飽和黃土邊坡蠕滑變形分析

賈軍飛

（甘肅省水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司，甘肅 蘭州 730000）

1 引言

某高速公路樁號K257+700 互通立交橋西側(cè)一段為半挖半填的黃土路基，填方路基邊坡下部飽和黃土產(chǎn)生蠕動滑移，使該段填方邊坡發(fā)生變形開裂，并可能出現(xiàn)失穩(wěn)塌滑。蠕滑體東西長約75 m，南北寬32～75 m，厚4.20～11.80 m，規(guī)模約1.90萬m3。分析邊坡地質(zhì)特征、蠕滑體發(fā)展趨勢，對公路工程的危害程度，提出邊坡治理設(shè)計(jì)所需地質(zhì)參數(shù)。

2 地質(zhì)概況

2.1 場地地貌

工程區(qū)地處地貌單元為黃土高原黃土低中山丘梁峁溝壑區(qū)。黃土梁峁與咸河河床相對高差100～130 m。高速公路沿咸河左岸布置，切穿該段所在黃土梁前緣斜坡，邊坡位于咸河凹岸沖刷段上方黃土梁前端，屬于公路路基邊坡的一部分，呈圈椅狀的上陡下緩地形。

2.2 地層結(jié)構(gòu)

地層結(jié)構(gòu)由上至下為：①人工堆積層（Q4r）：為路堤填方，成分以淺黃、黃褐色粉土為主，土質(zhì)相對均勻，結(jié)構(gòu)松散～稍密，硬塑～可塑狀態(tài)；②河流沖洪積堆積層（Q4al-pl）：主要為咸河河床和漫灘沖洪積圓礫層；③晚更新統(tǒng)風(fēng)積層（Q3eol）馬蘭黃土：為組成蠕滑體的主要地層，土質(zhì)均一，結(jié)構(gòu)稍密，半堅(jiān)硬～軟塑狀態(tài)。具大孔隙，垂直節(jié)理發(fā)育，表層多見植物根系，偶含蝸牛殼。一般具有中強(qiáng)濕陷性和中高壓縮性。厚度10～25 m；④中更新統(tǒng)沖洪積層（Q2al-pl）亞粘土：該層呈不連續(xù)分布，棕褐色，厚度5～10 m，結(jié)構(gòu)致密，呈堅(jiān)硬～硬塑狀態(tài)；下伏古近系（E）棕紅色粘土巖、砂巖。

2.3 地震

邊坡位于隴西黃土高原地帶，地震活動較少，場地的地震動峰值加速度為0.20 g，基本烈度8度。

2.4 地下水

邊坡蠕滑體處于黃土梁中部地下水向咸河排泄的出口。

3 蠕滑變形分析

3.1 邊坡形態(tài)

蠕滑體整體上形態(tài)呈“簸箕”形，前緣寬度約為70 m，中部寬度約為32 m，順主滑方向長約75 m，最大厚度約為12 m。

3.2 邊坡地層特征

①灰黃色黃土③-1，半堅(jiān)硬—可塑狀，稍密～中密，厚度0～12 m，蠕滑體前緣最薄處為0.00 m，中部約1.00 m，后緣陡壁最厚處約12.00 m，表層夾有少量植物根系；②軟塑狀黃土③-2，淺黃色，厚度2.50～7.00 m，稍密～中密，鉆孔巖芯呈流塑狀，具一定的觸變性；③淺蘭色～青色、褐黃色等雜色的黃土③-3，厚0.30～1.50 m，濕，可塑狀，中密，粉粒含量較高；④淺黃色黃土③-4，可塑—硬塑狀，中密—密實(shí)；⑤棕紅色亞粘土層④，硬塑狀，結(jié)構(gòu)致密，鉆孔巖芯呈柱狀，為相對隔水層；⑥磚紅—棕紅色粘土巖、砂巖⑤。

③-1 黃土層透水性較強(qiáng)，土層含水量較小，③-3 雜色黃土和③-4 黃土結(jié)構(gòu)較密實(shí)，滲透性差，為相對隔水層，以致在中部③-2層出現(xiàn)了飽水土帶，在邊坡中形成軟弱夾層。

