公路滑坡灾害成因及稳定性分析与处治

董志强

（甘肃省临夏公路事业发展中心，甘肃 临夏 731100）

0 引言

近年来，随着我国公路里程的增加，公路灾害在不断增加，所造成的损失也越来越大。我国山区公路较多，地质条件复杂，再加上气候多变、开挖扰动等因素，容易造成滑坡等灾害的发生，给公路的安全运行带来严重影响。如何进行灾害处治是当前迫切需要解决的问题。本文从G310线某处水毁滑坡灾害治理现状调查、原理分析、力学评价、措施制定、预防监测等方面出发，对常规水毁滑坡灾害治理方式进行进一步研究，为以后有效治理此类灾害提供借鉴和参考。

1 灾害路段概况

发生灾害路段位于G310线（原S309线临夏至大河家二级公路）K1908+931～K1909+176段，后期通行中，坡体产生变形，随后滑塌，多次滑动后，坡体支离破碎，裂缝、错台发育，滑坡后缘裂缝宽度范围10～20m，中下部错台裂缝一般宽度为30cm；北侧边界错台1～2.0m，多有流泥现象；南侧边界裂缝发育，错台约0.3～1.8m，为中层中型滑坡，灾害路段现有挡墙、旧路路面被推裂,如图1所示。

图1 K1908+931～K1909+176段滑坡灾害路段

2 灾害成因分析

2.1 灾害路段自然地理条件

2.1.1 位置

灾害发生路段位于甘肃临夏州境内癿藏梁隧道出口癿藏镇附近，距离癿藏镇2km，距离临夏州城区仅20km，交通较为便利，G310线临大二级公路从滑坡前缘通过。

2.1.2 气象条件

灾害所在路段气候以温凉为主，四季不分明，降水南多北少，具有大陆性季风气候和高原边缘气候的特色；年平均气温5.2℃，年平均降水量593.1～653.7mm，降水量分布不均匀，主要在第三季度，全年降水量西部及南部较多，东北部地区偏少，蒸发量年度平均值900mm左右。

2.1.3 水文条件

灾害发生地区无固定冲沟发育，无地表径流，仅在雨季由上部村庄排水渠渗漏形成暂时性流水浸入坡体形成局部径流，经过钻孔勘探，当地的地下水埋置深度在1.2～6.3m，主要赋存于全新世坡积粉质黏土体内(Q4dl)。

2.1.4 地形条件

灾害发生地区地形由西南向东北倾斜，西南高、东北低，西南部为高寒阴湿地区，中部为二阴山区，东北部为高寒干旱山区，平均海拔2200m左右，地区内地貌主要为山岭。

2.1.5 地层岩性

从下到上依次为粉质黏土(Q2al+pl)，层厚4.0～28.0m，未揭穿；砂砾(Q3al+pl)，层厚0.20～1.40m；粉质黏土(Q4dl)，层厚2.4～11.0m，一般平均厚度约3.0～4.0m；滑坡堆积物(Q4al+pl)，为表层全新统坡积滑动后产物，层厚1.10～8.80m。

2.1.6 地下水

滑坡区地下水主要为第四系松散岩类孔隙水，松散孔隙水为降水下渗汇集而来，从土层分界线或地形低洼处以泉水形式排泄，局部水量较大，pH值位于6.6～8.5之间，其对钢筋混凝土结构物具有弱腐蚀性。

5～6月份勘察期间6个钻孔中均揭露地下水，稳定水位分别为1.0～10.2m之间，水量较大；11～12月份勘察期间，15 个钻孔中均揭露地下水，稳定水位分别为1.2～6.3m之间，水量较大。

2.1.7 地震条件

工程区抗震设防烈度为Ⅶ度，选定灾害发生地地震动反应谱特征周期值为0.40s，地震动峰值加速度为0.10g，按相关规范要求，此处建造的构造物应采取一定的防抗震措施。

2.2 灾害形成因素

2.2.1 地理因素

因所在地段为阴山背坡区域，蒸发量较小，补给来源较多，水量饱和度较高，加之山坡横坡较缓，前缘临沟，路基范围内又进行开挖，形成临空区域，致使该段山体发生滑动。

2.2.2 气候因素

第二季度上旬开始，冬季封存的大量地下水开始消融释放，使土体含水量不断增加，土体抗滑能力下降，进入7、8月份以来，遇到近年来罕见持续性强降水，持续性强降雨产生的地表径流一方面补给地下水，使地下水位迅速升高，另一方面冲蚀浸泡土体，致使上部土体饱和，强度减小，并在静水及动水压力的共同作用下坡体发生变形失稳、流泥。

2.2.3 地质因素

斜坡土体地层特点为滑体土体上部较破碎、松软、透水性强；滑带土体为粉质黏土及淤泥质土的混合物，其透水性较强，但滑床透水性较差，因滑带及滑坡透水性不同，整体力学性能也不同，在交界面容易发生灾害。

2.2.4 水文因素

灾害区降雨量较丰富，当降水沿地表下渗至中更新世粉质黏土接触面后，一是使土体中的接触面软化强度发生显著降低；二是对滑面起到润滑作用，降低抗滑阻力；三是增加土体重量，不利于斜坡稳定。强降雨或长期降雨致使土体含水量增大，土体抗滑能力下降，是斜坡整体下滑失稳的直接原因。

