渝湘高速公路ZK37+080—ZK37+200段滑坡穩(wěn)定性分析

雷 剛

(中國公路工程咨詢集團有限公司，湖北武漢 430052)

1 工程概況

1.1 地形地貌

渝湘高速公路ZK37+080—ZK37+200段滑坡位于重慶市酉陽縣，微地貌形態(tài)為山前崩坡積堆積斜坡。斜坡的上部是灰?guī)r形成的陡崖，走向NE，坡角為65°，坡高約為100～250 m，局部近于直立。陡崖的下部與斜坡相連接，其連接處為250 m的平臺。平臺外側(cè)為向東突出呈舌狀的山脊，沿山脊延伸的方向總體坡度為20°～25°。舌狀山脊突出部分總長度約為400 m，其前部與長青子河相接。

1.2 地層巖性

滑坡位于一個崩坡積堆積斜坡上，其下伏的基巖是志留系地層，后緣及南側(cè)出露的地層為二疊系灰?guī)r，具體的地層巖性見表1。

1.3 地質(zhì)構(gòu)造與地震設(shè)防烈度

重慶市酉陽縣位于咸豐背斜北西翼，巖層總體產(chǎn)狀為300°～330°∠30°～35°，在滑坡后部陡崖測得兩組裂隙，見表2。

根據(jù)《中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖》(GB 18306—2001)及《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》(GB 50011—2001)的相關(guān)規(guī)定，滑坡所在地區(qū)的地震設(shè)防烈度為6度。

表1 地層巖性特征

1.4 水文地質(zhì)條件

在本滑坡中前部北側(cè)邊界附近，發(fā)育1處泉眼。該泉常年有水，原高程為717 m，但由于公路開挖，出露點上移至公路左側(cè)，高程約727 m，但隨著公路的進(jìn)一步開挖，滑體變形加劇，導(dǎo)致該泉眼處地下水不再出露。

表2 裂隙發(fā)育特征

該地區(qū)下伏地層為灰?guī)r和頁巖，地下水主要為松散巖類孔隙水和碳酸鹽巖巖溶水。

松散巖類孔隙水:分布在斜坡區(qū)較厚的堆積層中，補給類型為大氣降雨和后部巖溶水。旱季在坡面上無水源出露，堆積層中塊石含量較高，因此暴雨后也很少能見到坡面流。

碳酸鹽巖巖溶水:主要分布于二疊系灰?guī)r出露區(qū)，四季均有水，由大氣降雨補給，水量受降雨影響變化較大。該類型地下水沿豎向巖溶管道或陡傾裂隙下滲。

2 坡體變形原因及形成機制分析

根據(jù)現(xiàn)場勘察資料分析可得，該邊坡變形的方式為堆積層滑動破壞方式，且為從前向后逐級牽引破壞的方式。其破壞特點如下:

1)第一級邊坡破壞時，只在邊坡中部樁基附近形成裂隙，裂隙呈直線展布。隨著蠕滑變形加大，裂隙在樁前向兩側(cè)擴展，直到邊坡的邊緣，但在樁后，由于樁基的約束，地表很長一段時間都不發(fā)生變形。

2)隨著上覆地層的進(jìn)一步下滑，坡體開始發(fā)生較大變形，裂隙開始呈水平狀近似直線展布。只在最靠近樁的地方才開始形成近弧形的圈椅形態(tài)變形區(qū)，這種變形方式類似于垮塌方式。

3)隨著滑體的變形加大，在滑坡的側(cè)邊界開始形成微小的、近直線展布的裂隙。該裂隙在邊坡后部向小里程方向擴展近50 m。

根據(jù)勘察資料，研究區(qū)上覆地層堅硬，連續(xù)性較好，但裂隙切割明顯。下部為原始?xì)埰路e粉質(zhì)黏土夾碎石，前部為破碎的頁巖，這兩部分相對于上覆地層，相對軟弱，且這兩部分長期浸泡在地下水中。公路邊坡開挖后，形成危害較大的臨空面。在上覆巖土層的壓力下，軟弱層開始產(chǎn)生側(cè)向變形。隨著變形的進(jìn)一步加劇，軟弱層逐漸發(fā)生土體剪切變形破壞。軟弱層的下滑力主要作用在抗滑樁的中上部，下滑力導(dǎo)致抗滑樁產(chǎn)生位移，且使樁前的破碎頁巖向坡體外部剪出。同時，樁前土體厚度較小，且連續(xù)性也較好，因此，樁前土體受力后開始呈整體狀向兩側(cè)擴展直至邊坡邊界。

