巴鶴公路K164+650～+750段土質(zhì)滑坡發(fā)育特征及穩(wěn)定性分析

曾慶波

(四川省交通勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司, 四川成都 610017)

湖北省道巴鶴線S425北起巴東縣，南接鶴峰縣的一條重要二級(jí)公路，是恩施州向北入境的重要通道之一。在公路里程K164+650～ +750段，路基右側(cè)下方邊坡產(chǎn)生蠕滑變形，產(chǎn)生明顯變形拉裂縫，若得不到及時(shí)治理，隨著時(shí)間的進(jìn)行，后緣拉裂縫不斷往坡體內(nèi)部發(fā)展，剪切面可能貫通形成滑移面，導(dǎo)致邊坡整體性滑移破壞，將嚴(yán)重危脅公路和行車安全。為防止滑坡地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生，需對(duì)該滑坡進(jìn)行深入細(xì)致的分析，查明其賦存的工程地質(zhì)環(huán)境條件，分析其可能的變形破壞模式，科學(xué)合理的對(duì)其進(jìn)行穩(wěn)定性評(píng)價(jià)，提出防治措施建議。

1 基本地質(zhì)條件

1.1 地形地貌

巴鶴公路K164+650～ +750段下邊坡為半路塹土質(zhì)邊坡，在平面上呈直線型。路基上出現(xiàn)環(huán)狀裂縫，公路距下部河面高差約50～60 m，公路與該段河谷走向340～350°近平行。該潛在滑體在地貌上呈圈椅狀收攏，滑坡后緣較為平緩，約15～25°，坡面較陡呈直線形，中部及前緣約35～40°，高程455 m以下坡度變緩約22°左右，底部高程455 m以下為棲霞組基巖露頭，露頭可見高約3～5 m。坡面上植被茂盛，發(fā)育喬木、灌木及草本植物(圖1、圖2)。

圖1 滑坡全貌照(鏡向南)

圖2 潛在滑坡全貌圖(鏡向西)

1.2 地層巖性及地質(zhì)構(gòu)造

該段地層巖性為二疊系下統(tǒng)棲霞組(P1q)深灰色厚層～巨厚層微晶生物屑灰?guī)r，局部含燧石團(tuán)塊。邊坡位于八字山背斜末端，受區(qū)域構(gòu)造影響不大。地震基本烈度為Ⅵ度。

巖體整體呈塊狀～次塊狀，局部節(jié)理裂隙較發(fā)育，呈層狀碎裂結(jié)構(gòu)，巖層產(chǎn)狀一般為245～251°∠31～40°，厚層與巨厚層互層，層面間距0.60～1.2 m，局部可厚達(dá)3 m，平直粗糙，大多閉合，局部可見輕微張開，無(wú)充填。

1.3 水文地質(zhì)

據(jù)鉆孔揭露，本段邊坡主要發(fā)育孔隙水，受季節(jié)性影響明顯，含水條件和滲透性較好，賦存于第四系崩坡積等松散堆積層中，以潛水為主，水位埋深變化較大，含水層約3～5 m。依據(jù)GB 50021-2001《巖土工程勘察規(guī)范》II類環(huán)境水判定：該區(qū)地下水對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)和鋼筋有微腐蝕。

2 滑坡基本特征

2.1 滑坡邊界、規(guī)模、形態(tài)特征

潛在滑坡整體坡形呈直線狀，其滑動(dòng)后緣位于公路，路面高程496～500 m，滑坡前緣(剪出口)高程455 m，最大高差約45 m，左右兩側(cè)邊界均以季節(jié)性小沖溝為界，邊坡體均寬約60 m，縱長(zhǎng)約70 m，平面上的面積約42 000 m2，厚度約5～15 m，平均厚約12 m，為中層滑坡，體積約50.4×104m3，滑坡規(guī)模為中型。坡體坡度17～35°，潛在的主滑方向345°(圖2)。

2.2 物質(zhì)組成特征

地調(diào)、鉆探揭露地層如下(圖3)：

圖3 滑坡巖土體層次示意(勘探Ⅱ—Ⅱ’剖面為例)

