河南省國(guó)道G344閆溝村段滑坡穩(wěn)定性分析

，，

(河南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第五地質(zhì)勘查院，河南 鄭州 450001)

1 滑坡基本特征

1.1 滑坡體現(xiàn)狀特征

2017年10月2日新增國(guó)道G344嵩縣閻溝村段，在持續(xù)降水條件影響下，公路發(fā)生滑坡，滑體長(zhǎng)約100 m，寬約125 m，推測(cè)厚度14～29 m，總體滑向125°，已變形滑距約1.2 m。

滑坡體自初次滑動(dòng)變形后，一直處于不穩(wěn)定狀態(tài)，滑坡體北段沿公路走向裂縫繼續(xù)下滑，水平位移與垂向位移均有較大變化。截止2017年10月底，滑坡體平面近橢圓形，長(zhǎng)軸長(zhǎng)約124 m，長(zhǎng)軸走向約37°，短軸長(zhǎng)約75 m，面積約7 354 m2，后緣裂縫垂向最大位移約3.25 m，水平最大位移約1.37 m，總體滑向125°，平均移動(dòng)速率可達(dá)2～3 cm/d。

1.2 滑動(dòng)面位置

結(jié)合工程地質(zhì)鉆探成果，初步判定滑坡體有兩層滑動(dòng)面。第一層滑動(dòng)面位于公路下方擋墻根部以下約18～19 m，為棕紅色泥巖，極為破碎，采集到的巖芯絕大部分呈碎塊狀，局部因長(zhǎng)時(shí)間水泡呈稀泥狀，與下方黑色硬質(zhì)泥巖接觸。同時(shí)該層滑動(dòng)面與滑坡前緣剪出口基本對(duì)應(yīng)，因此判定該層滑動(dòng)面存在，且全部貫通。

第二層滑動(dòng)面位于公路下方擋墻根部以下約25.8～26.8 m，巖體破碎，采取巖芯呈碎塊狀、泥狀，含有未風(fēng)化的小礫石，數(shù)量較多，長(zhǎng)度可達(dá)1 m，根據(jù)全孔地層對(duì)比，判定可能為滑帶充填物。因此，判定該層滑動(dòng)面存在，空間結(jié)構(gòu)上與上層滑動(dòng)面結(jié)構(gòu)基本近似。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)地貌及鉆探控制深度綜合認(rèn)為，該層滑動(dòng)面為最底層滑動(dòng)面。

2 閆溝村滑坡形成機(jī)理分析

閆溝村滑坡處于北西—南東向斷層帶上，滑坡體上部有新增G344國(guó)道高達(dá)10余米的填方路基荷載，因不均勻沉降產(chǎn)生路面裂縫，在暴雨時(shí)，雨水沿裂縫滲入路基，造成路基軟化，土體強(qiáng)度急劇下降，不足以維持上部土重及車輛動(dòng)荷載；滑坡下部巖層主要為泥巖、砂質(zhì)泥巖層，與單層厚度約2 m粉砂巖互層，底部巖層有兩層疑似滑動(dòng)面的破碎帶。上部疑似滑動(dòng)面與前緣剪出口基本對(duì)應(yīng)，已發(fā)生滑動(dòng)，滑面已明顯貫通。

閆溝村滑坡屬于中深層滑坡，為道路高填方路基加載后，沿?cái)鄬用婕跋虏繋r體層面和破碎帶連通面滑動(dòng)的推移式滑坡。閆溝村滑坡地下水補(bǔ)給較為充足，含水的粉砂巖層及巖體破碎帶軟化頂?shù)装寮靶纬杀∪踅Y(jié)構(gòu)面，使滑坡易沿薄弱結(jié)構(gòu)面滑動(dòng)。同時(shí)，滑坡區(qū)地下水的水位較高，基本與路基擋墻根相平，水的揚(yáng)壓力對(duì)滑坡的啟動(dòng)有一定程度推動(dòng)作用。

3 滑坡穩(wěn)定分析及評(píng)價(jià)

