含軟弱夾層邊坡穩(wěn)定性分析及防治

袁超 湯新能 楊龍 霍振升

K81+750段左側(cè)含軟弱夾層高質(zhì)邊坡，對含軟弱夾層邊坡作了深入的研究和探討，并進行了穩(wěn)定性評價、對防治方案前后進行了計算研究。對比不同計算方案結(jié)果，綜合考慮滑坡規(guī)模、安全風(fēng)險、施工條件、工程造價等，坡面均采用現(xiàn)澆混凝土拱形格+支撐滲溝防護，坡體采用抗滑樁進行支護，可以有效防治含軟弱夾層邊坡失穩(wěn)。

關(guān)鍵詞 山區(qū)高速;軟弱夾層;滑坡;穩(wěn)定性分析

中圖分類號 P642 文獻標(biāo)識碼 A 文章編號 2096-8949（2022）04-0105-03

0 引言

研究區(qū)高邊坡位于設(shè)計樁號K81+420～K81+750段左側(cè)，小里程端處為天橋，大里程端連接路基段。2020年2月前該段已完成開挖，路塹墻基本施作完成，由于非法開采該路段煤質(zhì)土，左右側(cè)邊坡發(fā)生大面積的坍塌破壞，并形成天然集水坑，浸泡路基使其松軟。1月20日左側(cè)邊坡發(fā)生坍塌破壞，K81+620左側(cè)路塹墻已被推翻，多處路塹墻出現(xiàn)錯臺現(xiàn)象，左側(cè)坡頂發(fā)生開裂下沉，最外側(cè)縱向開裂距邊坡頂約120 m，縱向裂縫連續(xù)長度約400 m。該段邊坡頂及左側(cè)房屋裂縫存在持續(xù)擴大的跡象，存在較大安全隱患。

為了滿足擬建線路設(shè)計要求，使工程順利進行，亟需查明影響線路的滑坡問題，采用工程地質(zhì)調(diào)繪、鉆探、原位測試及室內(nèi)巖土試驗等綜合勘察手段，對滑坡體進行了專項工程地質(zhì)勘察工作。

1 工程地質(zhì)條件

項目區(qū)屬低緯山地亞熱帶季風(fēng)氣候，年溫差小，日溫差大;降水充沛，分布不均，具有夏季多雨、降雨連續(xù)集中、強度大、突發(fā)性強等特點，是誘發(fā)本區(qū)地質(zhì)災(zāi)害的主控因素之一，對該邊坡工程建設(shè)影響較大。根據(jù)地質(zhì)調(diào)繪、鉆探及施工揭露，滑坡區(qū)覆蓋層主要由第四系殘坡積粉質(zhì)黏土、煤層及殘積粉質(zhì)黏土組成，下伏基巖為第三系上新統(tǒng)泥巖等。

滑坡區(qū)地貌單元屬構(gòu)造剝蝕山地地貌區(qū)，坡度18～40°，滑坡中部及上部較平緩，坡度約14～22°，坡腳較陡，滑坡下方即為設(shè)計道路，坡腳處線路走向約302°，兩者接近直交。

2 滑坡基本特征

2.1 滑坡變形特征

滑坡主體為自然邊坡，平面面積4.4×104 m2，主滑動方向約37°，滑體后緣厚度約8～16 m，中部約15～25 m，前部約10～18 m，平均埋深約17～22 m，滑坡體方量約8.1×105 m3。前后緣相對高差約21 m，坡體中部-后緣地形較緩，坡腳范圍地形較陡，局部坡度超過40°，平面呈平舌狀，剖面上呈近似折線型。

滑坡上方后緣位置處有開裂點，大部分地段見裂縫，在鉆孔周圍見大范圍塌方變形，局部變形十分嚴(yán)重。受暴雨及削坡的影響，邊坡產(chǎn)生了坍塌滑動變形，降雨導(dǎo)致巖土體抗剪強度顯著降低，邊坡出現(xiàn)了明顯的失穩(wěn)滑動跡象?；禄旧弦院缶壖皟蓚?cè)位置處開裂點和裂縫線為界，滑坡整體呈平舌狀展布，剪出口位置位于設(shè)計公路上方。