素填土(①)：主要成分是碎石，分布于路基上的填土區(qū)，深灰色碎石，結(jié)構(gòu)松散，母巖主要為微晶灰?guī)r、泥灰?guī)r，一般粒徑為10～30 cm，最大粒徑65 cm，級(jí)配較差，滲透性良好，土石比約1∶9。

耕植土(②)：主要分布于坡體表部較平緩的農(nóng)田耕植區(qū)，厚約1～2 m，土體呈褐灰色，較疏松，稍濕，主要成份為粉質(zhì)黏土夾碎礫石，粉粘粒含量較高，碎石為次棱角狀，粒徑一般為10～55 cm，土石比約7∶3～8∶2。

粉質(zhì)黏土夾碎塊石(③)：這類土層是滑體主要組成，厚約6.5～12 m，為褐灰色粉質(zhì)黏土，間夾塊礫石，其中黏性土含量較高，約占50 %；碎塊石大小不均，結(jié)構(gòu)凌亂，粒徑一般為12～35 cm，個(gè)別可達(dá)50 cm，約占20 %～40 %；角礫含量10 %～20 %，土石比約6∶4～7∶3。該類土層按密實(shí)度、可塑性還可分為兩段亞類：其上部為褐灰色粉質(zhì)黏土(③-1)，松散～稍密，多處于硬塑狀態(tài)，碎塊石含量較下部高，土石比約6∶4；而下部為深灰、灰黑色粉質(zhì)黏土(③-2)，中密結(jié)構(gòu)，呈硬塑—可塑狀態(tài)，土體含水率較上部高，且碎塊石含量相對(duì)較少。

此外，在坡體上還零星散亂分布有崩積的巨塊石，可見最大塊徑2.5 m×2 m×1.5 m。除漿砌塊石擋墻以上為素填土外，從垂直分布上看，滑體其物質(zhì)分布為：滑體淺表層主要為耕植土，其下為呈褐灰色粉質(zhì)黏土、深灰色粉質(zhì)黏土；而從平面縱向上看，覆蓋層厚度呈現(xiàn)后緣薄，中前部深的規(guī)律，覆蓋層最大厚度一般在15.0～16.5 m，平均厚約12 m；從平面橫向上看，覆蓋層表現(xiàn)為中間厚，兩側(cè)相對(duì)薄的特征。

2.3 滑床及滑帶土基本特征

據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查和鉆孔揭露，基巖為潛在滑坡的滑床。后緣公路上邊坡出露的基巖壁較陡，在高程455 m以下基巖再次出露，巖性均為棲霞組厚層～巨厚層的微晶灰?guī)r，除擋墻以上基巖埋深為2.6～4.8 m外，坡體中埋深一般在8.7～16.5 m。

滑體內(nèi)物質(zhì)成分較為單一，以粉質(zhì)黏土夾碎礫石為主，密實(shí)度從表到內(nèi)逐漸增大，整個(gè)滑體內(nèi)部無(wú)相對(duì)軟弱的層面，且基巖較完整堅(jiān)硬，滑體沿著基巖與覆蓋層接觸帶蠕滑，且形成厚約1～1.5 m的滑帶土。從鉆孔揭露的情況來(lái)看，滑帶土成份為黃灰色黏土，含少量角礫，稍濕，黏土礦物主要為高嶺土，呈可塑到軟塑狀。通過分析判斷，受地形條件、物質(zhì)結(jié)構(gòu)等因素的影響，其潛在的滑動(dòng)帶總體上上陡下緩，滑面呈折線狀。

2.4 滑坡變形破壞特征

滑坡的變形破壞現(xiàn)象主要集中于坡體后緣，滑坡中部與前緣由于植被茂盛且局部人工改造較大，變形破壞現(xiàn)象相對(duì)不明顯。在坡體后緣，路基發(fā)生沉陷，整體上靠近下邊坡方向沉陷量更大，路面上出現(xiàn)環(huán)狀微張拉裂隙，且每年裂隙不斷延伸擴(kuò)展。同時(shí)，擋墻下部相對(duì)較平緩的農(nóng)田中，土體拉張裂隙發(fā)育已累積下挫達(dá)1.2 m左右，以致?lián)鯄ε潘聪虏康呐潘郯l(fā)生嚴(yán)重破壞，墻體上發(fā)育鼓脹微裂隙，見圖4、圖5。

