高平市某道路滑坡成因機制及穩(wěn)定性分析

申 壯

(山西省勘察設(shè)計研究院，山西 太原 030013)

0 引言

高平市某道路于2015年下半年開始修建，按道路規(guī)劃方案，K0+260～K0+380段西側(cè)存在路塹高邊坡。2016年7月路塹邊坡施工完成，坡高19 m，坡率1∶1，放坡兩級。受7月28日～29日持續(xù)強降雨影響，該段發(fā)生滑坡；2016年8月建設(shè)單位采用削方卸載方案進行治理，重新放坡坡率1∶2.0；施工完成數(shù)日后，滑坡復(fù)活，但相比上次滑動范圍有所縮小，此次發(fā)生在南段邊坡?？辈炱陂g該段滑坡的變形位移持續(xù)增加，山坡處于不穩(wěn)定狀態(tài)，在其他誘發(fā)因素下仍會繼續(xù)下滑，為保證施工正常進行、道路安全運營，需對其進行治理。

1 滑坡區(qū)工程地質(zhì)條件

1.1 地形地貌

滑坡區(qū)西高東低，坡面向正東，坡頂及坡底地勢平緩，坡頂標(biāo)高846.9 m～853.8 m，坡底標(biāo)高835.0 m～836.2 m。該滑坡共分為兩級，第一級坡高約7.5 m，第二級坡高3.0 m～-8.5 m，每級坡坡率1∶1.8～1∶2.0。坡面無植被覆蓋，雨水沖刷痕跡明顯。巖土體易風(fēng)化，孔裂隙發(fā)育，屬塊狀或?qū)訝顦?gòu)造，堅硬—半堅硬及軟弱類型巖石體，接近均一的各向異型介質(zhì)體，巖石風(fēng)化強烈。

1.2 滑坡地層巖性

1)滑體。粉質(zhì)黏土，淺棕紅色，可塑～硬塑，具有膨脹性，含鐵錳質(zhì)結(jié)核，具有蒜瓣狀結(jié)構(gòu)，存在干縮裂隙，厚3.0 m～8.2 m，滑坡體主要物質(zhì)組成。2)滑面。位于粉質(zhì)黏土與下覆泥巖的接觸帶，滑面傾角約12°，滑面光滑有光澤，擦痕明顯，指向滑動方向。3)滑床。泥巖，杏黃色，強風(fēng)化，遇水易泥化，厚4.0 m～6.9 m。

1.3 水文地質(zhì)

根據(jù)勘察場區(qū)地下水含水介質(zhì)的巖性特征和賦存條件將區(qū)內(nèi)地下水分為第四系松散層孔隙水和二疊系碎屑巖夾碳酸巖層間裂隙水。本次勘察深度范圍內(nèi)發(fā)現(xiàn)有地下水賦存，在坡腳處，探槽TC1于1.0 m、探槽TC2于1.7 m、探槽TC3于1.7 m發(fā)現(xiàn)上層滯水，分布于第③層泥巖裂隙中，水量較小，呈細(xì)流狀緩慢流動。

2 成因機制

滑坡體形成機制包括滑坡的內(nèi)因和外因兩個方面，該滑坡內(nèi)因是巖土體性質(zhì)和地下水條件，外因主要是人類建筑活動及降雨。

2.1 內(nèi)因

巖土體是形成滑坡的物質(zhì)條件。該滑坡物質(zhì)組成主要為第四系沖洪積層(Q2l)粉質(zhì)黏土?；矠槎B系泥巖，該層表層全風(fēng)化，具有遇水易泥化、不透水性的特征，其抗剪強度遇水后迅速降低，是滑坡形成的物質(zhì)基礎(chǔ)。

該層粉質(zhì)黏土呈蒜瓣狀結(jié)構(gòu)，原生裂縫較發(fā)育，為地表水下滲提供了可能通道。巖體中結(jié)構(gòu)面發(fā)育，破壞了巖體的完整性，同時地表水下滲加劇泥巖的風(fēng)化作用，降低了巖體的強度，使得坡腳泥巖抗滑移能力削弱。

2.2 外因

1)人類活動因素。

該滑坡受人類工程活動影響較大，是滑坡產(chǎn)生的直接因素。道路修建過程中，向下開挖邊坡坡腳土體，使得邊坡高度增加，同時減弱了坡腳的反壓作用，坡體內(nèi)應(yīng)力重分布，對邊坡產(chǎn)生不利影響。

邊坡土體應(yīng)力重分配導(dǎo)致粉質(zhì)黏土中原生閉合裂縫張開，土體切割嚴(yán)重，為裂縫相互貫通提供了便利，并成為地表水下滲通道。

2)降雨因素。

大氣降雨的滲入致使滑坡土體軟化、自重加大、強度降低，是導(dǎo)致滑坡形成的又一個直接因素[1]。

綜合評價認(rèn)為，該滑坡形成的主要原因是人類工程建設(shè)活動和強降雨，巖土體物質(zhì)條件進一步促進了滑坡的形成。

3 滑坡穩(wěn)定性分析

3.1 滑坡穩(wěn)定性

從滑坡地形、地貌及工程巖土性質(zhì)分析，滑坡體上張拉裂縫相當(dāng)發(fā)育，后緣分布有3條～4條主要張開度較大的裂縫，裂縫在第一平臺及第一級坡體分布甚廣。當(dāng)前滑坡處于極限平衡狀態(tài)，但滑體裂縫貫通且張開度大，地表水易滲入到滑面附近，繼續(xù)軟化泥巖，仍然會下滑[2]。在勘察期間，一場小雨隔天后，發(fā)現(xiàn)滑舌有向前推進的痕跡。

