桂林市万福路滑坡稳定性分析及防治措施探讨

2022-07-05鉴倩倩秦志明李成庆

资源信息与工程 2022年3期

张崴, 鉴倩倩, 秦志明, 李成庆

(1.广西壮族自治区桂林水文工程地质勘察院有限公司，广西桂林 541002；2.桂林航天工业学院，广西桂林 541004)

滑坡概况桂林市万福路K5+735—K5+930段左侧公路边坡中的K5+793—K5+815段发生突发性滑坡地质灾害，滑坡体主要为中等风化灰岩，沿高陡人工边坡滑塌崩落，造成过往的一辆货车侧翻、破损严重，司机受伤，并对路面及部分公共设施造成不同程度的毁坏。2 滑坡区地质环境桂林市位于中亚热带湿润季风气候区，该区雨量充沛，多年平均降雨量1 524.4 mm，最大年降雨量为2 032.6 mm，日最大降雨量为283.2 mm；4—7月为雨季，降雨量约占全年降雨量的50%。滑坡区的地貌单元为峰林平原区的石峰段，石峰坡面为陡斜坡或坎坡及缓斜坡，山体自然坡度30°～50°，无地下水出露。边坡出露地层有第四系溶蚀残余堆积(Qkl)红黏土及泥盆系上统桂林组(D3g)灰岩。其中红黏土主要分布于山体局部自然斜坡坡面，褐黄色，可塑状，层厚0.5～2.0 m；灰岩呈灰白色，中等风化，中—厚层状，岩石质坚性脆。由于滑坡区位于太平圩断层和芦笛岩断层交汇处，受区域地质构造影响，滑坡区岩石裂隙发育，岩体破碎。3 滑坡及边坡的特征K5+735—K5+930段左侧公路边坡山体自然坡度为30°～50°，修建万福路时，经人工削坡形成一段长约195 m、最高约40 m的高陡岩质边坡，坡向为166°，坡度为70°。削坡后坡面未采取任何防护加固措施。经勘查发现，除了K5+793—K5+815段已崩滑外，K5+815—K5+872段边坡也存在变形破坏迹象，边坡稳定性差。边坡的基本特征分述如下：K5+793—K5+815段边坡坡眉与坡脚万福路高差为28～35 m，为现状滑坡段，滑坡平面呈“簸箕”形，滑坡的前缘剪出口高程约197.5 m，后缘高程约219.2 m，主滑方向为166°，滑坡的长度约37 m，宽度约25 m，面积约600 m2，滑坡体的平均厚度约5.5 m，体积约3 300 m3。滑坡体物质主要为中等风化灰岩。滑面呈折线型。在K5+793—K5+807段边坡前部岩体滑坡后形成高约15 m的陡崖，陡崖处坡面光滑，岩体完整，坡眉线以上未见有明显张拉裂隙发育，该段边坡整体处于稳定状态。但在K5+807—K5+815段边坡形成高约15 m、厚约4～8 m的破碎边壁，该处岩体被裂隙切割成多个锲形体，且存在纵向拉裂缝,随时都有向临空面滑塌的可能(图1)。

图1 K5+793—K5+815段边坡照片

K5+815—K5+872段边坡坡眉与坡脚万福路高差为33～40 m。现场调查发现，在该段坡眉线后方1～5 m处发育有一条长57 m、宽0.5～1.0 m的构造裂隙，裂隙倾向为170°，倾角约73°，裂隙内充填可塑—软塑状红黏土。坡面纵向裂隙发育，产状主要有118°∠53°、95°∠86°，长度10.0～30.0 m不等。裂隙切割坡面形成多处松动的岩块，破碎带厚度约1.5 m。在坡脚绿化带内发现有数块落石，块体方量在0.2～0.5 m3之间。经现场勘查分析，该段边坡稳定性差，在降雨等不利因素影响下很可能出现岩石坠落甚至滑塌现象(图2)。

图2 K5+815—K5+872段边坡照片

4 滑坡的影响因素及形成机制

万福路滑坡是由多种因素共同影响所造成的，其主要影响因素有：地形地貌、地质构造、地层岩性、雨水、人类工程活动等。

(1)地形地貌：原山体地形较平缓，植被发育，地形坡度30°～50°，后因修路削坡，将原平缓、自稳的边坡开挖形成高陡边坡，形成新临空面，为滑坡的形成创造了有利的地形条件。