3.1 滑坡穩(wěn)定性極限平衡法分析

3.1.1 計(jì)算模型

目前土質(zhì)邊坡穩(wěn)定性分析方法主要是極限平衡法，根據(jù)滑動(dòng)面的不同分為以下幾類：圓弧滑動(dòng)面條分法包括簡(jiǎn)化畢肖普條分法、瑞典法；平面或折線形滑動(dòng)面包括傳遞系數(shù)法和摩根斯坦-普萊斯法，其中傳遞系數(shù)法分為顯式解法和隱式解法。

閆溝村滑坡為一系列沿軟弱夾層滑動(dòng)的滑坡體，滑面形態(tài)受軟弱層面微起伏的總體控制，后壁順裂隙面拉開；滑坡地質(zhì)結(jié)構(gòu)較復(fù)雜且規(guī)模較大，充分考慮穩(wěn)定性計(jì)算模型與滑坡特點(diǎn)的適應(yīng)性，本次計(jì)算模型采用適用于折線滑動(dòng)面的傳遞系數(shù)法模型，根據(jù)《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范》(GB50330-2013)附錄A.0.3中規(guī)定，計(jì)算方法采用傳遞系數(shù)法隱式解。如圖1，傳遞系數(shù)法隱式解計(jì)算簡(jiǎn)圖及公式如下：

圖1 傳遞系數(shù)法計(jì)算簡(jiǎn)圖

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-Qisinθi-Ui]tanφi

式中：Fs為滑坡穩(wěn)定性系數(shù)；ψi為傳遞系數(shù)。Pi為作用在第i計(jì)算條塊上的剩余推力；Gi為作用在第i計(jì)算條塊上的垂直力；Gbi為作用在第i計(jì)算條塊上的水平力；Ri為第計(jì)算條塊滑體抗滑力(kN/m)；Ti為第計(jì)算條塊滑體下滑力(kN/m)；ci為第計(jì)算條塊滑動(dòng)面上巖土體的粘結(jié)強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值(kPa)；φi為第計(jì)算條塊滑帶土的內(nèi)摩擦角標(biāo)準(zhǔn)值(°)；li為第計(jì)算條塊滑動(dòng)面長(zhǎng)度(m)；θi為第計(jì)算條塊底面傾角(°)；Qi為第計(jì)算條塊所受地震力(kN/m)。

3.1.2 計(jì)算工況及防治工程等級(jí)

依據(jù)《滑坡防治工程設(shè)計(jì)與施工技術(shù)規(guī)范》(DZ/T0219-2006)，確定其防治工程等級(jí)為Ⅰ級(jí)。主要荷載組合為暴雨工況和地震工況的組合。

為了研究滑坡體及變形體在各種情況下的穩(wěn)定性，分別計(jì)算以下3種工況下的穩(wěn)定性，分別為：(1)天然狀態(tài)(考慮車輛荷載)；(2)自重(考慮車輛荷載)+暴雨，指坡體由于暴雨處于完全飽水狀態(tài)下；(3)自重(考慮車輛荷載)+暴雨+地震，地震作用下坡體完全飽水的狀態(tài)(地震烈度為6度，在計(jì)算分析中水平地震系數(shù)取0.05)。

3.1.3 計(jì)算參數(shù)的選取

1)試驗(yàn)參數(shù)。重度(γ)參數(shù)：本次取試驗(yàn)時(shí)土體重度值和野外大重度試驗(yàn)值的平均值，其天然重度(γ)為19.19 KN/m3，飽和重度γsat為20.14 KN/m3；力學(xué)抗剪強(qiáng)度參數(shù)：以滑坡體計(jì)算剖面附近各鉆孔土試樣實(shí)測(cè)殘余剪試驗(yàn)值的平均值為基礎(chǔ)(剔除異常值)，結(jié)合滑坡體巖土特征等，在計(jì)算過程中對(duì)其參數(shù)進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。

2)反算參數(shù)。考慮到該滑坡目前變形較為強(qiáng)烈，采用該區(qū)主滑剖面進(jìn)行反算以確定滑面的抗剪強(qiáng)度參數(shù)是非常合適的，反算得到的參數(shù)最能代表滑坡沿滑動(dòng)面的綜合抗剪強(qiáng)度指標(biāo)，據(jù)調(diào)查，該區(qū)是在連續(xù)降雨后發(fā)生滑動(dòng)的，因此，反算時(shí)選取的工況是“自重+車輛荷載+暴雨”工況。

