永吉高速路塹滑坡體定位探測(cè)及穩(wěn)定性分析

唐鵬程， 劉濤影

(湖南省永吉高速公路建設(shè)開發(fā)有限公司， 湖南 吉首　416000)

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永吉高速路塹滑坡體定位探測(cè)及穩(wěn)定性分析

唐鵬程， 劉濤影

(湖南省永吉高速公路建設(shè)開發(fā)有限公司， 湖南 吉首416000)

摘要：滑坡是山區(qū)高速公路一種較常見的地質(zhì)災(zāi)害，已嚴(yán)重威脅到山區(qū)已建和在建高速公路的運(yùn)營(yíng)與建設(shè)安全，進(jìn)行滑坡體有效的探測(cè)定位及評(píng)價(jià)分析對(duì)于減小災(zāi)害損失、治理滑坡災(zāi)害有重要意義?；谟兰咚貹79+915～K80+020段左側(cè)路塹邊坡滑坡工程，在查明滑坡場(chǎng)地地層巖性、地層結(jié)構(gòu)、不良地質(zhì)以及邊坡水文地質(zhì)條件的基礎(chǔ)上，利用電磁法等綜合物探法探測(cè)了滑坡范圍、周界以及滑動(dòng)面深度等滑坡要素，進(jìn)行了滑坡的穩(wěn)定性計(jì)算及評(píng)價(jià)分析，并提出了滑坡處治建議，研究為滑坡治理設(shè)計(jì)提供了相關(guān)依據(jù)。

關(guān)鍵詞：路塹滑坡； 高密度電法； 探測(cè)定位； 穩(wěn)定性計(jì)算； 評(píng)價(jià)分析

交通是經(jīng)濟(jì)發(fā)展的大動(dòng)脈，高速公路對(duì)地區(qū)的發(fā)展具有十分重要的帶動(dòng)作用，近年來，隨著我國(guó)交通基礎(chǔ)建設(shè)的不斷發(fā)展，越來越多的高速公路延伸到了山區(qū)，由于山區(qū)特殊的地形和地質(zhì)環(huán)境，公路建設(shè)中遇到的高邊坡與滑坡等復(fù)雜艱險(xiǎn)的工程地質(zhì)問題也越來越多[1]。在山區(qū)中修建高速公路時(shí)，斜坡上巖土體在重力作用下，常常容易沿一個(gè)或多個(gè)破裂滑動(dòng)面向下作整體滑動(dòng)，出現(xiàn)滑坡問題[2，3]，尤其在不利情況如強(qiáng)降雨等因素誘發(fā)下，更容易產(chǎn)生工程滑坡，山區(qū)高速公路建設(shè)中經(jīng)常遇到此類情況[4]。在我省湘西及湘南山區(qū)高速公路地基條件復(fù)雜，巖溶、泥石流、滑坡、軟土等不良地質(zhì)現(xiàn)象均較發(fā)育，尤其高速公路開挖引起的路塹邊坡滑坡較為常見?；碌鹊刭|(zhì)災(zāi)害輕則增加投資、延長(zhǎng)工期，重則導(dǎo)致建筑物倒塌甚至造成人員傷亡[5],為避免和盡量減少滑坡災(zāi)害造成的經(jīng)濟(jì)損失和人員傷亡以及對(duì)工程建設(shè)的影響，研究滑坡地質(zhì)類型/成因機(jī)制及其穩(wěn)定性顯得尤為重要[6，7]，由于滑坡的產(chǎn)生條件、影響因素破壞機(jī)理的復(fù)雜性和多變性，其一直是世界各國(guó)研究的主要地質(zhì)和工程難題[8-10]。

