某高速公路千枚岩斜坡变形裂缝稳定分析

王少一，杨凤伟 （安徽省交通勘察设计院有限公司，安徽 合肥 230011）

1 概述

发生裂缝的千枚岩质斜坡位于安徽省黄山市歙县境内。由于施工需要，在坡脚开挖施工便道，切削坡脚，开挖后斜坡放置约1 年左右时间，2021 年3 月初进行斜坡体施工开挖时发现斜坡地表出现裂缝。

2 区域地质条件

2.1 气象条件

项目区属亚热带季风气候区，四季分明，夏冬较长，地处过渡性纬度，春季时有低温和连续阴雨，夏季梅雨量集中易洪涝。降雨具有独特的山区小气候特征。

本区多年平均降雨量为1983mm，每年的降雨主要集中在春、夏汛期（3～7月），该期间的降雨量约占全年的70%以上，其中春汛期（3～5 月上旬）的降雨主要表现为小雨（有时有暴雨），降雨强度不大，但历时长，数天甚至半月不停，这段时间的降雨易下渗形成地下水，同时使坡体处于饱水状态；夏汛期（5 月中旬～7 月）则多为暴雨，降雨强度大，连续降雨数天，期间发生强暴雨的概率极大，一般均有两次以上的大暴雨发生，使河流水位陡涨，引发洪水灾害；同时造成大面积的水土流失，并引发地质灾害。多年平均蒸发量为793.1mm，多年平均相对湿度为80%。

2.2 地质构造

项目区位于扬子陆块东南部，地质构造复杂多样，经历了皖南、印支和燕山多期次的构造活动，致使断裂构造发育，其方向以北东向为主，其次北北东向、北西和近南北向。断裂均年代较老，形成时间主要为印支期及燕山期，基本处于稳定状态，未发现第四纪以来的活动性断裂。

2.3 地层岩性

斜坡所在金竹山地表分布有残坡积黏性土，下伏基岩为蓟县-长城纪昌溪岩组千枚岩。岩性为灰绿色、青灰色石英绿泥绢云千枚岩、绿绢云片岩、砂质粉砂质绢云千枚岩夹同色纹层状变质岩屑细砂岩。区内的千枚岩风化程度较高，片理产状为85°～145°∠47°～76°。

2.4 水文地质条件

工程区地下水按赋存特征及水理性质，可分为松散岩类孔隙水和基岩裂隙水两类。松散岩类孔隙水含水层主要由第四系残坡积粉质黏土及崩塌堆积的碎石组成。基岩裂隙水含水层主要由蓟县-长城纪昌溪岩组千枚岩等组成，裂隙水主要赋存于基岩节理裂隙之中，勘察期间坡体未见泉水及水流露头。地下水主要补给来源于大气降水及斜坡地表径流，受季节及天气影响较大。

3 工程地质条件

3.1 斜坡特征

斜坡从山脊至山脚表现为缓-陡状，顶部较缓处坡度约24°，中部坡度约32°，坡脚处较陡，坡度约40°，局部人工削坡严重，坡度可达70°。地势总体呈西高东低的陡坡、缓坡形态，坡顶平缓，裂缝体处较陡，且局部存在崩塌堆积体，主要表现为碎石。

3.2 勘探布置

对斜坡进行高密度电法[1-4]及钻探相结合的方法，通过点与面的结合查明斜坡岩土体的组成。

通过现场调查，裂缝后缘位于山脊线20m左右位置，有2条破裂面，破裂面间距最大处约15m，向南北两侧发育有合并的趋势。后缘裂缝至山脊线处边坡坡面较缓，坡度约为24°，裂缝以下坡面较陡，坡度为30°～40°。裂缝延伸范围呈圈椅状或圆弧状向东侧延伸，坡体平面形态略呈喇叭状，喇叭口方向朝向坡脚。裂缝后壁高约3.5m，表面覆盖粉质粘土粉砂质千枚岩碎粒(细粒物质)。沿裂缝后缘发育拉张裂缝，裂缝延伸长度约120m，裂缝宽度一般1～30cm，裂缝未充填，深度约5～6m，后缘倾向115°，倾角76°。裂缝中部张拉裂缝发育，走向沿山坡平行山势呈缓舒波状或弧状，横向呈齿状或不规则状，裂缝宽度0.5～20cm，北侧裂缝连续，南侧不连续，裂缝未充填，深度约3～4m。下部边界不明显，且该裂缝处于发育状态，不断出现张拉裂缝，有收敛于边坡坡脚处的趋势。勘探期间裂缝体最高标高211m，最低标高193m，裂缝高差18m。裂缝分布见图1所示。

图1 勘探布置平面示意图

从图2 电阻率断面图分析得出，斜坡裂缝区覆盖层、岩体破碎层厚度一般为10～18m，在裂缝影响区内厚度为12m 左右，电阻率值较低，岩体很破碎，勘察时在此处发现裂缝存在，推断此处为岩体破碎相对严重区。

