廣東云浮至羅定高速公路順層滑坡形成機理分析及治理措施

溫樹林

(云南云嶺高速公路工程咨詢有限公司，云南昆明 650032)

山區(qū)公路建設(shè)中高邊坡問題日益突出，一旦出現(xiàn)滑動既增加投資，又延誤工期，損失巨大。如何正確認(rèn)識高邊坡病害，并實現(xiàn)科學(xué)治理，成為擺在技術(shù)人員面前的難題。我國在高邊坡滑坡的形成機理、穩(wěn)定性分析、安全評估、防治措施、監(jiān)測預(yù)警等方面取得了不少成果［1-4］。但高邊坡病害治理具有特殊性，每個病害工點均有其自身的地質(zhì)特征及誘發(fā)因素，這就要求技術(shù)人員不僅掌握高邊坡病害防治的相關(guān)理論知識，更重要的是具備對病害工點深入分析的能力。本文針對云羅高速公路順層滑坡，對其形成機理進(jìn)行探討，并提出了針對性治理措施。研究成果對粉砂巖順層高邊坡加固具借鑒價值。

1 工程地質(zhì)條件

1.1 地形地貌

該滑坡(K42+960—K43+070段)位于低緩丘陵區(qū)，地形起伏不大，坡上植被不發(fā)育(圖1)。邊坡由小里程向大里程方向逐漸升高，滑坡未發(fā)生前，K42+960處邊坡高約11 m，K43+070處邊坡高約32 m。線路走向265°，邊坡坡向175°。

1.2 地層巖性

根據(jù)鉆探揭露和現(xiàn)場地質(zhì)調(diào)繪，路塹區(qū)表層為第四系坡殘積粉質(zhì)黏土(Qdl+el)，下伏基巖為白堊系下統(tǒng)羅定組泥質(zhì)粉砂巖(K1l)。地層自上而下為:

圖1 K42+960—K43+070滑坡全貌

1)粉質(zhì)黏土，棕紅色，稍濕，硬塑。手捏易散，遇水易軟化、崩解。厚約2.0 m。

2)全風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖，紫紅色，稍濕，呈硬土狀，巖石風(fēng)化完全，手捏易散，遇水易軟化、崩解。厚2.0～3.0 m。

3)強風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖，紫紅色，垂直結(jié)構(gòu)面發(fā)育，巖質(zhì)極軟，泥質(zhì)粉砂結(jié)構(gòu)，中厚層狀構(gòu)造，泥鐵質(zhì)膠結(jié)，浸水易軟化。厚約6 m。

4)中風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖，紫紅色，垂直結(jié)構(gòu)面發(fā)育，巖質(zhì)較軟，泥質(zhì)粉砂結(jié)構(gòu)，中厚層狀構(gòu)造，層間多為泥質(zhì)填充，填充物成分為粉質(zhì)黏土，局部夾碎石，遇水后手捏有滑膩感，強度較低?；聟^(qū)段內(nèi)強風(fēng)化層以下至坡腳范圍均分布中風(fēng)化層，中風(fēng)化巖層與強風(fēng)化層分界面由小里程向大里程逐漸升高。

5)微風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖。

1.3 地質(zhì)構(gòu)造

根據(jù)現(xiàn)場地質(zhì)調(diào)繪，未發(fā)現(xiàn)活動性斷裂帶通過。邊坡開挖揭露巖性為全～中風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖。滑坡區(qū)段(K42+960—K43+070)范圍內(nèi)量測2組巖層產(chǎn)狀，分別為 149°∠21°，160°∠18°。

邊坡巖體垂直結(jié)構(gòu)面較為發(fā)育，在滑坡右側(cè)界K42+960一級坡面處(穩(wěn)定地層)，量得3組結(jié)構(gòu)面:結(jié)構(gòu)面①傾向252°，傾角近直立，較發(fā)育，平順，貫通;結(jié)構(gòu)面②產(chǎn)狀290°∠84°，結(jié)構(gòu)面平順，發(fā)育;結(jié)構(gòu)面③傾向173°，傾角近直立，平順，較發(fā)育。切割關(guān)系為結(jié)構(gòu)面①切結(jié)構(gòu)面②和③。

經(jīng)調(diào)查分析，對邊坡穩(wěn)定性不利的結(jié)構(gòu)面主要為巖層面(149°～160°∠18～21°)。巖層走向與邊坡小角度相交，邊坡屬順層邊坡。邊坡巖體垂直結(jié)構(gòu)面發(fā)育，滑坡左右側(cè)壁及后壁均直立、平順，表明滑坡周界依附垂直結(jié)構(gòu)面生成。

1.4 氣象水文

線路所經(jīng)地區(qū)屬亞熱帶季風(fēng)型氣候，是南亞熱帶與中亞熱帶氣候區(qū)的過渡地段，緯度較低，臨近南海，形成夏日長、氣溫高、光照充分、雨量充沛、雨量集中的特點。年降雨量1 400 mm，多集中于夏秋季。

