山區(qū)典型牽引式滑坡穩(wěn)定性分析研究

李 鵬（中國電建集團中南勘測設(shè)計研究院有限公司，湖南 長沙 410014）

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山區(qū)典型牽引式滑坡穩(wěn)定性分析研究

李 鵬
（中國電建集團中南勘測設(shè)計研究院有限公司，湖南 長沙 410014）

摘 要：本文以山區(qū)某典型牽引式滑坡為例，結(jié)合該區(qū)域的具體情況，采用現(xiàn)場調(diào)研、數(shù)值分析和理論計算等多種手段相結(jié)合的方法對滑坡進行穩(wěn)定性分析。結(jié)果表明：該滑坡為工程開挖坡腳引發(fā)的牽引式滑坡；坡體變形主要原因是坡體巖土工程性質(zhì)不良，加上工程開挖而切削坡腳和降雨入滲導(dǎo)致邊坡巖土體軟化，降低了坡體穩(wěn)定性。

關(guān)鍵詞：高速公路；滑動機理；穩(wěn)定性分析；治理措施

山區(qū)高速公路由于地質(zhì)情況的復(fù)雜性，加之工程開挖等施工擾動，導(dǎo)致的滑坡問題很多，輕則增加投資，延長工期，重則導(dǎo)致建筑物倒塌，甚至造成人員傷亡，在這方面的研究越來越引起人們的關(guān)注。滑坡產(chǎn)生條件、影響因素、破壞機理的復(fù)雜性和多變性也一直是世界各國研究的主要地質(zhì)和工程問題之一。

對于滑坡穩(wěn)定性分析，我們?nèi)〉昧嗽S多成果。例如：祝介旺等對滑坡體形成機理及受力、變形、破壞和運動規(guī)律，滑坡體穩(wěn)定性計算方法與計算理論，滑坡體加固機理與治理措施等方面進行了研究。孫世國針對地下開采邊坡巖體的滑移機制進行了探討。李文秀針對柔性防護條件下露天礦山邊坡穩(wěn)定性進行了模擬分析，并結(jié)合模糊數(shù)學(xué)模型對急傾斜厚大礦體地下與露天聯(lián)合開采巖體移動進行分析?；路€(wěn)定性分析成果較多，但有關(guān)滑坡滑動機理、穩(wěn)定性分析、監(jiān)控量測及治理措施比選的綜合研究成果相對較少。

本文擬根據(jù)永吉高速黑潭坪復(fù)雜的滑坡現(xiàn)象，采取現(xiàn)場調(diào)研、深部測斜、數(shù)值分析和理論計算等多種手段相結(jié)合的方法，進行穩(wěn)定性分析，研究其滑動機理，并進行治理措施比選。研究成果將對山區(qū)高速公路滑坡工程穩(wěn)定性分析、安全評估及加固設(shè)計等產(chǎn)生重要借鑒意義。

1 工程概況

黑潭坪高架橋位于吉首市古丈縣黑潭坪村境內(nèi)，該區(qū)域的原始地貌屬于剝蝕構(gòu)造中的低山，山脊走向受構(gòu)造控制，總體呈北東-南西向，橋位緊挨山體西面坡研究區(qū)域及其線路兩側(cè)方向，崩坡堆積碎塊石在線路高程附近分布較廣泛，在開挖影響下形成淺層堆積層滑坡。

研究區(qū)域?qū)儆谥衼啛釒Ъ撅L濕潤氣候，具有明顯的大陸性氣候特征，冬暖夏涼，四季分明，由于海拔的懸殊和地形、坡向等的不同，氣候類型無論是在垂直方向上還是在水平方向上都存在較大差異。由前期詳勘階段路線工程地質(zhì)勘察報告中水質(zhì)分析可知，區(qū)內(nèi)地下水對混凝土及混凝土中的鋼筋具有微腐蝕性。

根據(jù)1∶20萬幅區(qū)域地質(zhì)圖，研究區(qū)域在地質(zhì)構(gòu)造上隸屬新華夏系第三隆起帶揚子地臺與江南古陸過渡帶的武陵褶皺斷束內(nèi)臨江南古陸邊緣。古丈逆斷層是橋位附近的對橋位地質(zhì)影響最顯著的地質(zhì)構(gòu)造，橋位區(qū)巖體受該斷裂影響顯著，巖層產(chǎn)狀復(fù)雜多變，風化帶厚度也呈較大變化。結(jié)合區(qū)域地質(zhì)圖、現(xiàn)場調(diào)查與鉆探成果，場地分布的地層由上至下主要為：第四系全新統(tǒng)坡殘積碎石粉質(zhì)粘土，下伏基巖為元古界馬底驛組板巖。

2 滑動機理

坡體上共發(fā)現(xiàn)與線路近平行方向的6條裂縫，縫寬為30cm～60cm，近期部分裂縫有所發(fā)展，最大寬度達3m，并沿該裂縫形成沉陷，滑坡后壁高度由高2.4m發(fā)展到4.15m。在補勘過程中，發(fā)現(xiàn)坡體裂縫仍處于持續(xù)變形階段。坡體自底部到坡頂主要發(fā)育有四條連續(xù)性好的控制性裂縫。勘察剖面1-1基本位于滑坡中部，垂直于下部橋梁，該剖面布置了兩個鉆孔ZK1和ZK3?？辈鞎r在鉆孔ZK1、ZK3中埋設(shè)了測斜管，ZK1在4m和6.5m存在位移突變，ZK3在4m和13.5m存在位移突變。并且第四次測量時，發(fā)現(xiàn)ZK1和ZK3在6.5m 和13m測斜儀放不下去，因此可以判斷ZK1的深層滑面深度為6.50m，ZK3的深層滑面深度為13.50m；綜合現(xiàn)場地質(zhì)調(diào)查成果和主要控制性裂縫分布特征，坡體主要形成了三個貫通性滑坡后壁錯坎，形成了多級次級滑動變形。

