某近水平紅層滑坡穩(wěn)定性分析評(píng)價(jià)

彭海紅， 溫廣軍， 石 川

(安徽省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院有限公司;公路交通節(jié)能與環(huán)保技術(shù)及裝備交通運(yùn)輸行業(yè)研發(fā)中心,安徽 合肥 230088)

0 引 言

紅層主要為紅褐色、棕黃色、黃褐色的砂巖、泥質(zhì)粉砂巖、泥巖互層、不等厚互層狀的碎屑沉積巖,我國(guó)四川盆地分布廣泛[1]。紅層軟巖主要指泥巖、粉砂質(zhì)泥巖層具抗壓強(qiáng)度低、有透水性弱、遇水易軟化、失水崩解等工程特性,且對(duì)邊坡巖體穩(wěn)定性起控制作用[2]。紅層是著名的易滑地層,雨季經(jīng)常誘發(fā)大量滑坡災(zāi)害,所以對(duì)紅層滑坡進(jìn)行穩(wěn)定性分析評(píng)價(jià)對(duì)工程安全性評(píng)價(jià)具有重要意義。

1 工程概況

某高速互通C匝道CK0+060-180段邊坡滑坡(表1),設(shè)計(jì)開(kāi)挖路塹邊坡高度12m,一級(jí)坡坡率1∶0.75,二級(jí)坡坡率1∶1,坡面綠化防護(hù),坡頂為山前緩斜坡地,自然坡度10°左右,寬度20～35m,后部為60°左右陡坡。施工單位開(kāi)挖到設(shè)計(jì)高以上2m,發(fā)現(xiàn)右邊坡坡口線后30m出現(xiàn)一道拉裂縫,寬20～30cm,下挫高差1m左右,長(zhǎng)度約70m,同時(shí)一級(jí)坡坡腳出現(xiàn)鼓脹剪切裂縫,坡腳剪出口位于全強(qiáng)風(fēng)化層面處,同時(shí)坡面出現(xiàn)崩塌鼓脹破壞,開(kāi)挖坡口線外發(fā)展貫通性弧形裂縫,形成工程滑坡,平面形狀如圖1所示。該段邊坡開(kāi)挖邊坡長(zhǎng)120m,高12m左右,巖性為白堊系紅褐色全、強(qiáng)風(fēng)化泥巖、粉砂巖,巖層產(chǎn)狀近水平,一般5～8°,風(fēng)化破碎嚴(yán)重,泥巖風(fēng)化巖性軟弱,呈土狀,且遇水易崩解、軟化[3]。

表1 滑坡概況參數(shù)一覽表

圖1 滑坡形狀平面圖

2 滑坡成因分析

2.1 滑坡成因條件分析

該邊坡變形破壞主要有以下三方面的原因:

(1)地層巖性:本項(xiàng)目沿線主要分布紅層軟巖,巖性為侏羅系泥巖、砂巖,不等厚互層狀,軟硬相間,近水平層理,具有透水性弱,親水性強(qiáng),浸水后巖體強(qiáng)度軟化,失水后易崩解,巖塊飽和抗壓強(qiáng)度較低,巖體層面之間抗剪強(qiáng)度低等特點(diǎn);自地表往下一般分布1～2m的第四紀(jì)殘坡積粉質(zhì)黏土或粉土,往下基巖為全-中風(fēng)化紫紅色泥巖、砂巖互層,全風(fēng)化層厚度4～6m左右,強(qiáng)風(fēng)化層較厚(圖2)。據(jù)調(diào)查,巖層產(chǎn)狀290°∠5-8°,近水平,砂巖層中發(fā)育兩組節(jié)理,J1:250°∠85°,間距80cm,張開(kāi),切層發(fā)育,延展性好;J2:355°∠82°,間距120-150cm,張開(kāi),泥質(zhì)充填,切層發(fā)育,延展性好;兩組陡傾角節(jié)理發(fā)育,砂巖段可見(jiàn),泥巖段一般看不到,野外分析主要原因是泥巖軟弱,張性節(jié)理裂隙被風(fēng)化泥巖充填所致。根據(jù)持平投影分析,巖層產(chǎn)狀順傾,但傾角較緩,兩組陡傾節(jié)理切割,為滑坡后緣張裂隙形成提供條件。