3.2 滑坡穩(wěn)定性計算方法

對滑帶內(nèi)土樣進行了室內(nèi)土工試驗，試驗結(jié)果見表1。

表1 滑帶土室內(nèi)試驗成果表

為印證暴雨或連續(xù)降雨對滑坡影響，開展自然狀態(tài)和暴雨兩種工況進行對比計算。該滑坡滑面為折線型滑動面，主要沿土巖界面展布。按照GB 50330—2013建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范附錄A及條文說明第5.24條，對該滑坡采用傳遞系數(shù)法隱式解進行整體穩(wěn)定性定量評價和推力計算[3-5]，計算公式如下：

Pn=0；

Pi=Pi-1ψi-1+Ti-Ri/Fs;

ψi-1=cos(θi-1-θi)-sin(θi-1-θi)tanφi/Fs;

Ti=(Gi+Gbi)sinθi+Qicosθi;

Ri=cili[(Gi+Gbi)cosθi-Qicosθi-Ui]tanφi。

其中，Pn為第n條塊單位寬度剩余下滑力，kN/m；Pi為第i計算條塊與第i+1計算條塊單位寬度剩余下滑力，kN/m；當(dāng)Pi<0(i

3.3 滑坡抗剪強度參數(shù)反演

滑坡當(dāng)前處于蠕動狀態(tài)，滑帶土有地表水滲入，可認(rèn)為其處于飽和狀態(tài)，現(xiàn)通過反演的方法確定滑帶土當(dāng)前狀態(tài)的抗剪強度參數(shù)，選取代表剖面，以當(dāng)前邊坡穩(wěn)定系數(shù)略小于1.0進行反演分析，得出當(dāng)前狀態(tài)下c=8 kPa，φ=10°。

3.4 滑坡穩(wěn)定性計算結(jié)果

按照反演法得出的抗剪參數(shù)，選取滑坡1—1,2—2主滑剖面進行穩(wěn)定性計算，計算剖面圖如圖1,圖2所示。

計算結(jié)果如表2所示。

1—1剖面和2—2剖面在工況一和工況二條件下，穩(wěn)定系數(shù)Fs均小于1.00，根據(jù)JTG D30—2015公路路基設(shè)計規(guī)范，滑坡處于不穩(wěn)定狀態(tài)，與現(xiàn)狀滑坡處于持續(xù)變形的表現(xiàn)相符，故要對該滑坡進行支護治理[6]。

表2 滑坡穩(wěn)定性計算結(jié)果表

4 滑坡防護及治理方案

根據(jù)滑坡形成原因、周圍環(huán)境因素和滑坡的基本特征，可采取以下幾個方面的措施進行治理。

1)支擋構(gòu)件。

考慮到滑坡剩余下滑力約240 kN，且滑坡坡腳線距管溝邊線約2.0 m，為保證后續(xù)施工安全，建議考慮使用抗滑樁或樁板擋墻支護。

2)截排水措施。

水的作用是促進了滑坡的產(chǎn)生和發(fā)展，它的作用主要表現(xiàn)為：a.增加了坡體的自重，使下滑力加大；b.水的軟件作用，降低了滑帶土的抗剪強度；c.水壓力的存在減少了滑面有效應(yīng)力；d.地下水滲流產(chǎn)生的滲透力。所以，地表排水是治理工程重要的工程措施，具有技術(shù)簡單、經(jīng)濟投入少、見效快的優(yōu)點。

3)坡面防護。

基于以下幾點，應(yīng)進行坡面防護：a.該地區(qū)降雨豐富且雨量較大，坡面較緩，易于沖刷；b.滑坡體裂縫發(fā)育，且張開度較大，地表水易于滲入，應(yīng)修整坡面填埋裂縫；c.覆蓋粉質(zhì)黏土呈蒜瓣狀結(jié)構(gòu)，巖土體中干縮裂縫分布較廣，為防止地表水下滲影響坡體穩(wěn)定性，應(yīng)進行坡面防護。

4)土工格柵加筋土擋墻。

滑體巖土破碎，支擋難度加大，當(dāng)前坡度為1∶2.0，不宜繼續(xù)放坡，若周邊環(huán)境滿足條件，可以將滑體土填筑成土工格柵加筋土擋墻，具有費用低、施工快的優(yōu)點。

綜上所述，本次勘查為滑坡治理提供兩種可選方案，第一種方案是“樁板擋墻+坡面防護+截排水工程”；第二種方案是“坡腳修筑土工格柵加筋土擋墻+截排水工程”。設(shè)計單位可通過工程造價和工程需要比選，最終綜合確定最優(yōu)的治理方案。