為指導(dǎo)滑坡的處治方案設(shè)計(jì)，保證工程的施工安全，對(duì)滑坡的規(guī)模、范圍及空間分布狀態(tài)的探查不可或缺。傳統(tǒng)的純鉆探工藝在滑坡勘察中一般較難確定滑動(dòng)面(帶)的準(zhǔn)確位置，高密度電法等綜合物探法在滑坡勘察中有其獨(dú)到的優(yōu)點(diǎn)，在工程滑坡勘察中對(duì)滑動(dòng)面的判定取得了較好的效果[11]。本文擬結(jié)合湖南永吉高速公路路塹邊坡滑坡實(shí)例，在查明永吉高速路塹滑坡場(chǎng)地工程地質(zhì)條件的基礎(chǔ)上，開展路塹滑坡體定位探測(cè)及評(píng)價(jià)分析，為滑坡治理設(shè)計(jì)提供充分必要的工程地質(zhì)依據(jù)。

1項(xiàng)目概況

1.1工程背景

永吉高速公路主線全長(zhǎng)85.247 km，第16合同段K79+915～K80+020段路塹邊坡位于吉首市已略鄉(xiāng)龍午村，本段為全切方路段，左側(cè)路塹邊坡最大切深為24.6 m，設(shè)計(jì)防護(hù)型式為漿砌片石拱形骨架內(nèi)草灌護(hù)坡，設(shè)計(jì)典型橫斷面見圖1。

圖1　K79+953路塹邊坡設(shè)計(jì)斷面圖

該路段按原設(shè)計(jì)開挖完畢，兩側(cè)邊坡及平臺(tái)(一、二級(jí))已全部成型，半年后開始出現(xiàn)大面積滑塌，坡口后緣山體出現(xiàn)張拉裂縫，滑坡趨勢(shì)已經(jīng)形成，如圖2所示。

圖2　K79+915～K80+020段左側(cè)路塹邊坡滑坡全景圖

1.2工程地質(zhì)條件

1) 地形地貌。永吉高速K79+915～K80+020段路塹邊坡位于吉首市已略鄉(xiāng)龍午村，地貌單元屬風(fēng)化剝蝕構(gòu)造低山丘陵地貌，切割強(qiáng)烈，沖溝發(fā)育，地形起伏較大，勘察區(qū)地面高程220.0～490.0 m，相對(duì)高差約270 m，原始自然邊坡坡度約為11°～28°，局部大于60°，坡面為單斜緩丘，坡體表層主要為松散坡積體，山坡坡面植被發(fā)育，主要為灌木、蕨類植物所覆蓋。

2) 氣象水文。本區(qū)屬中亞熱帶季風(fēng)濕潤(rùn)氣候，具有明顯的大陸性氣候特征。夏半年受夏季風(fēng)控制，降水充沛，氣候溫暖濕潤(rùn)，冬半年受冬季風(fēng)控制，降水較少，氣候較寒冷干燥。既水熱同季，暖濕多雨，又冬暖夏涼，四季分明，降水充沛，光熱偏少；光熱水基本同季，前期配合尚好，后期常有失調(diào)，氣候類型多樣，立體氣候明顯。年降水量1010～1718.6 mm，年內(nèi)氣溫-3.6～39.9 ℃；年徑流量234億m3。

3) 場(chǎng)地地質(zhì)構(gòu)造。本線位區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造隸屬于揚(yáng)子地塊揚(yáng)子準(zhǔn)地臺(tái)武陵褶皺斷束內(nèi)湘西帚狀弧形構(gòu)造帶，位于古丈 — 吉首 — 風(fēng)凰斷裂帶內(nèi)，區(qū)內(nèi)次級(jí)構(gòu)造發(fā)育，受斷裂構(gòu)造的影響，區(qū)內(nèi)巖體節(jié)理裂隙發(fā)育，巖體較破碎。

4)水文地質(zhì)條件?？辈靺^(qū)地表水體是位于坡底的溪溝，平時(shí)水量較小，接受大氣降水補(bǔ)給。山間沖溝平時(shí)無水，雨后有暫時(shí)性地表涇流；區(qū)內(nèi)地下水主要為下臥基巖中的裂隙水，地下水的補(bǔ)給來源是大氣降水與地下側(cè)向涇流，向龍洞河排泄；鉆孔揭露地下水位埋深0.40～21.70 m(高程225.0～234.00 m)，地下水向龍洞河涇流；依據(jù)路線工程地質(zhì)勘察報(bào)告中的水質(zhì)分析報(bào)告，區(qū)內(nèi)地下水對(duì)混凝土及混凝土中的鋼筋具微腐蝕性。