根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查，受古丈逆斷層的影響，邊坡巖體產(chǎn)狀變化較大。從邊坡左側(cè)基巖出露情況來看，巖層傾向為100°～140°，傾角30°～55°，邊坡總體坡向310°，因此邊坡為反傾層狀結(jié)構(gòu)。坡殘積碎石粉質(zhì)粘土厚度不均，結(jié)構(gòu)松散。由于構(gòu)造與風化作用，巖層節(jié)理裂隙發(fā)育，巖體破碎，工程性質(zhì)不良，因此邊坡巖土體穩(wěn)定條件差。橋梁工程便道開挖后，在山腰形成人工邊坡，造成臨空面，降低了坡體的抗滑力，加之坡體強風化層厚度大，適逢雨季，邊坡土體含水量增加，基質(zhì)吸力降低，土體抗剪強度下降，致使坡體穩(wěn)定性降低而造成坡體變形失穩(wěn)。從邊坡變形破壞過程來看，邊坡變形破壞具有從下往上擴展的趨勢。坡體前緣巖土體由于坡腳開挖首先形成小規(guī)模淺層滑移，繼而帶動中后部巖土體依次產(chǎn)生多級牽引式滑移變形。

3 邊坡穩(wěn)定性分析

結(jié)合本邊坡的地形地貌、物質(zhì)組成、變形破壞現(xiàn)象及現(xiàn)場分析，可以判斷該邊坡處于不穩(wěn)定狀態(tài)。由于邊坡變形仍在持續(xù)，其安全系數(shù)應(yīng)處于0.98～1.05。

采用Bishop法結(jié)合計算分析軟件Geo-slope對邊坡的穩(wěn)定性進行二維極限平衡分析。由于邊坡巖土體為全風化、坡殘積成因的碎石土、強風化和中風化板巖，采用常規(guī)試驗方法難以獲得準確的物理力學(xué)參數(shù)作為計算參數(shù)，因此對中風化和強風化板巖采用工程地質(zhì)類比法確定其計算參數(shù)，對滑體，即全風化、坡殘積成因的碎石土的抗剪強度參數(shù)采用反算法確定。以剖面1-1’為反算剖面，剖面中有三個滑坡后壁陡坎，根據(jù)坡體變形裂縫特征的現(xiàn)場調(diào)查和邊坡變形破壞形成機制的分析，其剪出口均位于坡體前緣。對于坡體后部的后壁陡坎，前期勘察工作中采用測斜儀開展了深部變形測量確定了潛在滑動面的位置，根據(jù)后壁陡坎位置和前緣剪出口可以初步確定滑動面；對于中部和前部的次級滑坡，可以根據(jù)后壁陡坎的位置和工程地質(zhì)剖面進行最小安全系數(shù)的滑動面自動搜索確定滑面。根據(jù)坡體目前變形狀況和發(fā)展趨勢，其計算安全系數(shù)應(yīng)在1.00～1.05。

針對三個滑動面采用不同的c'、φ'值進行安全系數(shù)計算，確定全風化、坡殘積成因的碎石土的抗剪強度參數(shù)為c'=12kPa、φ'=27°。發(fā)現(xiàn)以坡體安全系數(shù)分別為1.043，與坡體目前所處變形破壞狀況和工程地質(zhì)定性評價結(jié)果相符，說明反算參數(shù)合理。

根據(jù)上述計算結(jié)果可以看出，剖面的穩(wěn)定性系數(shù)均偏低，坡體處于不穩(wěn)定或臨界狀態(tài)。按照《公路路基設(shè)計規(guī)范》對高速公路滑坡規(guī)定的安全系數(shù)為1.20～1.30，需要對該邊坡進行加固處理。

結(jié)論

本文在對山體穩(wěn)定性的基本特性進行深入研究的基礎(chǔ)上，結(jié)合黑潭坪山體滑坡的具體情況，采取現(xiàn)場調(diào)研和實地勘察，運用數(shù)值分析和理論計算等多種手段，完成了黑潭坪邊坡穩(wěn)定性分析，得出了以下結(jié)論：

（1）黑潭坪滑坡為工程開挖坡腳引發(fā)的牽引式滑坡，在開挖影響下形成淺層堆積層滑坡，坡體處在持續(xù)變形階段，坡處于不穩(wěn)定狀態(tài)。

（2）由于坡體巖土工程性質(zhì)不良，橋梁工程開挖便道，切削坡腳，降低了坡體穩(wěn)定性，加之降雨入滲導(dǎo)致邊坡巖土體軟化和抗剪強度降低，導(dǎo)致坡體變形破壞。邊坡變形破壞具有從下往上擴展的趨勢。坡體前緣巖土體由于坡腳開挖首先形成小規(guī)模淺層滑移，繼而帶動中后部巖土體依次產(chǎn)生多級牽引式滑移變形。

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中圖分類號：TU457

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