圖2 滑坡地質(zhì)橫斷面圖

(2)人工開(kāi)挖:該段邊坡自然坡面平緩,自然邊坡整體穩(wěn)定,但路塹邊坡開(kāi)挖切穿巖土界面,坡腳失去支撐,在卸荷變形作用下坡體內(nèi)節(jié)理裂隙進(jìn)一步張開(kāi)拉大,特別是泥巖隱形裂隙進(jìn)一步張開(kāi),為降雨下滲提供了良好通道;

(3)降雨下滲:泥巖砂巖互層邊坡在穩(wěn)定狀態(tài)下盡管砂巖節(jié)理裂隙張開(kāi),但泥巖層透水性差,一般雨水下滲影響深度較淺,而坡腳開(kāi)挖卸荷后,降水下滲深度加大至全強(qiáng)風(fēng)化層面,風(fēng)化層面、巖層面、地下水面三面一致,形成最危險(xiǎn)的滑動(dòng)面,以及后緣裂隙水柱壓力作用下形成滑坡[4-6]。

2.2 破壞模式分析

根據(jù)近水平紅層公路建設(shè)中路塹邊坡開(kāi)挖病害的調(diào)查分析歸納出近水平紅層邊坡開(kāi)挖引起的主要變形破壞形式是堆積層滑坡、順層座滑型滑坡、邊坡拉裂變形、邊坡巖體傾倒破壞。近水平紅層邊坡變形破壞的過(guò)程一般經(jīng)歷開(kāi)挖卸荷變形、陡傾節(jié)理發(fā)展擴(kuò)大、暴雨下滲靜水壓力增加、變形破壞、趨于穩(wěn)定幾個(gè)階段。該互通C匝道滑坡地層巖性為紅層盆地北部近水平的侏羅系上統(tǒng)蓬萊鎮(zhèn)組巨厚層泥巖砂巖不等厚互層,發(fā)育2組張性節(jié)理,根據(jù)以上滑坡形成條件及變形發(fā)展過(guò)程分析,該工程滑坡是以泥巖基層軟弱面為底滑面,以陡傾節(jié)理為后邊界的推移式順層滑動(dòng),作用動(dòng)力為滑坡體自重和裂隙水水壓力。該互通C匝道滑坡可以定性為軟巖順層座滑型滑坡,后緣出現(xiàn)陡傾拉裂縫,滑面為泥巖與粉砂巖的軟硬巖土界面,滑坡后緣下座明顯,常形成較寬的拉裂縫。估計(jì)該滑坡體長(zhǎng)20m,寬100m,高25m,體積約25 000～30 000m3。其地質(zhì)結(jié)構(gòu)模型圖及變形破壞模式圖如圖3所示。

圖3 滑坡機(jī)制示意圖

3 滑坡穩(wěn)定性計(jì)算分析及處治建議

3.1 穩(wěn)定性計(jì)算分析

根據(jù)滑坡地質(zhì)模型及形成機(jī)制分析,本滑坡為巖質(zhì)平面型滑坡,且地下水助滑作用大,計(jì)算須考慮地下水作用。而川北紅層盆地砂巖泥巖互層為弱含水層,特別泥巖是阻水隔水層,整體含水性貧乏,砂巖段裂隙發(fā)育,為網(wǎng)狀裂隙含水體,并非均一的孔隙含水體。根據(jù)巖體結(jié)構(gòu)調(diào)查分析,該滑坡體張裂隙發(fā)育,暴雨時(shí)雨水入滲,坡體排水不暢,裂隙水位會(huì)短時(shí)間快速上升,在后緣裂隙水壓力下及泥巖層面地下水浮托力和滑體重力作用下,推動(dòng)滑體變形。穩(wěn)定性分析計(jì)算采用極限平衡分析法,計(jì)算簡(jiǎn)化圖如圖4所示，穩(wěn)定系數(shù)K計(jì)算參照《滑坡防治工程勘查規(guī)范》(DZ/T0218-2006)巖質(zhì)滑坡穩(wěn)定性計(jì)算方法,具體計(jì)算公式如下[7]:

圖4 滑坡計(jì)算簡(jiǎn)化圖

其中,后緣裂縫靜水壓力:

沿滑面揚(yáng)壓力:

滑帶土抗剪強(qiáng)度計(jì)算參數(shù)的確定主要結(jié)合土工試驗(yàn)、工程地質(zhì)類比及反算確定。選取穩(wěn)定區(qū)塊及滑體代表性剖面,滑坡體滑面總體呈平面型,滑面短,傾角緩緩,根據(jù)滑坡穩(wěn)定性參數(shù)敏感度分析,φ角取值影響大[8]。通過(guò)對(duì)滑坡調(diào)查及成因機(jī)制分析,滑坡體現(xiàn)處于蠕動(dòng)擠壓變形階段,判斷目前天然狀態(tài)下滑坡體實(shí)際的穩(wěn)定系數(shù)Fs應(yīng)在1.0～1.05,反算安全系數(shù)取1.02,考慮全風(fēng)化泥巖軟化后強(qiáng)度φ角較低,結(jié)合地區(qū)經(jīng)驗(yàn)及其他試驗(yàn)參數(shù),反算先確定φ,反算c值,同時(shí)對(duì)φ角取7°和6°試算,c值在3.5～8kPa,綜合考慮。

剩余下滑力計(jì)算,裂縫水位高按10m考慮(低于自然坡面2m),安全系數(shù)取1.25,計(jì)算剩余下滑力為456.5kN;若考慮地下水位與自然地面齊平(裂縫水位高按12m),計(jì)算剩余下滑力為711kN;考慮減載2m厚,裂縫水位高按8m考慮(低于減載后坡面2m),安全系數(shù)取1.25,計(jì)算剩余下滑力為240kN?；路€(wěn)定性計(jì)算及剩余推力結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 計(jì)算斷面CK0+120

3.2 滑坡處治建議

考慮地下水作用對(duì)本類小型滑坡體穩(wěn)定性影響極大,若不考慮地下水作用,則滑坡體處于穩(wěn)定狀態(tài),不會(huì)產(chǎn)生滑移失穩(wěn)災(zāi)害?？梢?jiàn)地下水水頭壓力作用很大[9],后緣適當(dāng)刷坡減災(zāi),一方面減小滑坡體重量,另一方面降低后緣地下水頭高度,對(duì)滑坡穩(wěn)定十分有利。此類滑坡治理的關(guān)鍵是做好截排水工作,以降低地下水位,可減小抗滑支擋力及工程措施,降低滑坡治理費(fèi)用。

根據(jù)滑坡剩余推力計(jì)算,為456kN/m,若刷坡減災(zāi)2～3m,同時(shí)做好截排水工作,使滑坡體內(nèi)地下水位低于減載后坡面2m,計(jì)算剩余推力只有240kN/m,可降低擋墻高度及截面尺寸,大大降低滑坡治理工程費(fèi)用,且施工快捷安全,經(jīng)綜合方案比選,本滑坡采用擋墻支擋+刷坡減載方案,同時(shí)在滑動(dòng)面處設(shè)一排深層仰斜排水孔,坡面封水綠化,并做好坡面截排水措施[10]。

4 結(jié) 論

(1)近水平紅層邊坡在自然條件下處于穩(wěn)定狀態(tài),若不考慮地下水作用,則滑坡體處于穩(wěn)定狀態(tài),不會(huì)產(chǎn)生滑移失穩(wěn)災(zāi)害,但在考慮后緣裂隙水壓力及底部地下水揚(yáng)壓作用,在特定環(huán)境地質(zhì)條件下,可產(chǎn)生推移式順層滑坡。

(2)該滑坡為工程開(kāi)挖誘發(fā)的風(fēng)化層順層滑坡,具該區(qū)紅層滑坡的典型特征,由于坡腳開(kāi)挖失去支撐、張裂隙拉開(kāi)、暴雨下滲排水不暢導(dǎo)致裂隙水壓力作用下快速滑動(dòng)。

(3)砂巖泥巖互層紅層滑坡一般都沿泥巖軟弱面、短時(shí)期地下水位面、風(fēng)化層面疊合部位滑動(dòng),降水下滲軟化層面,形成順層滑坡。

(4)地下水對(duì)本類小型滑坡體穩(wěn)定性影響極大,特別是后緣裂隙水壓力與水頭高度平方成正比,后緣適當(dāng)刷坡減災(zāi),一方面減小滑坡體重量,另一方面降低后緣地下水頭高度,對(duì)滑坡穩(wěn)定十分有利。此類滑坡治理的關(guān)鍵是做好截排水工作,以降低地下水位,可減小抗滑支擋力及工程措施,降低滑坡治理費(fèi)用。