5) 地層巖性。本次主要利用邊坡附近的前期勘察成果，參照相關(guān)資料提供邊坡區(qū)巖土體的物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)，如表1所示。

表1 邊坡區(qū)巖土體的物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)層號(hào)巖土名稱濕密度(g·cm-3)承載力/kPa抗剪強(qiáng)度經(jīng)驗(yàn)值凝聚力/kPa內(nèi)摩擦角/(°)①粉質(zhì)粘土1.982003018②碎石土2.2024015.025全風(fēng)化砂質(zhì)頁(yè)巖2.0024025.020③強(qiáng)風(fēng)化砂質(zhì)頁(yè)巖2.3040045.030中風(fēng)化砂質(zhì)頁(yè)巖2.50100010035④泥質(zhì)頁(yè)巖夾層2.253003025

構(gòu)成邊坡的寒武系下統(tǒng)清虛組的砂質(zhì)頁(yè)巖受構(gòu)造影響巖體節(jié)理裂隙極為發(fā)育，巖體破碎，其結(jié)構(gòu)、成分和性質(zhì)已產(chǎn)生了不同程度的變異，可定名為風(fēng)化巖，屬特殊性巖土。鉆孔巖芯多呈塊狀，少量短柱狀，局部砂質(zhì)頁(yè)巖已全風(fēng)化呈土狀與礫砂狀，坡面與坡腳出露巖體極為破碎，裂隙面多呈張開狀態(tài)，局部裂隙面充填軟塑狀態(tài)的粘性土。

2滑坡體探測(cè)定位

物探野外觀測(cè)數(shù)據(jù)經(jīng)采用專業(yè)物探軟件轉(zhuǎn)換成視電阻率-視深度等值線圖，再經(jīng)地形校正繪制成視電阻率等值線擬斷面圖。斷面中的標(biāo)注的數(shù)字是視電阻率值，表達(dá)了剖面上不同深度地電斷面的分布特征。圖中較大的突變界面，一般代表了地層界線、地層中不連續(xù)面或異常體，如滑坡體、塌陷松散帶等地質(zhì)異常。據(jù)此可推測(cè)地層結(jié)構(gòu)與地質(zhì)異常體分布，以及滑坡滑帶土剖面分布等[12]。本次共布置3條微分電測(cè)深測(cè)線，測(cè)線位置如圖3所示。

圖3　物探測(cè)線及鉆孔布置平面圖

根據(jù)有關(guān)規(guī)范及實(shí)地條件，結(jié)合地表地質(zhì)調(diào)查與工程地質(zhì)勘察資料，將微分電測(cè)深各測(cè)線反映的地質(zhì)剖面解釋如下：

1—1′測(cè)線。該測(cè)線起點(diǎn)位于K80+036.96左209.98 m處，終點(diǎn)位于K79+969.90左38.27 m處，測(cè)線長(zhǎng)度180 m，測(cè)點(diǎn)間距為1 m。根據(jù)測(cè)線視電阻率等值線擬斷面圖(見圖4)，分析其電性特征可知：電性整體上分層較明顯，上部為相對(duì)低阻，下部為相對(duì)高阻；未發(fā)現(xiàn)明顯的滑動(dòng)異常。

圖4　高密度視電阻率圖1—1′

2—2′測(cè)線。該測(cè)線起點(diǎn)位于K80+072.98左198.55 m處，終點(diǎn)位于K79+997.57左29.00 m處，測(cè)線長(zhǎng)度180 m，測(cè)點(diǎn)間距為1 m。根據(jù)測(cè)線2—2′視電阻率等值線擬斷面圖(見圖5)，分析其電性特征可知：在測(cè)線末段(大致為175～180 m)頂部出現(xiàn)較明顯的相對(duì)低阻，結(jié)合地表調(diào)查，推測(cè)為滑坡體。

