某高速路变形体发育特征及稳定性分析

刘俊骐

(四川省交通勘察设计研究院有限公司，四川成都 610017)

1 工程概况

某高速路路基右侧边坡上方地表出现裂缝，且受到连续降雨等因素影响，地表裂缝及房屋变形有加剧趋势。直接影响公路的运营安全，危及居住人口10户46人(常住人口约18人)。变形体纵向长度约165～245m，宽约540m，平面面积约9.8×104m2，前后缘高差50～70m，主要变形发展方向N-NNW，与公路走向基本垂直。

2 工程地质条件

2.1 地形地貌

该处地貌总体上为低山峡谷地貌，最高海拔一般800m左右，沟谷底部较窄，局部仅10m左右，河流切割较深。受岩性、风化、河流侵蚀等影响，斜坡地貌基本上呈现“缓—陡—缓”的微地貌特征。该变形体位于柴家河左岸边坡凸起的山脊上，便呈现此特征。边坡整体走向N45°E，坡高大于200m，平均坡度30°，局部可达80°，近于直立。

2.2 地层岩性

根据地表工程地质测绘及钻探成果，该处表层主要为第四系全新统滑坡堆积含碎石粉质黏土、碎石，第四系全新统崩坡积含碎石粉质黏土、粉质黏土、碎石、块石。下伏基岩为白垩系下统白龙组砂岩、粉砂质泥岩。

2.3 地层岩性

根据地表工程地质测绘及钻探成果，该处表层主要为第四系全新统滑坡堆积含碎石粉质黏土、碎石，第四系全新统崩坡积含碎石粉质黏土、粉质黏土、碎石、块石。下伏基岩为白垩系下统白龙组砂岩、粉砂质泥岩。

2.4 地质构造及地震

该处位于盆地边缘低山—低中山区，属大巴山南坡前山带，以构造剥蚀地形为主。位于中兴场鼻状背斜与马家坪向斜之间，岩层产状21∠4°。

基本地震动峰值加速度为0.05g，基本地震动反应谱特征周期为0.35s，对应的地震基本烈度为Ⅵ度。

2.5 水文地质条件

边坡变形体范围内地表水主要为冲沟沟水，主要为受降雨影响形成的微冲沟，冲沟坡降35～60°，宽约1～6m，调查时水量较小或为干沟。地下水类型主要为第四系松散层孔隙水和基岩风化裂隙水。根据JTGC20-2011《公路工程地质勘察规范》Ⅱ类环境水判定：地下水对混凝土具微腐蚀性，对混凝土结构中的钢筋具微腐蚀性。

3 变形特征及成因分析

3.1 边界、规模、形态特征

该变形体位于柴家河左岸边坡凸起的山脊上，后缘以坡体中部基岩陡坎为界，上游侧以新建水泥路为界，下游侧以冲沟为界，前缘直抵某高速。变形体覆盖层以第四系全新统崩坡积含碎石粉质黏土为主，局部为块石、碎石。据地表调查、钻探等，变形区按照地貌特征、变形程度、影响程度可分为A、B两区(图1)。

A区由下至上呈陡—缓折线型地形。中上部为居民区，房屋较多，中下部为一新建水泥路，现已被破坏，高速路内侧原有护坡为挡墙和格构锚固，现挡墙已出现明显倾倒式变形破坏。A区为强变形区。

B区由下至上呈陡—缓—陡—缓阶梯状地形。中下部为一新建水泥路，水泥路两侧裂缝发育，高速路内侧为挡墙。B区以牵引特征为主，为弱变形区。

图1 变形体整体形态特征

3.2 变形特征

3.2.1A区变形区(强变形区)

A区坡向约327°，由下至上呈陡—缓折线型地形，陡坎坡度约50°～65°，横向宽度约270m，纵向长度约245m，平面面积约5.6×104m2，体积约5.87×105m3。据现场调查访问，在高速路施工开挖前，该区雨季发生过小型表层滑塌现象，但均不危机房屋；但自施工开挖后，部分水塘水即逐渐流失，现已为干塘，且产生大量裂缝，已危机房屋安全。地表裂缝首先于2018年雨季开始产生，且主要集中在该区中部，2019年雨季裂缝变形加剧，且在中后部形成多条新的裂缝。居民房屋受到严重影响，墙体及地面产生多条拉裂缝，目前可见地表裂缝长约10～30m，下错约5～10cm，走向约30°，裂缝倾向外侧；墙面多形成垂直或45°裂隙，且上宽下窄，倾向外侧。高速路挡墙出现明显变形，主要表现为挡墙顶部最大错开45cm，底部(路面)错开15cm。

