關(guān)于公路傾倒巖層滑坡的分析和計(jì)算

王文輝

(中交第二公路工程局有限公司，陜西 西安 710075)

1 項(xiàng)目概述

本工程實(shí)例位于貴州省沿河縣土地坳鎮(zhèn)五一村，既有高速公路以挖方路基形式從斜坡中下部通過，對(duì)應(yīng)公路測(cè)設(shè)里程為K53+830～K53+958。由于該段主要地層為砂質(zhì)頁巖及泥質(zhì)砂巖，巖質(zhì)軟，巖體破碎，加之2020年4月初持續(xù)降雨影響，2020年4月19日上午該段右側(cè)山體產(chǎn)生滑動(dòng)變形，坡體前緣局部護(hù)面墻垮塌，后緣出現(xiàn)明顯張拉裂縫，嚴(yán)重威脅該段高速公路的運(yùn)營安全。

2 滑坡地貌形態(tài)及邊界特征

該滑坡形態(tài)特征明顯，周界清晰，明顯為一山脊，主滑方向110°，與線路方向基本垂直。原設(shè)計(jì)一級(jí)為窗孔式護(hù)面墻，坡率1∶0.75，坡高8 m，二～三級(jí)錨桿框架，二級(jí)坡率1∶0.75，三級(jí)坡率1∶1.0，坡高8 m，四級(jí)人字形骨架，坡率1∶1.0，坡高8 m，五級(jí)一直到邊坡陡緩交界處，設(shè)置三維網(wǎng)植草。

目前滑坡后緣位于第五級(jí)邊坡后部陡緩交界處，可見錯(cuò)坎，后緣及兩側(cè)裂縫目前發(fā)生貫通，前部剪出口位于第一級(jí)邊坡中上部3～4 m左右，滑坡左右以沖溝為界，坡體上植被發(fā)育。

滑坡所在坡體在區(qū)域早期構(gòu)造應(yīng)力及長(zhǎng)期重力作用下，坡體上部巖體呈“傾倒”狀，傾倒巖體的表現(xiàn)特征為節(jié)理、裂隙極發(fā)育(多呈張開性裂隙，上層裂隙見粉質(zhì)粘土及巖屑填充)，巖體破碎，風(fēng)化作用強(qiáng)烈，巖質(zhì)較軟(手掰易斷)，工程性質(zhì)較差。該滑坡滑體主要為坡體上部?jī)A倒變形造成的破碎巖體，物質(zhì)成分為砂質(zhì)頁巖、砂巖。

滑面的判斷主要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的深孔位移監(jiān)測(cè)資料，以及鉆孔中巖層傾角陡緩程度、巖芯的破碎程度、風(fēng)化程度，并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)定點(diǎn)測(cè)量的滑坡側(cè)界裂縫高程及滑坡前緣剪出口位置綜合判斷。根據(jù)勘察報(bào)告，滑面基本位于傾倒變形巖體與下部正常巖體的彎折面附近。

3 滑坡形成機(jī)制分析

地層原因：根據(jù)工程地質(zhì)調(diào)繪及鉆探揭示可知，滑坡區(qū)存在大量的砂質(zhì)頁巖，巖質(zhì)軟弱，地層呈陡傾狀產(chǎn)出，且風(fēng)化強(qiáng)烈，根據(jù)工程地質(zhì)類比，此類地層易產(chǎn)生傾倒變形，工程性質(zhì)較差。

區(qū)域構(gòu)造影響：受區(qū)域早期構(gòu)造應(yīng)力及重力影響，坡體表層巖體節(jié)理裂隙極發(fā)育，風(fēng)化強(qiáng)烈，極為破碎，巖體多呈碎、塊狀，地層工程性質(zhì)較差。

雨水原因：由于該段坡體上部巖體較為破碎，節(jié)理裂隙發(fā)育，且多為張開性裂隙，坡面雨水極易沿此類裂隙入滲進(jìn)入坡體內(nèi)部，進(jìn)而降低坡體的工程性質(zhì)，加劇坡體巖層的風(fēng)化作用，降低坡體的穩(wěn)定性。

根據(jù)以上原因分析，該處坡體上部為受傾倒變形影響的破碎巖體，在區(qū)內(nèi)連續(xù)強(qiáng)降雨誘發(fā)因素的作用下，坡體前部?jī)A倒變形基巖沿彎折面產(chǎn)生滑動(dòng)變形，進(jìn)而危及下部高速公路的安全，若不及時(shí)治理，可能牽引上部邊坡的發(fā)生滑動(dòng)，造成危害性更強(qiáng)、規(guī)模更大的滑坡災(zāi)害，治理費(fèi)用更高。

4 滑坡破壞模式分析

綜合該滑坡變形特征，結(jié)合變形體發(fā)展過程和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查資料，該斜坡變形主要表現(xiàn)為地表裂縫增多，伴有局部崩塌，最終滑動(dòng)面產(chǎn)生坍塌。因此，按照受力狀態(tài)，滑坡屬于牽引式滑坡。