圖5　高密度視電阻率圖2—2′

3—3′測(cè)線。該測(cè)線起點(diǎn)位于K79+869.58左37.41 m處，終點(diǎn)位于K80+062.00左49.64 m處，測(cè)線長(zhǎng)度180 m，測(cè)點(diǎn)間距為1 m。根據(jù)測(cè)線3—3′視電阻率等值線擬斷面圖(見圖6)，分析其電性特征可知：電性整體上分層較明顯，上部為相對(duì)低阻，下部為相對(duì)高；未發(fā)現(xiàn)明顯的滑動(dòng)異常。

圖6　高密度視電阻率圖3—3＇

總體看來，永吉高速K79+915～K80+020滑坡為牽引式、錯(cuò)落性質(zhì)的強(qiáng)風(fēng)化巖質(zhì)切層滑坡。滑坡底寬105 m(里程樁號(hào)K79+915～K80+020)，高差25 m(226～251 m)，縱深38 m，滑坡體平均厚度13.5 m，體積38000 m3，屬小型滑坡，滑動(dòng)面深度5.0～19.0 m，屬中層工程滑坡?；抡幱诔跏茧A段 — 蠕滑階段。

3滑坡穩(wěn)定性計(jì)算分析及評(píng)價(jià)

3.1滑面抗剪強(qiáng)度反算

邊坡巖土體主要為強(qiáng)風(fēng)化砂質(zhì)頁(yè)巖，坡面覆蓋一層前期滑塌體形成的松散碎石，滑動(dòng)面為貫通的節(jié)理裂隙面，無法取得原狀樣進(jìn)行試驗(yàn)，故滑面抗剪強(qiáng)度采用反算指標(biāo)。采用極限平衡法，以《公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范》計(jì)算公式。該計(jì)算式如下：

Ti=FsWisinαi+Ti-1ψi-Wicosαitanφi-cili

(1)

式中：Ti為坡體下滑力；Fs為滑坡穩(wěn)定系數(shù)；Wi為條塊重度；αi為條塊傾角；ψ為滑坡面內(nèi)摩擦角；ci為滑坡面粘聚力；li為條塊長(zhǎng)度。

計(jì)算設(shè)定與主要方法如下：

1)分別設(shè)定滑坡穩(wěn)定系數(shù)Fs為0.983(1-1′)、0.953(2-2′)，如圖7所示。

2)對(duì)滑體巖土，地下水位以上取其天然重度，地下水位以下取其飽和重度，不計(jì)動(dòng)水壓力和浮托力，沒有坡面上靜水壓力。

分別以1-1′、2-2′兩個(gè)工程地質(zhì)剖面為反算模型可以求得滑面抗剪強(qiáng)度平均值:c=6.0 kPa，

圖7　滑面抗剪強(qiáng)度反算計(jì)算模型

ψ=13.0°。

3.2剩余下滑力計(jì)算

滑坡剩余下滑力計(jì)算進(jìn)行如下假設(shè)：

1) 假設(shè)抗滑支擋結(jié)構(gòu)設(shè)置在路塹邊坡坡底路基排水溝外側(cè)位置，保持現(xiàn)坡面形態(tài)。

2) 滑坡穩(wěn)定安全系數(shù)取Ks=1.25。按《公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范》對(duì)高速公路滑坡規(guī)定的1.20～1.30區(qū)間取值。

3) 對(duì)滑體巖土，地下水位以上取其天然重度，地下水位以下取其飽和重度；不計(jì)動(dòng)水壓力和浮托力；沒有坡面上靜水壓力；未考慮地震作用力。

4) 滑帶抗剪強(qiáng)度指標(biāo)取反算指標(biāo)c=6.0 kPa,ψ=13.0°，計(jì)算剖面取2條工程地質(zhì)剖面，計(jì)算的剩余下滑力分別為T1=886 kN/m，下滑力角度1.3°；T2=604 kN/m，下滑力角度5.8°，如圖8所示。