2.2 滑坡成因分析

滑坡是由外界環(huán)境改變導(dǎo)致巖土體性質(zhì)變化，致使坡體剪切破壞產(chǎn)生的。當(dāng)巖土體自身力學(xué)平衡被打破，邊坡就會產(chǎn)生變形破壞?；碌目刂埔蛩刂饕◣r土體自身性質(zhì)、外部降雨及人工擾動等，各種因素綜合影響著邊坡力學(xué)平衡[1-3]，具體致災(zāi)機理分析如下：

首先，從物質(zhì)構(gòu)成上看：滑坡地層主要由殘坡積粉質(zhì)黏土夾煤層構(gòu)成，滑動軟弱面基本上分布在黏土層及煤層中，土層受長期或者突發(fā)強降雨影響后，軟弱土黏結(jié)強度及抗剪強度下降，對邊坡的穩(wěn)定性產(chǎn)生不利的影響，上部覆土層重量不足以產(chǎn)生下滑，裂隙逐漸貫穿至一定深度后，加上坡腳削坡，上部滑體失去支撐而發(fā)生滑動破壞，繼而發(fā)生牽引式整體破壞，從而形成滑裂面。

其次，從坡體變形活動歷史上看，當(dāng)形成軟弱帶后，局部的微變形是持續(xù)進行的，土體的抗剪強度大為弱化。人工削坡過程中，坡腳開挖深度范圍內(nèi)的抗滑力逐步消失，變形明顯，表現(xiàn)為各類滑坡裂縫（拉張、剪切、鼓脹）持續(xù)發(fā)展，滑坡下移加劇。由此可見，人類工程活動及降雨的影響，是滑坡變形破壞的主要外在因素。

從滑坡區(qū)水文地質(zhì)條件分析，滑坡處于山坡中下部，有利于坡面地表水匯集，該區(qū)域表層的粉質(zhì)黏土滲透性較弱，局部中等。降雨是影響地下水動態(tài)變化的主要因素，地下水位頻繁的升降，改變了上覆土體的狀態(tài)和強度，降雨入滲作用使得邊坡土體抗剪強度急劇下降，進一步弱化了滑動面的抗剪性能，加劇了滑坡發(fā)生可能;另外降水還直接增加了滑坡體重量和降低滑動面抗滑力，局部含黏粒較高的部位易形成包水帶，亦增加了下滑力，同樣加速了滑坡的形成與發(fā)展。

現(xiàn)場調(diào)查表明，坡腳處見路塹墻傾覆，滑坡后緣位置處見有開裂點，大部分地段見裂縫，在鉆孔周圍見大范圍塌方變形，局部變形十分嚴(yán)重。受暴雨及削坡的影響，隨著坡腳開挖、卸荷力逐漸增大，導(dǎo)致坡腳抗滑力不斷減少，在上部巖土體下滑力持續(xù)作用下，坡體局部出現(xiàn)變形、蠕動，內(nèi)部較薄弱層逐步形成貫穿型裂縫，坡腳重載擾動、降雨等作用都加劇了滑坡的變形發(fā)展，直至失穩(wěn)破壞。

3 滑坡穩(wěn)定性分析

3.1 計算剖面的確定

結(jié)合現(xiàn)場踏勘和地質(zhì)資料，類比K81+420-K81+750滑動所分析滑面，滑坡穩(wěn)定性分析采用傳遞系數(shù)法分條塊計算滑坡各段剩余推力，根據(jù)鉆孔揭露地層情況繪出滑坡最危險滑動計算剖面。