(2)地质构造作用：受区域地质构造影响，岩石节理裂隙发育，岩体破碎，使边坡的整体和局部稳定性降低。

(3)地层岩性：坡体主要为中等风化灰岩，裂隙发育，岩体破碎，有利于降雨、地表水的入渗，边坡岩土体及结构面在水的作用下，其抗剪强度显著降低。并且，裂隙内充填的红黏土在浸水后膨胀，加快了裂隙的变形发展。边坡岩土体受外在因素影响后其自身物理力学性质显著降低，不利于边坡的稳定。

(4)雨水：滑坡区雨量充沛，一部分雨水形成地面流，对边坡岩土体具有冲刷、侵蚀等破坏性作用；另一部分雨水沿结构面下渗转化为地下水，长期滞留在结构面处，对结构面具有软化作用，使结构面的抗剪强度降低，抗滑力减小；同时，滞留在裂隙中的地下水既产生孔隙水压力，又增加了坡体的重量，使下滑力增大，对边坡稳定性影响极大。因此，降雨是引发滑坡的主要诱发因素[1]。

(5)人类工程活动：万福路的修建对边坡进行爆破开挖后，形成高陡的人工边坡，由于未及时进行防护加固治理，岩体应力重分布，加剧了裂隙发育。另外，对自然斜坡坡脚的开挖，即清除了边坡的抗滑段，并提供了滑动位移的空间，促进了滑动变形的进程。因此，人类工程活动是加剧边坡变形破坏的主要因素。

5 边坡稳定性分析

5.1 定性分析

根据勘查结果，边坡坡向166°，坡角70°，岩层产状S0：10°∠8°，K5+807—K5+872段边坡主要发育的结构裂隙及其岩层产状：J1为 170°∠73°、J2为118°∠53°、J3为95°∠86°。采用赤平极射投影法对该边坡整体稳定性进行定性分析(图3)。

由赤平投影图可知，边坡在J1、J2结构面不利组合下处于不稳定状态；其余结构面不利组合下切割体处于稳定—基本稳定状态。在不利因素影响下，该边坡极有可能再次发生滑坡或坡面落石现象。

5.2 定量分析

(1)计算模型。根据现场勘查结果分析，该滑坡主要沿不利结构面滑动失稳，滑动面可以简化为折线型，在K5+807—K5+872段边坡选取最不利剖面(1-1′、2-2′、3-3′)采用折线法—传递系数法计算边坡稳定系数及剩余下滑力[1-3]。

折线法—传递系数法稳定系数Kf计算公式：

(1)

第n条块抗滑力：

Rn=Wn((1-rU)cosαn-Asinαn)-RDn)tanφn+ciLi

(2)

第n条块下滑力：

Tn=Wn(sinαn+Acosαn)+TDn

(3)

传递系数：

(4)

孔隙水压力：

Nwi=γwhiwLi

(5)

渗透压力平行滑面的分力：

TDi=γwhiwLicosαisinβicos(αi-βi)

(6)

渗透压力垂直滑面的分力：

RDi=γwhiwLicosαisinβisin(αi-βi)

(7)

式中：Kf为稳定系数；Wi为第i条块的重量，kN/m；rU为孔隙压力比；αi、βi分别为第i条块滑面倾角和地下水流向，(°)；A为地震加速度，g；φi为第i条块内摩擦角，(°)；ci为第i条块黏聚力，kPa；Li为第i条块滑面长度，m；ψj为第i的剩余下滑力传递至第i+1块段时的传递系数(j=i)；γw为水的容重，kN/m3；hiw为第i条块孔隙水的高度，m。

剩余下滑力计算公式：

Pi=Pi-1×ψ+Ks×Ti-Ri

(8)

下滑力：

Ti=Wi(sinαi+Acosαi)+TDi

(9)

抗滑力：

Ri=(Wi(cosαi-Asinαi)-Nwi-RDi)tanφi-ciLi

(10)

传递系数：

ψ=cos(αi-1-αi)-sin(αi-1-αi)tanφi

(11)