5 滑坡穩(wěn)定性分析

由于該處滑體主要為受傾倒變形影響破碎的巖塊，其滑面沿傾倒變形彎折面展開，本次穩(wěn)定性參數(shù)選取主要采用反算法選取，穩(wěn)定性計(jì)算公式中需要確定的指標(biāo)有：滑體的容重、滑動(dòng)面(帶)土的粘聚力和內(nèi)摩擦角。根據(jù)滑體巖塊容重，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)巖體的裂隙率，并類比類似滑坡的容重取值情況，本次計(jì)算滑體容重取值為：天然容重γ=21.0 KN/m3，飽和容重γsat=22.0 KN/m3；根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，滑坡滑動(dòng)區(qū)在暴雨工況下滑動(dòng)變形明顯，后緣裂縫基本貫通，因此取其在暴雨工況下處于不穩(wěn)定狀態(tài)，正常工況下處于極限平衡狀態(tài)。綜合現(xiàn)場(chǎng)滑坡穩(wěn)定性情況，并考慮到滑面處粘粒含量較少的特點(diǎn)(粘聚力≤5 KPa)，通過穩(wěn)定性反算抗剪強(qiáng)度參數(shù)。經(jīng)計(jì)算天然狀態(tài)下粘聚力c=4.5 KPa，內(nèi)摩擦角φ=23°；飽和狀態(tài)下粘聚力c=4.0 KPa，內(nèi)摩擦角φ=22.7°。

根據(jù)坡體形態(tài)結(jié)構(gòu)特征、地層特征綜合進(jìn)行分析可知，該滑坡的潛在滑動(dòng)面主要為風(fēng)化界面和強(qiáng)風(fēng)化巖體內(nèi)部的軟弱面。而根據(jù)地形和變形特征析可知，滑坡整體可能沿前緣第一級(jí)護(hù)坡中間處的剪出口剪出。

根據(jù)上述情況以及滑坡變形特征，建立計(jì)算模型如圖1所示。

圖1 滑動(dòng)面計(jì)算模型圖

按傳遞系數(shù)法的計(jì)算如下：

(1)穩(wěn)定性系數(shù)計(jì)算公式

式中：Wi-第i條塊的重量(KN/m)；i-第i條塊滑面傾角(°)；φi-第i條塊內(nèi)摩擦角(°)；Ci-第i條塊內(nèi)聚力(KPa)；Li-第i條塊滑面長(zhǎng)度(m)；j-第i-1塊的剩余下滑力傳遞至第i塊的傳遞系數(shù)(j=i)，即j=cos(i-1-i)-sin(i-1-i)tani；Rn=Wncosntanφi+CnLn;Tn=Wnsinn。

(2)剩余推力計(jì)算公式

Ei=KsWisinαi+iEi-1-Wicosαitanφi-CiLi

式中：Ks-抗滑安全系數(shù)，取1.15、1.05和1.02分別計(jì)算。

其余符號(hào)意義同穩(wěn)定系數(shù)計(jì)算公式。

(3)計(jì)算剖面的確定

根據(jù)勘查工作的布置及該滑坡的實(shí)際情況，以風(fēng)化界面為主要的潛在滑動(dòng)面。

(4)荷載組合及工況的確定

①基本荷載

作用在坡體上的基本荷載有：坡體自重，降雨入滲形成的地下水靜壓力。

滑體自重：天然狀態(tài)下用天然重度計(jì)算，暴雨?duì)顟B(tài)下用飽和重度計(jì)算。

②計(jì)算工況的確定

根據(jù)《滑坡防治工程設(shè)計(jì)與施工技術(shù)規(guī)范》(DZ/T0219-2006)，計(jì)算工況分兩種：a天然狀況：自重；b暴雨?duì)顩r：自重+暴雨。

按照《巖土工程勘察規(guī)范》GB 50021-2001(2009年版)第5.7條、第5.8條的規(guī)定和《公路工程抗震規(guī)范》JTG B02-2013第1.0.5條的規(guī)定，該項(xiàng)目地震峰值加速度小于0.1，因此不必進(jìn)行地震工況設(shè)計(jì)。

(5)防治工程等級(jí)與抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)的確定

根據(jù)滑坡危害對(duì)象、受災(zāi)人數(shù)、經(jīng)濟(jì)損失及施工難度按《滑坡防治工程設(shè)計(jì)與施工技術(shù)規(guī)范》(DZ/T0219-2006)規(guī)定，防治工程等級(jí)為二級(jí)，抗滑動(dòng)安全系數(shù)為1.30(天然)、1.20(暴雨)。

根據(jù)上述工況、參數(shù)及計(jì)算模型，采用傳遞系數(shù)法對(duì)滑坡穩(wěn)定性進(jìn)行定量計(jì)算，穩(wěn)定性計(jì)算成果見表1。

表1 穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果

從表1中可以看出，該滑坡目前整體在天然狀態(tài)下處于欠穩(wěn)定狀態(tài)，在暴雨?duì)顟B(tài)下處于不穩(wěn)定狀態(tài)。

6 治理工程建議

(1)由于滑坡后緣以上為傾倒巖體，為了不產(chǎn)生更大規(guī)模次生災(zāi)害，建議采取強(qiáng)支擋措施對(duì)該滑坡進(jìn)行治理，以保證該段高速公路的運(yùn)營安全。

(2)建議對(duì)滑坡區(qū)裂縫采用粘土進(jìn)行夯填，并加強(qiáng)滑坡區(qū)地表截排水措施。

(3)在施工中必須采取必要的安全保障措施，確保施工安全。