沁樊公路K3 滑坡稳定性分析及整治措施研究

2024-01-23张雄伟赖国泉庞伟军

科技创新与应用 2024年3期

张雄伟，赖国泉，庞伟军

（中铁西北科学研究院有限公司，兰州 730000）

山区修建公路时，由于对地质灾害重视不足及地勘工作深度欠缺，往往因堑坡开挖卸荷，连续强降雨等不利条件形成老滑坡局部复活、堑坡整体失稳或浅表层滑塌等地质灾害[1-2]。

目前，国内学者针对开挖后的路堑边坡失稳问题，做了大量的研究[3-6]，特别是当路线经过老滑坡段时，堑坡开挖后出现临空面，应力重分布后可形成最不利滑动面，老滑坡易发生局部复活。堑坡开挖后，揭穿地下滞水水位，遇强降雨或连续降雨时，雨水下渗使土体饱和，在水位线附近易形成滑面，从而引发浅表层滑塌或更大范围的牵引滑坡[7-10]，其中降雨是重要的诱发因素。

沁樊公路K3 滑坡位于山西省沁水县，是由路堑开挖卸荷及连续降雨等不利条件引起的老滑坡局部复活，本文探讨该滑坡的稳定性及工程整治措施，为类似老滑坡段路堑边坡勘察及支护方案提供借鉴和参考。

1 工程地质环境条件

1.1 区域工程地质条件

沁水县位于豫皖断块的次级单元中条山块隆北段，以及太行—吕梁断块的次级单元沁水坳块的西南部，研究区处于沁水坳块（向斜）的南翼。该地区地震基本烈度为Ⅶ度，动峰值加速度为0.10 g，动反应谱特征周期为0.45 s。项目区多年平均降水量643.7 mm，降雨量分配不均，年平均气温10.3 ℃，季节性冻土深度为0.6 m。

1.2 地形地貌

研究区位于沁水县东部河北庄境内，以中低山和河谷平川地貌为主，海拔780～1 100 m，山体坡度10～15°。区域山坡主要以林地、田地、工程开发用地为主。区内坡面平整度较差，老滑坡、沟槽、陡坎等微地貌较发育。老滑坡沿河床宽约900 m，长约500 m，前后缘高差90 m，坡度30°左右。路堑边坡以挖方路堑的形式从老滑坡前缘通过，区间路基宽24.5 m，最大开挖深度25.6 m，由三级坡构成。如图1 所示。

图1 地形地貌

1.3 地层岩性

研究区地层岩性较简单，现场地质调绘、地质钻探表明，主要以二叠系砂（P2）、全新统冲洪积卵砾石层（Q4al+pl）、第四系粉质黏土、碎块石土（Q4el+dl）及局部人工填土（Q4ml）等为主。

1.4 水文地质

滑坡区处于县河右岸山麓斜坡，地表水主要为县河和右岸山坡支沟流水，县河流量受季节性控制，支沟雨季有常流水，旱季干涸。现场钻探揭露，滑坡区地下稳定水位13.6～20.1 m，旱季堑坡坡脚可见稳定渗水点，汛期渗水点抬升至一级坡顶平台。

2 滑坡基本特征

2.1 平面变形特征

现状坡面于坡口线附近形成大量圈椅状裂缝，并逐级向后缘扩展，裂缝下错量、张开量大。滑坡后缘数条裂缝基本呈贯通状，有明显的持续牵引变形趋势。平面形态为“簸箕”状，滑体横向宽度250 m，纵向长度90 m，平均厚度约17 m，滑体体积约38×104m3，为一大型滑坡体。平面变形特征表现为“一面两块两级”，即堑坡面浅表层滑塌变形+较大规模的2 块前级变形+后级整体变形（图2）。堑坡地表位移监测成果显示，开挖后17 d 内该区域水平位移量达17.8 cm，最大下错量达11.7 cm。

图2 滑坡变形特征

2.2 空间形态特征

路堑边坡变形以坡面溜滑和浅层滑塌变形为主，滑面以坡顶裂缝和坡脚为界呈圆弧形，坡面溜滑体厚度约1 m，浅层滑塌体厚度约6 m。

滑坡剪出于开挖后的堑坡坡脚，后界至后缘拉裂处。整体除浅表层的坍塌溜滑变形外，大规模滑体可分为前、后级2 级。前级滑体由路线开挖卸荷直接诱发，后级由前级滑体的变形牵引形成。主滑面依附于旱期地下稳定水位线，前、后滑面连续贯通，滑面倾角9～10°，滑体厚度14.5～18.5 m，至前缘从堑坡坡脚剪出，部分段落剪出口呈-5°反翘形态。滑带埋深基本一致，厚度较均匀，无明显的倾斜或起伏变化（图3）。

图3 滑坡2-2’典型剖面图

2.3 滑面形态特征

前、后级滑体滑动面主要依附稳定地下水位中的黏土层、黏土夹角砾层或角砾土层孕育产生，多处于紫红色土层顶部。根据钻探揭露，滑动面附近岩性黏粒含量高，呈软塑状。钻孔中，ZK-2 的紫红色黏土夹角砾层中于顶部黏土层内发育光滑镜面（图4（a）），埋深14.5 m；ZK-4 中于18.5 m 深度的黏土夹角砾层中发现光滑镜面（图4（b））；ZK-5、ZK-8 均在角砾土层中的黏土层内发育光滑镜面，埋深分别为16.7 m、15.5 m；ZK-1、ZK-7 均在地下水位面附近发育黏土夹角砾层，在地下水的软化作用下黏土层构成了滑坡变形滑动的主要软弱带。