滑坡處于丘陵區(qū)，地下水主要賦存類型為基巖裂隙水。地下水位隨地形及季節(jié)有較大變化，一般埋深較大，僅坡腳偶爾有出露，涌水量小。

邊坡滑動前2 d，滑坡區(qū)為降雨天氣，現(xiàn)場調(diào)查期間(邊坡滑動后3 d)，邊坡坡面較為潮濕，K43+140二級坡面出現(xiàn)滲水現(xiàn)象。

2 滑坡前邊坡設(shè)計及施工情況

K42+960—K43+070段邊坡以刷方為主:一級坡坡高10 m，坡率為1∶0.50;二、三級坡坡高均為10 m，坡率為1∶0.75;四級坡坡高3.2 m，坡率為1∶1.5。各級坡之間平臺寬2 m。各級邊坡未設(shè)防護(hù)工程。

K42+960—K43+070段邊坡滑動前，已整體開挖至路基面。

3 滑坡變形特征

2013年6月19日晚，K42+960—K43+070段邊坡突然發(fā)生整體滑動，滑體相對滑坡后緣下錯3～5 m，向線路方向移動約10 m。

3.1 滑坡范圍和規(guī)模

滑坡里程范圍為K42+960—K43+070(見圖2)，寬約110 m，最后緣裂縫距原刷方坡腳水平距離約75 m，滑體最厚約18 m，平均厚度約12 m，目前滑體體積約14萬m3，潛在滑體體積約11萬m3。邊坡前部滑體已整體滑動，后部滑體在前部滑體牽引作用下，后緣裂縫已貫通，處于不穩(wěn)定狀態(tài)。該滑坡屬中型中層牽引式滑坡。

圖2 滑坡體平面示意

3.2 滑坡后緣

如圖3所示，滑坡后緣主裂縫高出路基面約35 m，遠(yuǎn)離路基面約40 m。后壁陡坎延伸約70 m，總體走向NE63°，下錯4～7 m。陡坎近直立，在平面上呈不規(guī)則鋸齒狀，這主要是因為滑坡后壁依附于結(jié)構(gòu)面形成。

調(diào)查時在滑坡后緣山體發(fā)現(xiàn)多條牽引貫通裂縫，最遠(yuǎn)一條距原刷方坡腳約75 m，裂縫寬5～7 cm，下錯不明顯。

圖3 K43+000分析斷面(Ⅰ-Ⅰ斷面)

3.3 滑坡側(cè)界

滑坡左側(cè)界在K43+070處，依附結(jié)構(gòu)面傾向為128°，近直立?；掠覀?cè)界在K42+960處，分布寬約1 m的條帶狀黃色泥質(zhì)粉砂巖，巖質(zhì)極軟，破碎。該邊坡坡向175°，滑坡滑動方向推測為153°，滑體有向小里程方向滑動趨勢。K42+960處條帶狀黃色泥質(zhì)粉砂巖巖質(zhì)極軟，邊坡滑動的剪切擠壓作用使其整體崩落;同時該條帶狀軟巖的存在也起到阻隔作用，使滑坡無法向小里程方向發(fā)展。黃色泥質(zhì)粉砂巖的分布帶(依附于近直立貫通結(jié)構(gòu)面，傾向252°)即為滑坡右側(cè)界。

3.4 滑坡剪出口及滑面

滑坡前緣出口有兩種:一是沿主滑帶發(fā)育而成，屬剪切破壞;二是滑坡推力擠壓前部(抗滑段)土體，屬擠壓剪切破壞，形成新生剪出口［5］。

該滑坡為順層滑坡，調(diào)查期間發(fā)現(xiàn)至少3層剪出口，均依附巖層結(jié)構(gòu)面滑動:

1)第一層剪出口位于K42+970—K42+985段二級坡面，距一級平臺垂直距離約1.5 m，延伸約15 m，為局部剪出口，屬剪切破壞。

2)第二層剪出口位于一級坡面。從現(xiàn)狀滑坡地貌看，滑坡分兩塊，左側(cè)滑體(K43+015—K43+060)坡面整體崩塌，右側(cè)滑體(K42+960—K43+015)僅局部崩塌。在K43+015坡腳處挖一探槽，發(fā)現(xiàn)右側(cè)滑體的第二層滑面延伸至左側(cè)滑塊，證明K42+970—K43+070段邊坡在深層為整體滑動。

該層剪出口沿層面發(fā)育生成，調(diào)查期間在剪出層面內(nèi)發(fā)現(xiàn)泥質(zhì)軟弱夾層，在K42+960處開挖坡腳，第二層滑面從原刷方邊坡一級坡面剪出，距原坡腳垂直距離3.8 m。第二層滑面具體形狀如圖3，所示K43+000分析斷面即圖2中Ⅰ-Ⅰ斷面，方向153°。