以滑坡主滑剖面Ⅱ-Ⅱ＇“自重+車輛荷載+暴雨”工況的穩(wěn)定性系數(shù)K=0.90為反算值，采用推力傳遞模型，以不同的C值反求φ值?；轮髌拭?，反算剖面共分16個(gè)條塊，各條塊幾何參數(shù)、反算結(jié)果見表1。

表1 滑坡Ⅱ-Ⅱ＇剖面抗剪強(qiáng)度參數(shù)反算結(jié)果表(K=1)

3)綜合參數(shù)。該滑坡是一個(gè)老滑坡，后期經(jīng)過多次蠕動(dòng)變形后發(fā)生明顯滑移，滑動(dòng)面抗剪強(qiáng)度應(yīng)趨向于殘余強(qiáng)度，故結(jié)合殘余剪切試驗(yàn)指標(biāo)，結(jié)合反算結(jié)果綜合確定，該滑坡體的穩(wěn)定性及剩余推力計(jì)算時(shí)滑動(dòng)帶的參數(shù)為C=15.1 kPa，φ=100。

3.2 滑坡穩(wěn)定性計(jì)算成果

根據(jù)綜合確定的滑坡計(jì)算參數(shù)，分別對(duì)滑坡體Ⅰ-Ⅰ＇剖面、Ⅱ-Ⅱ＇剖面、Ⅲ-Ⅲ＇進(jìn)行穩(wěn)定性系數(shù)計(jì)算，計(jì)算工況分為3種，共完成3條剖面各3種荷載組合的推力和穩(wěn)定性系數(shù)的計(jì)算，計(jì)算結(jié)果列于表2～表7。

表2 閻溝垴滑坡Ⅰ-Ⅰ＇剖面計(jì)算表

表3 Ⅰ-Ⅰ＇剖面穩(wěn)定性和推力計(jì)算成果

3.3 滑坡穩(wěn)定性綜合評(píng)價(jià)

通過計(jì)算結(jié)果可知，在天然工況下，只有Ⅱ-Ⅱ＇剖面是基本穩(wěn)定，Ⅰ-Ⅰ＇和Ⅲ-Ⅲ＇剖面均不穩(wěn)定，這與現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查滑坡的變形特征和變形速率基本吻合。暴雨工況下三條剖面均為不穩(wěn)定。通過勘探、訪問、計(jì)算綜合分析，可見目前天然狀態(tài)下滑坡基本處于不穩(wěn)定狀態(tài)，若遇暴雨或地震，該滑坡大概率會(huì)滑動(dòng)，因此需要及時(shí)采取防治工程。

目前滑坡坡體受到車輛荷載的作用，加大了其下滑力，若遇暴雨天氣，巖土體受到軟化，進(jìn)一步不利于滑坡的穩(wěn)定。根據(jù)計(jì)算結(jié)果，暴雨工況下安全系數(shù)為0.86～0.93，滑坡后緣公路下挫達(dá)3 m，且有繼續(xù)下挫的趨勢(shì)，雨水入滲后將直接滲入軟弱基巖面，產(chǎn)生揚(yáng)壓力及減小土體粘聚力，很可能造成滑坡，加之滑坡上覆路基土質(zhì)松散，被雨水浸泡后更易下滑，必須對(duì)其采取防治措施。

表4 閻溝垴滑坡Ⅱ-Ⅱ＇剖面計(jì)算表

表5 Ⅱ-Ⅱ＇剖面穩(wěn)定性和推力計(jì)算成果

4 結(jié)語

(1)本次采用傳遞系數(shù)法對(duì)已發(fā)生滑動(dòng)的滑坡進(jìn)行穩(wěn)定性分析，計(jì)算結(jié)果與實(shí)際情況基本一致，該滑坡在三種工況下均處于不穩(wěn)定狀態(tài)，必須及時(shí)對(duì)其進(jìn)行治理。

(2)傳遞系數(shù)法的安全系數(shù)隱式解可以通過編制程序來實(shí)現(xiàn)，同時(shí)該方法可以得出滑體剩余推力，有助于進(jìn)行抗滑樁等防治工程的計(jì)算。

表6 閻溝垴滑坡Ⅲ-Ⅲ’剖面計(jì)算表

表7 Ⅲ-Ⅲ’剖面穩(wěn)定性和推力計(jì)算成果