2.3 灾害形成阶段

本次灾害形成的过程可以归纳为以下几个阶段：

（1）第二季度及第三季度，雨季大量的降雨致使土体含水量巨幅增加，导致大量水分长期存储于土体中。

（2）国庆前后早晚气温降至0℃以下，致使前期土体中存储的水分未能有效挥发，冬季土体发生冻胀，土质变得蓬松，力学性质改变。

（3）春季温度回升后，冬季冻胀的土体开始消融，大量消融的积水汇集于土体中，不能及时排出，局部土体已达到饱和度，渗透汇集形成地表水，上面土层形成差异化结构面。

（4）随着消融的积水增多，不同强度土体体积逐渐增大，并形成整体运动趋势，土体相接处形成滑动面，在土体自重的作用下，最终上层土体沿着滑动面开始整体下滑，导致灾害发生。

3 滑坡体稳定性分析及评价

3.1 稳定性分析

K1908+931～K1909+176段滑坡体在2017年第三季度降雨作用下开始发生缓慢变形，在次年第一季度开始逐步发展到整体下滑程度，稳定系数降至0.95以下，在温度升降、地质构造变化、降雨等因素影响下，该滑坡体继续产生变形，并不断扩大，在2018年第三季度中旬变形范围明显增加，影响公路车辆通行安全。

3.2 滑动面及验算方法选定

滑动面的确定主要通过对现有滑坡体的地质调查，查明滑坡体岩土结构，开挖坡面有多处裂缝及挡墙和老地层顶部剪出口，依据现有多处剪出口、滑坡后壁、裂缝及钻孔岩性特征等综合因素，确定K1909+256处为滑动面；采用块体极限平衡法进行滑动面稳定性验算，采用摩根斯顿-普莱斯法对稳定系数进行计算及核验[1]。

3.3 计算工况

依据《公路路基设计规范》（JTGD 30-2015）相关规定，采用以下三种工况进行滑动面稳定性计算：

工况1：自然状态（正常工况）；

工况2：暴雨（地表+地下水作用）（非正常工况Ⅰ）；

工况3：地震作用（非正常工况Ⅱ）。

3.4 参数分析选用

参数分析包括岩土体力学参数（如表1所示）、滑动带强度参数（如表2所示）、地震参数、稳定性标准（如表3所示）和安全系数。

表1 岩土体力学参数

表2 滑动带强度参数

表3 稳定性标准划分

本次计算仅考虑水平地震作用，地震作用综合系数取0.25，地震动峰值加速度取0.10g，地震重要性修正系数取1.3，水平向地震系数取0.1。

根据灾害路段实际情况、公路车辆通行情况、未来的交通量增长情况及气象水文等因素，依据《公路路基设计规范》（JTGD30-2015）要求：安全系数工况1取1.25，工况2取1.20（考虑地下水渗流的复杂性），工况3取1.10。

3.5 稳定性计算分析及评价

对上述选定参数应用块体极限平衡法及摩根斯顿-普莱斯法进行计算，结果如表4所示。

表4 滑坡稳定性计算

根据计算结果，此滑坡段落已滑塌，呈不稳定状态，需要进行处治。

4 灾害处治措施与后续监测

4.1 灾害处治措施

考虑滑坡发生因素、灾害现场实际状况、处治实施条件等因素，本次灾害处治采用“边坡处治+前缘坡面支撑渗沟+仰斜式泄水孔+滑坡坡面设置桩板墙”的方式进行处治，具体为：

（1）边坡处治：边坡按照从上到下的顺序进行开挖，边开挖边防护，桩板墙后平台宽3.0m，其上按坡率1∶1.5分级刷坡，每级坡高8m，分级处设置2m宽平台；刷方坡面均采取草灌结合进行绿化。

（2）设置桩板墙：该灾害段设置桩板墙，其中抗滑桩布设方向同路线走向，抗滑桩中心距水沟外缘均为3.2m；抗滑桩共设置1134m/77根，截面尺寸2.4m×1.8m，抗滑桩中心间距5m；桩板墙施工前坡脚采用袋装土码砌反压，反压顶宽3m，坡高3m，按1∶1码砌至既有路面[2]。

（3）截排水处治：桩板墙后每间隔10m设置一道支撑渗沟，设置长度（平距）均为20m，支撑渗沟埋置深度（刷方坡面或地面至渗沟基础顶面）1.75m，支撑渗沟内布设沿线路纵向间距10m的仰斜式排水孔，每孔长度均为15m，桩顶平台及两级刷方坡面间平台均设置平台排水沟，平台向内设置3%的横坡，桩顶平台排水沟下设置一道纵向渗沟，渗沟埋置深度不＜1.7m，平台排水沟汇水经由吊沟排入边沟，其余地方采用C20混凝土进行硬化处理。

4.2 后续监测

为确定灾害治理后新建结构物的工作状态及结构性能，对结构物工作期间出现的强度、刚度及稳定性等问题进行研究解决，对已出现问题的发展趋势和导致的后果进行研判，同时对滑坡失稳征兆和结构物破坏征兆进行预警，并了解工程施工后滑坡的变化特征，为优化设计、施工提供科学依据，防止滑坡灾害的再次发生，对滑坡灾害体进行后续监测。

滑坡变形监测主要包括运行安全监测、支挡效果监测和滑坡长期动态监测[3]。

为保证公路运行安全，需建立变形监测网络，同时对坡顶、坡面、挡墙以及重要结构物进行位移监测，本次采用墙顶钻孔预埋观测钢筋以及坡面、坡顶埋设混凝土观测墩的方式进行公路运行安全监测，确保运行安全[4]。

5 结束语

本文以G310线（原S309线临夏至大河家二级公路）K1908+931～K1909+176段灾害路段为例，结合灾害路段的位置与交通、气象条件、水文条件、地形条件、地层岩性、地下水、地震等条件，分析滑坡灾害成因，应用块体极限平衡法及摩根斯顿-普莱斯法对边坡稳定性进行计算，通过采取边坡处治、设置桩板墙、截排水处治等措施，并对滑坡灾害体进行后续监测，防止滑坡灾害的再次发生，保障道路的安全运行。