图2 1～1’测线剖面图

从图3 电阻率断面图分析得出，斜坡裂缝区覆盖层、岩体破碎层厚度一般为10～18m，在裂缝影响区内厚度为15m 左右，电阻率值较低，岩体很破碎，推断此处为岩体破碎相对严重区。

图3 2～2’测线剖面图

通过现场调绘、物探及钻探相结合，结果显示斜坡出现变形的主体由残坡积粉质黏土及强风化粉砂质千枚岩组成，厚度约12～15m。下部为中风化粉砂质千枚岩。斜坡为土、强风化岩体变形，裂缝发育最终底面多为土岩接触面、岩体风化破碎面，根据基岩面不同呈不同形状，但多为折线形斜坡裂缝变形。

4 变形监测

4.1 地表裂缝上边沉降监测

图4 为地表裂缝上侧沉降随时间变化曲线。从图4 中可以看出，裂缝出现后斜坡沉降变形逐渐增大，直至采取工程措施后沉降才趋于稳定，但仍有少量增加。

图4 斜坡沉降变形监测随时间变化曲线图

4.2 山体裂缝监测

图5 为山体裂缝位移随时间变化曲线。从图5 中可以看出，随着时间推移，斜坡体裂缝逐渐增大。

图5 山体裂缝位移监测随时间变化曲线图

5 斜坡裂缝变形分析

5.1 反演计算裂缝C、Φ值

根据斜坡现状，边坡稳定性系数宜取Fs=1.00～1.05，一般工况下安全系数Fst=1.35。反演计算时未考虑洞口仰坡锚杆作用，未考虑地下水作用，未考虑地震效应，同时将土层视为均一强风化粉砂质千枚岩。计算时重度取隧道详细工程地质勘察报告中试验最大的天然重度29.2kN/m3。反演计算裂缝的C、Φ值[5-6]，计算结果见表1。

根据Fs反演计算C、Φ值

从表1 中可以看出，Fs=1.019 时，C=20kPa，Φ=23°，本文选取此时C、Φ 值进行计算。

5.2 稳定性计算分析

考虑到斜坡裂缝发展主体为强风化粉砂质千枚岩，为岩质边坡，滑面并非直线及规则的圆弧形，而是沿坡面倾向呈折线，因此采用分段法进行计算。

5.2.1 原始自然斜坡稳定性

先通过反演C、Φ 值对未开挖前的原始坡体天然状态下进行计算，不考虑地下水作用，不考虑地震效应，同时将岩体视为均一强风化粉砂质千枚岩，计算时取天然重度29.2kN/m3。

计算结果显示，天然状态原始斜坡在未切削坡脚的情况下，稳定系数为1.243，为稳定状态。

5.2.2 现状斜坡稳定性

根据斜坡现状，不考虑锚杆、挡墙作用，不考虑地下水作用，不考虑地震效应，同时将岩体视为均一强风化粉砂质千枚岩，计算时取天然重度29.2kN/m3。

计算结果显示，天然状态在切削坡脚的现状斜坡的情况下，稳定系数为1.006，为欠稳定状态。整个斜坡处于临界破坏状态，现状斜坡裂缝发育，若裂缝进一步发展，极有可能在强风化岩体中贯通滑面，最终发展为滑坡。

6 治理方案建议

斜坡坡面形态呈折线形，坡度30°～40°，坡体由残坡积粉质黏土及粉砂质千枚岩组成，建议选择坡脚支挡，结合截排水等措施。

坡脚支挡：建议进行道路填方要求，在坡脚采取前缘堆填等反压措施，达到变形斜坡体的稳定平衡。

截排水：根据水文地质、暴雨气象等条件，采取有效的地表水和地下水的水力联系，切断地表水补给地下水流通渠道。建立一个完整的截排水系统。即在裂缝后缘上部的排水沟加深扩宽设置环形截水沟，外部设分级排水沟。地裂缝封填整实、修造自然坡角，全量排散地表降水。严格控制大气降水对滑体和滑面的浸蚀软化，减短地下水在裂缝体内的滞留时间，并加强日常管养。

根据工程需要可对斜坡岩体进行后期监测。

7 结论

①此斜坡处于蠕动变形阶段，通过现场调绘、物探及钻探相结合，结果显示斜坡出现变形的主体为残坡积粉质黏土及强风化粉砂质千枚岩组成，厚度约12～15m，下部为中风化粉砂质千枚岩。

②斜坡为土、强风化岩体变形，裂缝发育最终底面岩体风化破碎面，为折线斜坡变形。

③通过监测数据显示，裂缝出现后斜坡沉降变形逐渐增大，直至采取工程措施后沉降才趋于稳定，但仍有少量增加。

④通过反演计算的C、Φ 值，原始斜坡在未切削坡脚的情况下，为稳定状态。在未切削坡脚的现状斜坡，稳定系数为1.006，为欠稳定状态。

⑤斜坡坡面形态呈折线形，坡度30°～40°，建议选择坡脚支挡，结合截排水等措施。