该区中下部地形较陡，水泥路内侧坡体临空，加之受冲沟的影响，坡面长期遭受剥蚀，表层含碎石粉质黏土强度较低，斜坡土体受降雨地表水入渗软化，强度降低，坡体发生滑塌，导致水泥路及边坡截排水措施破坏，总体稳定性较差。根据现场调查，该区内陡缓交接部位产生了数条台阶式拉裂缝，坡面植被树木也表现出“马刀树”特征，典型发育四处小型滑塌体(图2、图3)。

图2 地面开裂

图3 挡墙破坏

3.2.2B区变形区(弱变形区)

B区坡向约323°，由下至上呈陡—缓—陡—缓阶梯状地形，陡坎坡度约50°～65°，横向宽度约170m，纵向长度约165m，平面面积约4.2×104m2，体积约1.63×105m3。该区前缘为高速路开挖人工边坡，可见基岩出露，路堑墙位于基岩上，未发生明显变形现象。该区中下部的水泥路两侧发育数条裂缝，裂缝长约15～30m，深10～30cm，宽约4～12cm，下错20～60cm，大体沿公路走向展布，以牵引特征为主。该区中后缘坡体较陡，表层土体为含碎石粉质黏土，厚度3～5m，发育有数条裂缝，裂缝长约10～25m，宽约10～20cm，下错10～20cm，走向约30°，裂缝倾向外侧。

3.3 成因及变形分析

3.3.1 堆积体成因分析

根据调查，该处斜坡属切向坡，交角约55°，岩层近水平。岩性上为砂泥岩互层结构，构成整体软硬相间的岩体结构，表层岩体裂隙发育。后缘坡体较陡，局部基岩出露，近直立状，在风化卸荷等内外因素的作用下，岩体产生崩塌、掉块的现象。崩塌堆积体堆积于坡体中下部，分布极为不均，厚度变化大。其中，泥岩风化成了黏土，砂岩解体形成了块碎石，后缘陡壁仍发育未完全解体的砂岩，即是较好的说明。

3.3.2 目前堆积体变形分析

目前该变形体稳定性主要受到内外因素控制，地形条件、表层堆积物是主要内因，而水、施工是诱发堆积体变形的主要外因。

(1)地形条件：该处斜坡地貌基本上呈现“缓—陡—缓”的微地貌特征，变形体后缘为砂岩陡壁，变形体范围内陡坎发育，较陡的地形坡度不利于斜坡的稳定。

(2)表层堆积物：变形体表层覆盖层多为第四系全新统崩坡积含碎石粉质黏土为主，土质松软，强度较低，厚度变化较大，土体易失稳滑动。

(3)水：丰富的降雨是诱发堆积体变形的最直接也是最重要的因素，通江县降雨多集中在5月～9月，雨量充沛。根据实地调查，受汛期降雨的影响，该处边坡受降雨形成的地表径流的冲刷形成陡坎。同时，雨季降水入渗，一方面造成滑体重度增加，加大下滑力；另一方面降水通过裂缝下渗至潜在滑动面使滑带土饱和软化，地下水压力增加，对上部土体产生浮托，岩土体力学性质降低，滑带土的抗滑能力大大降低，使处于极限平衡状态的坡体产生滑动。

(4)施工：坡体前缘高速路及水泥路的施工开挖形成较陡的临空面，稳定性有所降低。

4 变形体稳定性评价

4.1 稳定性定性评价

该处斜坡地貌基本上呈现“缓—陡—缓”的微地貌特征，变形体后缘为砂岩陡壁，变形体范围内陡坎发育，平均坡度30°，局部可达80°，近于直立。变形体物质组成主要为含碎石粉质黏土、碎石，厚度约3.2～28.1m。