試驗選用K81+520剖面、K81+620剖面和K81+680剖面作為計算剖面，根據(jù)實測地面線和潛在滑面線進行條塊劃分，為計算剩余下滑力提供數(shù)據(jù)。根據(jù)地勘鉆孔及地質(zhì)調(diào)查成果，對三個斷面現(xiàn)狀潛在滑面進行反演，以暴雨工況穩(wěn)定系數(shù)0.95～1.05為反演條件，參考當(dāng)?shù)亟?jīng)驗數(shù)據(jù)及接近滑坡體中滑動土所取試樣的試驗數(shù)據(jù)，確定滑帶土力學(xué)強度取值。天然重度取19.5 kN/m3、飽和重度取20.0 kN/m3;滑面抗剪強度指標(biāo)：正常工況粘聚力25.40 kPa、內(nèi)摩擦角5.76°;暴雨工況粘聚力23.50 kPa、內(nèi)摩擦角4.6°。上述巖土體重度為取樣試驗值，通過對比，計算所得的抗剪強度參數(shù)與取樣試驗值基本一致。

3.2 計算工況

正常工況：自重;非正常工況Ⅰ：自重+暴雨;非正常工況Ⅱ：自重+地震。根據(jù)相關(guān)設(shè)計規(guī)范對抗震穩(wěn)定性計算的有關(guān)規(guī)定，選擇的計算安全系數(shù)如下：正常工況安全系數(shù)取1.25，暴雨工況安全系數(shù)取1.15，地震工況安全系數(shù)取1.05。計算查閱規(guī)范，得出水平地震作用系數(shù)為0.06g。根據(jù)邊坡區(qū)的破壞邊界條件和可能失穩(wěn)方式，滑坡沿最危險滑動面滑動，按此破壞模式，根據(jù)公路路基設(shè)計規(guī)范中傳遞系數(shù)法公式計算[4-5]。

根據(jù)圖1、圖2、圖3計算結(jié)果，可以看出，在正常工況，滑坡處于基本穩(wěn)定狀態(tài)，在暴雨及地震工況，滑坡處于欠穩(wěn)定或不穩(wěn)定狀態(tài)，因此需要對該滑坡進行治理。

設(shè)計采用方形抗滑樁對滑坡進行治理。K81+420～K81+680左側(cè)滑坡后緣裂縫距離邊坡坡頂較遠(yuǎn)，在10 m平臺上設(shè)置雙排1.5*2.0 m方形抗滑樁、梅花形布設(shè)，樁后平臺寬2 m、樁間距5 m、樁長25 m，共103根;K81+680～K81+750左側(cè)滑坡后緣裂縫距離邊坡坡頂較近路段，在10 m寬平臺設(shè)置1.5*2.0 m方形抗滑樁、樁間距5 m、樁長25 m、共14根。由于滑坡導(dǎo)致K81+44處的車行天橋樁基變形，為了確保車行天橋右側(cè)樁基的穩(wěn)定，在K81+440天橋右側(cè)一級平臺中部布設(shè)1.5*2.0 m方形抗滑樁，樁間距5 m，樁長25 m，共5根。防護后穩(wěn)定性計算結(jié)果表明，在后緣裂縫距離邊坡坡頂較遠(yuǎn)路段最大剩余下滑力為1 523.65 kN/m，后緣裂縫距離邊坡坡頂較近路段最大剩余下滑力為829.73 kN/m，布設(shè)抗滑樁均滿足樁身配筋和樁頂位移工程要求。

4 結(jié)論

對于含軟弱層的邊坡應(yīng)采用“裂縫封閉，外圍截水、前緣排水及路基引水”的綜合處治原則，坡面已產(chǎn)生的地表裂縫采取封填夯實，防止坡面水直接由裂縫下滲;對挖方路段設(shè)置截水措施，路基左側(cè)開挖坡面及坡體設(shè)置深層排水孔;滑坡體內(nèi)存在上層滯水，應(yīng)加強坡腳部位的引、排水設(shè)置;利用滑坡周界范圍外邊溝，引流坡面水，使之不進入滑坡區(qū)。坡體防護設(shè)計采用抗滑樁進行強支擋，坡面防護時，邊坡采用放坡、平臺加寬，采用現(xiàn)澆混凝土拱形格+支撐滲溝防護。

參考文獻

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