图4 典型滑面（光滑镜面）

3 滑坡变形机理及诱发因素分析

3.1 滑坡变形机理分析

滑坡的变形模式为路线开挖诱发的牵引式堆积体边坡滑移和渗透破坏，变形机理主要表现为以下几方面。

路线大开挖卸荷，导致高堑坡前部失去支撑，在坡体浅层范围形成圆弧形应力分布形态，形成最不利软弱面并产生浅表层滑塌变形。

坡体地层以块碎石土为主，粗、细土粒径相差悬殊，挖方揭穿滞水层后形成的泉眼，产生渗流作用，使堑坡浅表层细粒土易管涌流失，对堑坡体的整体稳定更为不利。

坡体内存在稳定水位，顺坡向连续发育，水位面附近土体已被软化，为较大规模边坡的滑移变形提供了良好的依附面。

堑坡开挖后遇连续强降雨，大量雨水下渗，地下水位快速抬升，在坡体内形成强径流，坡体沿软化带产生滑动变形，形成了现有的前、后级滑体。

3.2 滑坡诱发因素分析

沁樊公路K3 滑坡变形的诱发因素体现在以下3个方面。

地质环境。宏观上研究区处山麓斜坡带，地形起伏较大，老滑坡后缘呈洼槽状，为雨水的汇聚和下渗提供了充足的补充源，外加基岩整体向县河侧单斜，为路堑边坡提供了良好的易滑、易渗透变形物质。微观上滑坡区地下水发育，上层滞水区和稳定水位面附近形成软弱区，地下水的径流增大了坡体下滑力，外加坡体中的粉黏粒遇水软化、易管涌变形，导致堆积体力学强度降低，形成易滑地层。

开挖卸荷。开挖后堑坡失去支撑，区域地应力重分布，产生向坡面的不利地应力，迫使了堑坡坡体的变形。同时开挖揭穿了数层上层滞水，在坡脚形成泉眼并软化坡脚，导致坡体沿稳定水位面软弱带形成滑移面，诱发了大面积滑坡的产生。

连续降雨。连续降雨导致土体内部含水率迅速增高，滑体的重度增大，渗透力作用增强，抗剪强度迅速降低，下滑力持续增大，抗滑力不断减弱，使坡体变形持续发展，变形范围不断扩大。

4 滑坡稳定性分析与评价

4.1 计算参数选取

稳定性计算中首先要确定滑体的容重γ、滑带的土体抗剪强度指标（c和φ 值）。根据滑坡现状形态、原位测试及滑带土试验数据，并结合该地区经验数据，综合确定滑坡计算参数，具体见表1。

表1 岩土体物理力学参数

4.2 计算结果及稳定性评价

该滑坡滑动面类型为折线型，采用传递系数法进行稳定性计算，按图2 所示选1-1’、2-2’、3-3’三个剖面分析，工况1 为天然状态，工况2 为暴雨状态，工况3为地震状态，计算结果详见表2。

表2 滑坡稳定性计算结果

计算结果表明，在自然工况下滑坡处于欠稳定状态，暴雨工况下稳定性整体降低，呈不稳定状态，破坏概率大，地震工况下，处于临界-欠稳定状态。

现场变形情况也验证了沁樊公路K3 滑坡的变形特征，目前坡面浅表层滑塌体周界裂缝全部贯通，下错拉裂量大；滑坡前级滑体周界裂缝均较发育，周界裂缝基本贯通，裂缝最大张开宽度达40 cm，下错量30 cm。综合判定，现状条件下前级滑体稳定性系数介于1.00～1.05，处于欠稳定状态。后级滑体的变形同样明显，后缘周界数道裂缝变形量大，且牵引微裂缝发育，综合判定，现状条件下后级滑体整体稳定性系数1.05 左右，处于欠稳定-基本稳定状态。

5 滑坡整治措施

5.1 工程位置处推力计算

沁樊公路K3 滑坡治理时，安全系数在天然、暴雨及地震工况下分别取1.25、1.20、1.10，岩土体物理力学参数指标按表1，路基开挖后滑坡推力计算结果见表3。

表3 工程位置处推力计算kN·m-1

5.2 整治工程措施

沁樊公路K3 滑坡前缘出水明显，滑体内地下水丰富，开挖后坡体变形急剧增大，为使滑坡彻底稳定，需贯彻支挡与排水并重理念。治理措施分2 阶段进行，第一阶段为应急抢险工程，第二阶段为支挡及截排水工程，辅以其他工程措施（图5）。

图5 治理工程2-2’断面图

5.2.1 应急抢险工程

为有效疏排滑体内的地下水，在堑坡坡脚设2 排仰斜排水孔，自下而上长度为30、20 m，仰角为5°，排距为1.0 m，下排距路面1.5 m，将排出的水引入路基排水沟内。

5.2.2支挡及截排水工程

在堑坡二级平台设一排42 根C30 钢筋砼抗滑桩，桩间挂板，桩长30 m，桩宽2.2 m，滑动方向长2.6 m，桩心距6 m，滑面以下埋深12 m；坡脚设C25 素砼挡土墙一道，高3.5 m，堑坡面采用菱形骨架防护，每级平台上设截排水沟一道，滑坡周界外2 m 修建截水沟，使之形成一套完整的截排水系统。

5.2.3 其他工程

为进一步消除滑坡松散土体的沉降变形对养殖场地基的影响，采用微型桩加固处理，在场区外布设3排微型桩，桩长21 m，桩径0.15 m，间距和排距均为1.5 m，并用顶板连接。张拉下错裂缝下部采用黏土夯填封闭处理，上部回填种植土，在坡脚、中部及后缘位置设监测点，施工期及工后继续监测。