該邊坡上部的灰?guī)r巖塊較完整，層厚大，且有裂隙切割，邊坡變形從下方的軟弱層開始，在變形初期，樁后裂隙寬度越來越大，樁前斜坡被剪出，底部的平臺產(chǎn)生縱向裂隙，但坡體表面未見明顯變形。

3 有限元模擬

3.1 計算模型和材料參數(shù)

在勘察鉆孔資料的基礎(chǔ)上，本文選取滑坡主剖面(圖1)應(yīng)用FLAC3D建立滑坡模型，對滑坡的穩(wěn)定性進(jìn)行分析。對該滑坡的巖土體進(jìn)行分組，剖分網(wǎng)絡(luò)包含3 790個節(jié)點、1 828個單元。根據(jù)勘察資料，將該邊坡巖土體分為殘積層、坡積層、灰?guī)r、頁巖。

圖1 工程地質(zhì)剖面

由于降雨是導(dǎo)致該滑坡破壞變形的誘發(fā)因素，因此本文選取治理前暴雨工況對滑坡的穩(wěn)定性進(jìn)行演算，計算參數(shù)見表3和表4。

表3 滑床體基巖計算參數(shù)

表4 滑坡體殘坡積層計算參數(shù)

3.2 計算結(jié)果分析

首先用彈性模型計算得到治理前滑坡的初始地應(yīng)力，本階段選取原始狀態(tài)下對應(yīng)的巖土體參數(shù)。然后，在上述模型的基礎(chǔ)上，將本構(gòu)模型設(shè)置為 Mohr-Coulomb模型，對斜坡左側(cè)施加水頭，得出該邊坡在暴雨工況下，穩(wěn)定性系數(shù)為1.01。運用剩余推立法進(jìn)行穩(wěn)定性分析，得出在暴雨工況下，邊坡的穩(wěn)定性系數(shù)為0.90～1.04。

該滑坡在治理前暴雨工況下的位移和應(yīng)力等值線圖分別見圖2和圖3。

圖2 治理前暴雨工況位移云圖

圖3 治理前暴雨工況應(yīng)力云圖

從圖2和圖3可知，該邊坡的位移由下部向上部發(fā)散，是牽引式滑坡的典型特征。在鄰近公路的臨空區(qū)位移最大，達(dá)到123 cm。同時，該區(qū)的應(yīng)力集中也較嚴(yán)重，在一定程度上對邊坡下方的高速公路造成直接威脅。上述分析表明在暴雨工況下，該邊坡欠穩(wěn)定，斜坡中部一個次級變形體的失穩(wěn)將對其下部的高速公路造成威脅，需要治理。

4 治理建議

根據(jù)上述穩(wěn)定性分析和詳細(xì)的勘察資料，對該滑坡的治理采取以抗滑為主，以治水為輔，抗滑與治水相結(jié)合的綜合治理措施。具體治理措施如下:

1)進(jìn)行兩級治理，可采用抗滑樁+削方減載的綜合治理方案。

2)對滑體內(nèi)及外圍地表水和地下水，修筑截排水溝，做好截排水工作，同時封閉滑坡體上已有裂縫，以免水體流入滑坡體內(nèi)。

3)基槽、樁基開挖時采取必要的支護措施，確保施工安全，并作好抗滑樁挖孔時的排水工作。

4)滑坡治理過程中及治理后應(yīng)加強監(jiān)測。對滑坡北側(cè)以外的變形區(qū)擴大監(jiān)測范圍。

5 結(jié)束語

渝湘高速公路ZK37+080—ZK37+200段邊坡破壞機制為牽引式破壞。邊坡前緣由于松散堆積物及巖體裂隙面的存在，在暴雨情況下，產(chǎn)生崩塌，將前緣隧道口掩埋;邊坡中部由于軟弱夾層的存在，土層力學(xué)性質(zhì)差，使得覆蓋土層與部分強風(fēng)化層發(fā)生滑動，邊坡后部則由于坡體前部的牽引作用，上部覆蓋層與巖層交界面產(chǎn)生滑動。

在隧道洞口普遍存在地質(zhì)災(zāi)害，因此建議在勘察以及線路選取時，要重視地質(zhì)災(zāi)害對工程的危害，盡可能地將隧道洞口布置在地質(zhì)構(gòu)造較簡單、排水流暢、不宜積水、地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生概率較小的地段。

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