洗马互通A匝道滑坡成因分析的研究

2021-11-10刘子国

山西建筑 2021年22期

刘子国，刘洋

(中交第一公路勘察设计研究院有限公司，陕西西安 710075)

0 引言

2020年5月3日A匝高填方路基强夯施工造成龙里县洗马镇上石坎村半边山组村民房屋、地面、公路出现不同程度的位移、沉降、开裂。该地质灾害共造成35户居民房屋出现不同程度的变形，约80 m乡村道路损毁，部分耕地破坏，直接经济损失约200万元，灾情分级属于中型。目前该地质灾害处于基本稳定状态，如后期不采取有效的治理措施极有可能加剧滑坡的变形，直接威胁69户294人的生命财产安全。滑坡产生的主要原因：由于当地地质环境较为复杂，前期地勘设计深度不足，考虑因素不够全面，是造成本次施工滑坡塌陷的主要原因。

1 洗马互通A匝道滑坡的主要原因分析

1.1 地理位置及气象水文条件

洗马互通区位于龙里县北东30°方位,距离龙里县29.8 km,距离洗马镇约1 km。互通区内有乡间道路通过,交通便利。滑坡地质灾害点中心地理坐标东经107°05′56″,北纬26°42′02″。工作区气候温润、雨量充沛,属于亚热带湿润多雨气候。根据龙里县气象局历年资料,最丰年降雨量为1 438.9 mm,最枯年774.5 mm,平均1 077.3 mm。每年4月～10月为丰水期,降雨量为933.0 mm,占全年降水量的86.7%,11月～来年3月为枯水期,降雨量为144.3 mm仅占全年降雨量的13.3%,多年平均相对湿度为79%,最小为7%,多年平均气温15 ℃,极端最高温度33.9 ℃，最低为-6.8 ℃,历年最大风速为12.4 m/s,最小为0 m/s,多年平均风速为1.6 m/s。区内发育仅为季节性溪沟,根据区域水文地质资料,属于长江流域乌江水系清水江上游洗马河东岸,区内地表水系不发育,仅为季节性溪流,流量受季节变化影响[1-2]。

1.2 地质环境条件

1.2.1 地形地貌

滑坡勘查区属于溶蚀-侵蚀低中山沟谷地貌,山体走向与构造线方向基本一致,呈北东—南西向延伸,地势中东部较高,四周相对较低,斜坡植被发育,森林覆盖率较高。地质灾害属于缓坡地带,区内发育几条冲沟,互通区土地为农田与建筑用地,土层覆盖层较厚约10 m～15 m,地基稳定性差。该区最高海拔标高1 374.5 m,最低海拔标高1 142 m,最大高差232.5 m。

1.2.2 地层岩性调查

除沟谷缓坡地带有第四系分布外,其余地带出露为二叠系及三叠系基岩,现由老到新分述其岩性组合:

1)二叠系(P)。

a.长兴组(P3ch)。上部为灰白～灰色厚层石灰岩,中下部为灰～深灰色，薄～中厚层泥晶体灰岩夹页岩,灰岩中含不规则燧石团块和条带,夹0.5 m～10 m黏土岩、粉砂岩及炭质页岩,夹1层可采煤及煤线,厚度约1.5 m。

b.大隆组(P3d)。灰、深灰色具有水平纹层的硅质岩、黏土硅质岩,夹2层～5层灰绿色脱蒙石黏土层。厚度1 m～14 m与长兴组整合接触。因厚度较薄,地质图上将长兴组、大隆组合并处理,代号为P3ch+d。

2)三叠系(T)。

下统大冶组(T1d):按岩性组特征可分为两个岩性段:

第一段(T1d1):灰～深灰色薄层板状泥晶灰岩,时夹同色中厚泥晶灰岩,偶夹页岩及同生角砾灰岩,厚度100 m～200 m。

第二段(T1d2):灰、深灰色中厚～厚层状泥晶灰岩,夹少量块状泥岩砾石、亮晶砂屑鲕状灰岩及泥质纹层灰岩。厚度大于100 m。

3)第四系(Q)。

素填土(Qml):杂色,灰岩、砂泥岩组成,为修路填筑。厚6.3 m～14.2 m。残坡积黏土(Qel+dl):表层为耕植土,灰色含有机制,约0.5 m,下部为黄褐色黏土,厚度3 m～11.5 m,平均厚度4.96 m,主要分布在缓坡、山间与沟溿。

1.2.3 工程地质条件

通过现场25孔的深孔取样、原位测试、物探等手段[3],按照岩性、物理力学性质等,可将区内的工程地质岩组划分为三类,参数统计如表1,表2所示。

表1 代表性岩土力学试验参数统计

表2 代表性岩石力学试验参数统计

1)硬夹软质岩土工程地质组。

改组为二叠系平乐长兴+大隆组(P3ch+d),为灰岩、燧石灰岩夹硅质岩、页岩、泥岩及煤层,该类岩石力学强度差异大,抗风化能力差,该层为地质灾害的主要发育层,根据现场实际钻孔发现该层岩溶发育,存在溶蚀裂隙、溶洞,岩体较破碎。