目前，A区中下部发育有4处滑塌体，裂缝、“马刀树”等推挤、鼓出变形迹象发育，变形有进一步发展的可能，为强变形区，需对其稳定性进行进一步分析。

B区变形主要集中在山坳部位，水泥路两侧变形较大，后缘裂缝发育。在连续暴雨的情况下，B区有发生表层滑塌的可能，稳定性较差，为弱变形区，也需对其稳定性进行进一步分析。

4.2 稳定性定量评价

4.2.1 计算方法及工况

采用传递系数法，考虑天然、暴雨2种工况下对变形体进行稳定性计算分析，计算公式选用折线型滑面推力计算公式。计算模型见图4。

图4 变形体剖面计算模型

4.2.2 计算参数的选取

通过室内试验资料，滑体(含碎石粉质黏土)的天然重度为20kN/m3，饱和重度为21kN/m3。A区天然剪切平均值：c=23.6kPa，φ=13.03°；饱和剪切平均值：c=19.03kPa，φ=12.44°。B区天然剪切平均值：c=32.6kPa，φ=4.5°；饱和剪切平均值：c=19.8kPa，φ=12.45°。

根据稳定性宏观判断，目前A区天然状况下整体基本稳定，暴雨状况下有蠕滑变形迹象，处于欠稳定—不稳定状态，安全系数较低；B区天然状况下整体基本稳定，暴雨状况下有发生表层滑塌的可能，处于基本稳定状态。因此，分别采用暴雨工况对4条剖面进行参数反演，结合试验数据，以及现场实际情况综合考虑，采用分级进行反演，反演稳定性系数及反演参数见表1。

表1 反演稳定性系数及反演参数

4.2.3稳定性计算与评价

根据上述岩土体参数指标，对变形体的4条剖面分别按天然工况、暴雨工况进行稳定性计算，计算结果见表2。

计算结果与现场调绘定性评价结果一致。

A区：整体在天然工况下稳定性系数为1.088～1.103，处于基本稳定状态；暴雨工况下稳定性系数为1.007～1.050，处于不稳定状态。滑塌体在天然工况下稳定性系数为1.054～1.077，处于基本稳定状态；暴雨工况下稳定性系数为0.929～0.983，处于不稳定状态。

表2 变形体整体稳定性计算成果

B区：整体在天然工况下稳定性系数为1.148，处于基本稳定状态；暴雨工况下稳定性系数为1.051，处于基本稳定状态。

5 防治措施建议

通过以上分析，该变形体存在明显变形破坏迹象，变形有进一步发展的可能，需将受威胁的居民撤离危险区，对变形体前缘影响的高速路段设置危险警示标志，确保行车安全；并对该变形体进行监测，增加深层位移监测，并采取相应的治理措施。

A区在连续暴雨的情况下，极易发生整体滑动，直接威胁前缘高速公路及后缘房屋的安全，稳定性差。建议回填封闭裂缝，坡体适当清方减载，搬离影响区内居民，并在前缘高速公路内侧设置抗滑桩或抗滑挡墙，基础应进入中风化砂岩一定深度；同时，在已破坏水泥路内侧陡缓交界处设置抗滑桩，基础进入中风化砂岩一定深度。坡面较陡处建议采用格构锚固，并在变形体内及周围做好截排水措施。

B区变形主要集中在山坳部位，水泥路两侧变形较大，后缘裂缝发育。在连续暴雨的情况下，B区有发生表层滑塌的可能，稳定性较差。建议在已破坏水泥路内侧陡缓交界处设置抗滑桩，基础进入中风化砂岩一定深度。坡面较陡处建议采用格构锚固，并在变形体内及周围做好截排水措施。

6 结束语

(1)目前该变形体稳定性主要受到内外因素控制，地形条件、表层堆积物是主要内因，而水、施工是诱发堆积体变形的主要外因。

(2)通过定性分析与定量计算，目前该变形体天然状况下整体基本稳定；暴雨状况下A区有蠕滑变形迹象，处于欠稳定～不稳定状态，安全系数较低；暴雨状况下B区有发生表层滑塌的可能，处于基本稳定状态。

(3)根据勘察结果，结合该处工程地质条件及变形特征，针对不同分区提出了针对性的防治措施建议。