表3。

表2 稳定性计算物理力学主要参数建议值

表3 不稳定边坡稳定系数及剩余下滑力一览表

计算结果可知：在天然状态（工况Ⅰ）下，不稳定边坡剖面1-1′～4-4′处于稳定状态，在持续暴雨状态（工况Ⅲ）下,不稳定边坡剖面1-1′～4-4′处于基本稳定状态。

北流市平坡南山湾公路不稳定边坡虽然天然状态下处于稳定状态，但其地形陡峻，且坡面未进行任何防护加固和排水措施，在气候的干湿交替、强降雨、坡脚开挖等因素的影响下，不稳定边坡岩土体结构将不断破坏，同时不稳定边坡的应力卸荷作用，致使岩土体裂隙不断发育，地表水极易入渗，软化岩土体，加上岩土体经风化后本身力学性质差，将引起岩土体抗剪强度不断降低，随着时间推移，在多种不利因素反复作用下，不稳定边坡缓慢蠕变，最终将发生整体失稳，形成滑坡，将严重威胁到过往人员车辆的生命财产安全及公路的安全，影响正常的交通生活秩序。因此，必须采取积极有效的防治加固工程措施，防患于未然。