3)第三層剪出口位于原刷方邊坡一級坡面(見圖3)。根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查，原路基面未出現(xiàn)隆起或開裂現(xiàn)象，證明第三層滑面未發(fā)展至路基面以下;邊坡坡腳處量測滑體相對于原刷方邊坡整體平移5～7 m(K42+960處平移5.3 m)。在K42+960處挖一探槽，發(fā)現(xiàn)第三層滑面位于原刷方邊坡一級坡面上，距離路基面垂直距離約1.5 m，說明第三層滑面應(yīng)位于原刷方邊坡坡面上。第三層滑面也沿層面發(fā)育生成，屬剪切破壞。在K42+960處穩(wěn)定滑床上量得滑面產(chǎn)狀為153°∠19°，滑面可見清晰擦痕，指向152°。

3.5 主滑面

綜上所述，該順層滑坡有多層滑面，依附于不同層面。其中第三層滑面為主滑面，產(chǎn)狀為153°∠19°。該滑面產(chǎn)狀與滑坡區(qū)巖層產(chǎn)狀(149～160°∠18～21°)一致;同時在第三層滑面上量得擦痕指向152°。綜合地質(zhì)調(diào)查結(jié)果，將邊坡滑動方向確定為153°，滑面傾角19°。

4 滑坡形成機理分析

1)該滑坡為順層滑坡，有多層滑面，滑動方向為153°，滑面傾角19°。最深層滑面剪出口位于原刷方邊坡一級坡面，距坡腳垂直距離為1.5 m。

2)邊坡有向小里程方向滑動趨勢。K43+040—K43+080段邊坡較高，邊坡由于前部巖體的滑動失去支撐，極易發(fā)生牽引滑動，是目前最危險地段。

3)降雨對坡體中軟弱夾層的強度軟化作用是滑坡重要誘因。

綜合以上分析，該邊坡坡體結(jié)構(gòu)為順坡層狀邊坡巖體結(jié)構(gòu)，坡體中層間軟弱夾層分布明顯，邊坡巖體的穩(wěn)定性主要受其控制。邊坡破壞模式為完全平面式順層滑坡。形成機理:公路開挖使坡體內(nèi)軟弱夾層傾向臨空;同時開挖易造成巖體松弛，誘發(fā)邊坡巖體沿垂直結(jié)構(gòu)面開裂。降雨極易沿裂隙下滲，滲入軟弱夾層內(nèi)，導(dǎo)致其強度大幅降低，最終誘發(fā)滑坡。

5 強度指標(biāo)反算

強度指標(biāo)反算以K43+000分析斷面(斷面走向與滑動方向一致，為153°)第三層滑動狀態(tài)為依據(jù)?；绿幱诖髣与A段，依據(jù)文獻(xiàn)［5］，安全系數(shù) K=0.90～0.95。取K=0.90，c=10 kPa(c值參考當(dāng)?shù)亟?jīng)驗選取)，反算得出飽水狀態(tài)層間軟弱夾層強度φ=15.5°。此值可作為本條公路類似巖層地區(qū)順層高邊坡設(shè)計參考值。

6 治理措施建議

1)K42+960—K43+040段自然斜坡高度不大，具刷方條件。治理措施:在對滑體進(jìn)行清方的基礎(chǔ)上，通過降低坡高、放緩坡率，并加寬邊坡平臺的方法，將邊坡整體坡率刷緩至小于滑面傾角(19°)。防治示意見圖4(斷面垂直線路)。

2)K42+960—K43+040段采用放坡處理，K43+080往大里程維持原坡形，K43+040—K43+080為坡形過渡段，以K43+060作為代表性斷面(斷面垂直線路)。

依據(jù)反算滑面強度指標(biāo)(c=10 kPa，φ=15.5°)，取安全系數(shù)K為1.2，計算K43+060設(shè)計斷面(見圖5)的滑坡推力為982 kN/m。依據(jù)滑坡推力計算結(jié)果，在斷面設(shè)置9排5股15.4 mm預(yù)應(yīng)力錨索，錨索水平距離3 m，長度以進(jìn)入潛在滑面至少10 m控制。

圖4 K43+020橫斷面設(shè)計(單位:m)

圖5 K43+060橫斷面設(shè)計(單位:m)

3)完善邊坡排水系統(tǒng)，刷方邊坡頂設(shè)置截水溝，平臺設(shè)排水溝，框架錨索內(nèi)噴混植生，其余邊坡采用骨架植草防護(hù)。

7 結(jié)論

1)針對高速公路滑坡病害，從工程地質(zhì)、變形特征、氣象等多方面對其形成機理進(jìn)行深入探討，得出該滑坡為順層滑坡，滑面有三層;而層間軟弱夾層的軟化則是邊坡滑動的重要原因。

2)通過對層間軟弱夾層抗剪強度指標(biāo)的反算，得出該地區(qū)相似地層較合理的強度指標(biāo)，可以作為該地區(qū)粉砂巖地層順層高邊坡的設(shè)計依據(jù)。

3)對滑坡形成機理的正確認(rèn)識，是成功防治滑坡的前提?；轮卫泶胧?yīng)在摸清滑坡形成機理的基礎(chǔ)上，做到“對癥下藥”、“一次根治”。

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