圖4 土體下挫形成的拉張裂縫

圖5 土體下挫排水槽破壞

3 滑坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)

3.1 穩(wěn)定性定性評(píng)價(jià)

由于滑坡后緣、中部均出現(xiàn)拉張裂縫，這類拉裂縫有利于地表水下滲，能使原有的滑動(dòng)面進(jìn)一步軟化，且滑體主要組成為粉質(zhì)黏土夾碎塊石，透水性較差，因此，在暴雨工況下，持續(xù)的降雨易使土體飽和排水不暢形成較高孔隙水壓力。況且潛在滑坡后緣存在不利荷載(汽車動(dòng)荷載)持續(xù)作用，會(huì)加劇土體蠕滑變形，甚至剪切面貫通成為滑移面，導(dǎo)致整體的滑移破壞。因此可宏觀判斷在自然工況下邊坡處于基本穩(wěn)定狀態(tài)，在暴雨工況下，邊坡處于欠穩(wěn)定狀態(tài)。

3.2 穩(wěn)定性定量評(píng)價(jià)

3.2.1 計(jì)算模型與工況

根據(jù)邊坡變形特征，選擇邊坡變形區(qū)內(nèi)的Ⅰ—Ⅰ′、Ⅱ—Ⅱ′、Ⅲ—Ⅲ′勘探剖面進(jìn)行邊坡整體穩(wěn)定性計(jì)算與評(píng)價(jià)，選擇的計(jì)算剖面均具有典型性和代表性。計(jì)算模型如圖6所示。

圖6 滑坡剖面計(jì)算模型

選擇以下工況進(jìn)行滑坡穩(wěn)定性計(jì)算：

工況一：天然工況+汽車荷載；

工況二：暴雨工況+汽車荷載。

3.2.2 計(jì)算方法與參數(shù)選擇

根據(jù)前述邊坡變形破壞模式分析，當(dāng)邊坡沿巖土界面滑動(dòng)時(shí)，其滑面結(jié)構(gòu)為折線型。根據(jù)規(guī)范要求選用簡(jiǎn)化Bishop法進(jìn)行穩(wěn)定性計(jì)算，剩余下滑推力選用傳遞系數(shù)法來(lái)進(jìn)行計(jì)算。計(jì)算程序選用理正5.6，并用Geo-slope7.0建模計(jì)算對(duì)其穩(wěn)定性做校核。計(jì)算中所選取的參數(shù)如下：

3.2.2.1 潛在滑體重度

邊坡體由粉質(zhì)黏土夾少量碎塊石，根據(jù)室內(nèi)試驗(yàn)資料，滑體的天然重度平均值為19.02 kN/m3；飽和重度平均值為21.07 kN/m3，現(xiàn)場(chǎng)重度實(shí)驗(yàn)的算術(shù)平均值17.26 kN/m3，根據(jù)滑體土室內(nèi)試驗(yàn)及現(xiàn)場(chǎng)重度試驗(yàn)測(cè)試結(jié)果，綜合確定滑坡穩(wěn)定性和滑坡推力計(jì)算中所采用的重度值為：滑體的天然重度γ=17.26 kN/m3；飽和重度γ=19.32 kN/m3。

3.2.2.2 潛在滑帶取樣試驗(yàn)結(jié)果

根據(jù)室內(nèi)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，天然直接快剪強(qiáng)度平均值：c=29.3 kPa，φ=13.6°；天然殘余快剪強(qiáng)度平均值：c=16.4 kPa，φ=10.0°；飽和直接快剪強(qiáng)度平均值：c=14.6 kPa，φ=10.9°；飽和殘余快剪強(qiáng)度平均值，c=11.40 kPa，φ=8.9°。