3.3滑坡體評(píng)價(jià)分析

結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研、滑坡體定位探測(cè)及穩(wěn)定性計(jì)算分析，永吉高速K79+915～K80+020滑坡為牽引式、錯(cuò)落性質(zhì)的強(qiáng)風(fēng)化巖質(zhì)切層滑坡，滑坡底寬105 m，高差25 m，縱深38 m，滑坡體平均厚度13.5 m，體積38 000 m3，屬小型滑坡，滑動(dòng)面深度5.0～19.0 m，屬中層工程滑坡，滑坡體正處于滑動(dòng)的初級(jí)變形階段——蠕滑階段。同時(shí)參考該合同段或相鄰工點(diǎn)巖土層物理力學(xué)試驗(yàn)結(jié)果及相關(guān)規(guī)范經(jīng)驗(yàn)數(shù)值，對(duì)邊坡加固設(shè)計(jì)所需的巖土參數(shù)建議采用表2數(shù)值。

圖8　剩余下滑力計(jì)算模型

表2 巖土加固設(shè)計(jì)參數(shù)砂質(zhì)頁(yè)巖巖土重度/(kN·m-3)抗剪強(qiáng)度凝聚力c/kPa內(nèi)摩擦角φ/(°)容許承載力[σ0]/kPa巖石錨固體粘結(jié)強(qiáng)度特征值/kPa基底摩擦系數(shù)μ水平地基系數(shù)K/(kPa·m-1)強(qiáng)風(fēng)化23.045304001000.450.8×104中風(fēng)化24.51003510003000.551.5×105

4結(jié)論與建議

1) 永吉高速K79+915～K80+020滑坡為牽引式、錯(cuò)落性質(zhì)的強(qiáng)風(fēng)化巖質(zhì)切層滑坡，滑坡正處于滑坡的初始階段 — 蠕滑階段，滑坡處治應(yīng)本著 “一次根除，不留后患”的原則，建議對(duì)K79+915～K80+020段左幅路塹邊坡一級(jí)坡腳設(shè)錨桿(索)抗滑擋墻進(jìn)行支護(hù)，擋墻之上分級(jí)放緩邊坡(一級(jí)坡1∶0.75，二級(jí)坡1∶1)，并采用錨桿+框架梁，錨索抗滑擋墻的基礎(chǔ)宜進(jìn)入中風(fēng)化砂質(zhì)頁(yè)巖一定深度，框架內(nèi)植草防護(hù)，抗滑擋墻施工前不得清除擋墻前堆積體與土石方，采用超前支護(hù)方式，并分段施工；邊坡錨桿+框架梁防護(hù)應(yīng)由上至下，分級(jí)開挖、分級(jí)防護(hù)。

2) 滑坡的剩余下滑力應(yīng)根據(jù)支擋結(jié)構(gòu)的位置，放緩后的坡面形態(tài)重新核算，并與支擋結(jié)構(gòu)前的主動(dòng)土壓力比較，取主動(dòng)土壓力與剩余下滑力的大值進(jìn)行支擋結(jié)構(gòu)驗(yàn)算；該邊坡后緣匯水面積較大，建議做好地表截水溝、坡級(jí)平臺(tái)排水溝排除地表水，一級(jí)坡設(shè)置仰斜式泄水孔疏排坡體內(nèi)地下水。

3) 建議對(duì)本邊坡進(jìn)行長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)，除現(xiàn)有深部位移監(jiān)測(cè)外，應(yīng)增加地表位移，抗滑擋墻應(yīng)力應(yīng)變、位移監(jiān)測(cè)等項(xiàng)目，必要時(shí)應(yīng)還增設(shè)深部位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)；同時(shí)邊坡處治工程應(yīng)遵循“動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)與信息化施工”理念，對(duì)工程中遇到的前期未預(yù)計(jì)的問題和現(xiàn)象，進(jìn)行及時(shí)的反饋，以便采取及時(shí)有效的應(yīng)對(duì)措施。

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文章編號(hào)：1008-844X(2016)02-0014-04

收稿日期:2016-04-19

基金項(xiàng)目:湖南交通科技計(jì)劃項(xiàng)目( 201201)

作者簡(jiǎn)介:唐鵬程( 1977-) ，男，主要從事地質(zhì)勘察、工程檢測(cè)等研究。

中圖分類號(hào)：U 416.1

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A