式中：Ks为设计的安全系数；其余注释同上。

(2)工况组合。持续的强降雨是诱发边坡变形破坏的最重要因素，对坡体稳定性影响较大，拟采用两种工况对边坡进行稳定性分析及剩余下滑力计算，即：工况Ⅰ—自重(天然状态)、工况Ⅲ—自重+暴雨(饱和状态)。

(3)计算参数选取。根据室内试验成果、当地类似工程及地区经验，结合反演分析结果，综合确定边坡稳定性计算参数(表1)。

表1 各岩土层物理力学参数表

(4)边坡稳定性、剩余下滑力计算与结果评述。通过采用选定计算方法及参数，计算三个剖面的稳定系数和剩余下滑力。计算结果见表2。

表2 滑坡稳定系数及剩余下滑力计算结果一览表

根据滑坡稳定系数计算结果，K5+807—K5+872段边坡在天然状态下(工况Ⅰ)处于稳定—基本稳定状态，在暴雨状态下(工况Ⅲ)处于基本稳定—欠稳定状态。根据剩余下滑力计算结果，将工况Ⅰ与工况Ⅲ的剩余下滑力进行比较，取较大值作为边坡治理的设计推力。

6 治理方案设计

根据滑坡及边坡的结构特征、形成机制及边坡稳定性状态，制定K5+807—K5+872段边坡的治理方案为：对边坡滑坡堆积的石方采用机械破碎后清运至指定地点后，K5+807—K5+815段边坡自高程197.5 m至坡眉顶采用钢管桩+锁梁+C25砼+锚索格构梁防护加固；K5+815—K5+872段边坡人工清除坡面松动浮石后，采用锚索格构梁+锚杆挂主动防护网防护加固。经设计及验算确定各支护结构详细设计如下：

6.1 锚杆挂主动防护网工程

(1)锚杆挂网布置：为防止局部因裂隙发育而发生岩石剥落垮塌，在K5+815—K5+872段边坡，自高程200.0 m至坡眉顶以上3 m处采取锚杆挂主动防护网防护加固。

(2)锚杆设计：锚杆设计抗拔力为60 kN，锚杆选用2A16钢筋，长度为3.0 m，在K5+815—K5+872段边坡锚杆布设间距为3.0 m×3.0 m，倾角为25°，孔径为90 mm，孔内灌注M30水泥砂浆或纯水泥浆。

(3)GAR2型主动柔性钢丝绳防护网设计：挂网采用GAR2型主动柔性钢丝绳防护网，防护网钢丝绳直径为8 mm，网格为200 mm，横、纵向支撑绳采用Φ12 mm钢丝绳。

6.2 锚索格构梁工程

为确保边坡的整体和局部稳定。在K5+815—K5+872段自高程197.5 m至坡眉顶采取锚索格构梁对边坡进行重点防护[4]。锚索的设计抗拔力为450 kN；主筋采用4Φ15.2 mm钢绞线，长度19.0 m、26.0 m，水平间距与垂直高差均为3.0 m；锚索倾角为25°；孔径为130 mm；锚索孔灌注M30水泥砂浆。格构梁采用400 mm×400 mm现浇钢筋混凝土梁(C25砼)；纵筋为6B16，箍筋为A8@100 mm；梁中心预留锚索孔。

6.3 钢管桩+锁梁+C25混凝土防护工程

对K5+807—K5+815段边坡，自高程197.5 m至坡顶区域采取钢管桩+锁梁+C25混凝土进行防护加固。钢管桩选用DZ40地质无缝钢管(壁厚4.5 mm)，长度为9.0 m，锚固段长度为4.0 m；桩中心距1.5 m×1.5 m；桩的孔径为127 mm，孔内灌注M30水泥砂浆，入射角为10°；基础2排支撑钢管桩垂直入射。钢管桩之间采用锁梁连结，锁梁为400 mm×400 mm现浇钢筋混凝土梁(C25砼)，纵向受力钢筋为6B16；箍筋为A8@100 mm，梁中心预留钢管桩孔。K5+807—K5+815段边坡(滑坡处)坡面采用C25混凝土充填，充填高度与K5+815里程位置坡面持平。待钢管桩施工完成后现浇2 m宽、5 m高的混凝土板，锁梁置于混凝土板内。