計(jì)算參數(shù)選擇根據(jù)實(shí)驗(yàn)值、類比值綜合確定，天然狀態(tài)下c=35 kPa，φ=15.0°；飽和狀態(tài)下c=30 kPa，φ=13.0。

3.2.3 計(jì)算結(jié)果與評(píng)價(jià)

依據(jù)所選的參數(shù)值及計(jì)算公式，對(duì)各剖面及工況下的穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果見表1。

表1 邊坡整體穩(wěn)定性計(jì)算成果匯總

通過兩種軟件計(jì)算的成果分析可知以下幾點(diǎn)：

(1)最不利滑面經(jīng)計(jì)算機(jī)自動(dòng)搜索后均為沿基覆界面以上1～1.5 m的軟弱滑面滑動(dòng)，與現(xiàn)場(chǎng)判斷較一致。

(2)計(jì)算結(jié)果表明Ⅱ-Ⅱ’剖面在兩種工況下均處于欠穩(wěn)定狀態(tài)，與野外調(diào)查潛在滑體中部的變形跡象更為顯著相吻合。

(3)各剖面在暴雨工況下，穩(wěn)定系數(shù)都有顯著下降，剩余下滑推力均有較大提升，因此，暴雨為土體變形破壞，甚至潛在滑面貫通滑動(dòng)的主要誘因。

(4)通過計(jì)算發(fā)現(xiàn)，滑帶土和滑體土的內(nèi)摩擦角為敏感因素，參數(shù)取值對(duì)穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果影響較大，本次計(jì)算所選參數(shù)以室內(nèi)試驗(yàn)成果和工程類比綜合取值，數(shù)據(jù)準(zhǔn)確可靠；

(5)根據(jù)計(jì)算成果，該邊坡整體穩(wěn)定性在兩種工況下均處于基本穩(wěn)定—欠穩(wěn)定狀態(tài)，邊坡有發(fā)生整體性失穩(wěn)的危險(xiǎn)，與定性判斷的結(jié)果吻合較好。

4 處治措施建議

由于該段路基變形破壞的主要誘因是由于下邊坡土體地表水入滲，軟化并降低土體強(qiáng)度，發(fā)生蠕滑變形所致，因此防治的主要原則是抗滑和截水。根據(jù)場(chǎng)區(qū)的地形、地質(zhì)條件分析，建議選用“抗滑樁(挖孔樁)+截水槽”方案。

(1)抗滑樁方案：采用挖孔樁方案，樁端穿過滑動(dòng)面進(jìn)入巖層不小于5.00 m(具體長(zhǎng)度根據(jù)設(shè)計(jì)計(jì)算確定)。

(2)排水方案：影響滑坡穩(wěn)定性的主要誘因?yàn)楸┯?，其?shí)質(zhì)是由于地表水入滲，降低了土體的穩(wěn)定性。修復(fù)擋墻下的排水槽，并對(duì)已有排水槽進(jìn)行清理，清除溝內(nèi)的塊石及泥土，保證溝內(nèi)排水通暢。并從滑坡后緣修截水槽沿滑坡兩側(cè)邊界小沖溝修建排水槽將其引出滑坡外。

(3)對(duì)于潛在滑坡范圍及周邊應(yīng)禁止切挖坡腳及爆破等人類工程活動(dòng)。

5 結(jié)束語(yǔ)

(1)通過查明邊坡的邊坡結(jié)構(gòu)、地層巖性、水文地質(zhì)、地質(zhì)構(gòu)造等工程地質(zhì)條件可以得知，引起該段路基變形的原因是由于右下土質(zhì)邊坡的蠕滑變形造成。

(2)通過定性分析和定量計(jì)算，在天然工況+汽車荷載或暴雨工況+汽車荷載條件下邊坡處于欠穩(wěn)定～基本穩(wěn)定狀態(tài)，邊坡整體具有整體失穩(wěn)的危險(xiǎn)。

(3)根據(jù)勘察結(jié)果，綜合該區(qū)工程地質(zhì)條件，提出了針對(duì)該滑坡病害的處理措施建議：“抗滑樁+截水槽”。