2)硬质岩工程地质组。

由三叠系下统大冶组(T1d)泥晶灰岩组成。该岩石力学强度高,抗风化能力强,工程地质良好。

3)松散岩组。

该组岩石主要包括两部分:a.第四系残坡堆积体,广泛分布于勘察区内,由灰岩风化形成,黄褐色,主要为黏土、亚黏土夹少量碎石,浅表部分浸水后一般可呈现软塑状态,结构松散,工程地质差,土力学强度低。b.填方区的素填土,主要由灰岩、泥岩石块组成粒径大小不一,总体在0.1 m～1 m,结构较密实,填料工程性质一般,力学强度一般。

1.3 滑坡形态及规模

该滑坡位于填方区,根据现场勘察,主滑方向10°,平面呈现近似弧形,剖面形态呈现折线形,纵向长110 m,横向宽300 m,滑坡面积17 438 m2,滑坡体平均厚度11.8 m,体积约为20.58×104m3,属于中型滑坡,滑体物质组成主要为黏土、块石,滑带土为黄褐色软塑黏土,滑面为土岩接触面,滑体下伏基岩为二叠系乐平统长兴+大隆组(P3ch+d)灰岩，如表3所示。

表3 滑坡特征表

1.4 地层塌陷

调查区内主要分布大量的碳质酸盐为岩溶发育,形成了有利条件,加之该区中部有大面积第四系(Q)分布,主要由残坡积黏土、亚黏土、强风化灰岩形成,主要分布于缓坡处;同时受地下煤开采的影响,填方周边在外界扰动的情况下,极易形成地面塌陷,本区内形成的最大塌陷处落差为2 m。按照《地方煤矿安全手册》三级保护确定的安全参数,来计算本区地层的安全厚度如下:

Hδ=K×Mn。

其中，K为安全系数,取125(按照Ⅱ类煤田Ⅲ级保护,K=125)；Mn为矿层采高(平均每层厚度0.5 m)。

经计算,安全开采厚度=125×0.5=62.5 m,即安全采空后,采空区距离地表的安全厚度应为62.5 m。而实际,本区最薄处11.4 m,最深处77 m。薄厚不均,在强大冲击振动的外力扰动下,影响区内极易发生塌陷。

1.5 滑坡计算模型

通过地质调查、勘察、分析表明[4],该滑坡为堆积层推移滑坡,综合确定滑坡的滑动门带为折线形。根据滑坡可能存在的最不利情况(满足滑坡剩余推力最大工况断面),滑坡区荷载主要为斜坡自重。该地质灾害防治等级为Ⅰ级,滑坡治理设计中暴雨重现期按照50年计,按100年进行校验。选取自重+地表荷载+天然状态;自重+地表荷载+饱水状态两种工况计算。

公式选择采用综合野外与室内分析的滑面来计算,滑面呈折线形,故稳定计算采用折线型滑动面计算公式,剩余下滑力计算按传递系数法。

稳定性计算公式按照折线型公式计算,稳定系数FS计算公式如下:

ψj=cos(θi-θi+1)-sin(θi-θi+1)tanφi+1。

Ri=Nitanφi+CiLi。

本次对滑坡整体稳定性进行计算分析,其结果与滑坡实际情况基本吻合,评价依据《滑坡防治工程勘察规范》中的评价标准:稳定系数FS<1.0为不稳定;1.0≤FS<1.05为欠稳定状态;1.05≤FS<1.15为基本稳定;FS≥1.15为稳定状态,如表4所示。通过滑坡两种状况的极限分析,可得出以下结论:

表4 稳定性计算成果表

1)目前停工卸载状态。

a.在自重+地表荷载+天然状态,稳定系数为1.358,处于稳定状态,与深孔监测和实际情况一致。

b.在自重+地表荷载+饱水状态,稳定系数为1.130,处于基本稳定状态,与深孔监测和实际情况一致。

2)填方达到设计高度状态。

a.在填方达到设计高度39.3 m时,自重+地表荷载+天然状态,稳定系数为0.769 5,处于不稳定状态,需要综合治理。

b.在填方达到设计高度39.3 m时,在自重+地表荷载+饱水状态,稳定系数为0.675 8,处于不稳定状态,需要综合治理。

2 采取相关治理措施

2.1 滑坡动态监测

在对滑坡体的地质、水文、自然环境等因素全面调查取证的同时,为进一步深层次了解地下滑动面的变形情况,沿主滑带方向布设深层位移监测孔3个,监测期7个月,累计监测数据223期,通过深孔监测数据分析,3孔深度分别为1号孔47 m,2号孔47 m,3号孔21 m,最大位移变形断面为14 m处,累计位移变化量分别为6.77 mm,5.12 mm,6.12 mm。与地质勘察资料相吻合。具体如图1,图2所示。