3.3 邊坡變形機(jī)理分析

邊坡是在蠕滑體上部填筑路堤后，使下滑力增加；連續(xù)降雨，使土體重度增大，并在下部形成飽水土夾層，局部土體呈流塑狀，土的抗剪強(qiáng)度大幅降低；地下水向河床的排泄，產(chǎn)生切向動水壓力。邊坡蠕滑體發(fā)生下滑，致使上部路堤邊坡及后緣失去支撐而產(chǎn)生變形破壞。蠕滑體中部發(fā)育有弧形的蠕滑拉張裂縫和地下水滲出點(diǎn)，后緣及兩側(cè)有張拉裂縫形成，裂縫寬度0.05～0.20 m，深度0.20～0.50 m；前緣形成滑坡鼓丘。造成邊坡失穩(wěn)的主要原因：①邊坡土體結(jié)構(gòu)是形成邊坡蠕滑的物質(zhì)基礎(chǔ)。形成地下飽水土帶，降低了土體原有的抗剪強(qiáng)度，構(gòu)成貫通性較好軟弱滑動帶。②邊坡位于咸河凹岸，洪水對岸坡的不斷沖蝕，形成臨空面，使坡體沿飽水土帶，在重力作用下向河床方向滑動，具備蠕滑體形成的地形條件，以及后部黃土梁地下水在此處匯集排泄，形成穩(wěn)定滲流地下水面。③地下水作用是蠕滑體產(chǎn)生的主導(dǎo)因素，后緣填筑路堤增加荷載是蠕滑體下滑、造成邊坡失穩(wěn)破壞的直接誘因。

4 邊坡設(shè)計(jì)參數(shù)分析

4.1 邊坡參數(shù)確定

采用傳遞系數(shù)法公式對主滑縱斷面進(jìn)行條分。計(jì)算中計(jì)入地下水對水位以下土體的浮托力和地下水向坡外流動的水壓力。

圖1 穩(wěn)定性計(jì)算簡圖

邊坡土體的天然重度按土工試驗(yàn)成果取19.60 kN/m3。

邊坡目前處于蠕動變形狀態(tài)，天然狀態(tài)下穩(wěn)定系數(shù)1.00-1.05，根據(jù)土工試驗(yàn)成果另結(jié)合經(jīng)驗(yàn)給定滑動面的抗剪強(qiáng)度c值為6 kPa，反算滑動面的φ值。1.00-1.05給不同的穩(wěn)定系數(shù)反算，根據(jù)反算結(jié)果及經(jīng)驗(yàn)，滑動面強(qiáng)度參數(shù)c=6 kPa，φ=16.00°。

建議邊坡各地層的力學(xué)指標(biāo)見表1。

表1 邊坡巖土參數(shù)建議值

4.2 剩余下滑力計(jì)算

邊坡安全等級為一級，按一般工況、地震工況、暴雨工況三種條件，邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)Fst 分別取1.35、1.15、1.10，計(jì)算邊坡下滑推力，8度區(qū)地震系數(shù)取0.05，計(jì)算結(jié)果見表2。

表2 不同工況剩余下滑力 單位：kN/m

可見，在給定的安全系數(shù)條件下，暴雨工況剩余下滑力最大，地震工況剩余下滑力最小。根據(jù)各截面剩余下滑力大小變化趨勢，中段土體對上段有一定支撐作用，下段起牽引作用，因此支擋結(jié)構(gòu)應(yīng)設(shè)置蠕滑體中下段，并保證地下水排泄暢通。

5 結(jié)語

①黃土的結(jié)構(gòu)決定了土體物理力學(xué)性質(zhì)，當(dāng)出現(xiàn)連續(xù)降雨，兩層土接觸面附近形成飽水土帶，使土的抗剪強(qiáng)度大幅降低，增加滑動失穩(wěn)的可能性。②根據(jù)蠕滑體穩(wěn)定狀態(tài)反演得出的力學(xué)參數(shù)，更能代表整個滑動面特性。地震力、連續(xù)降水及高速車輛動荷載作用，都是引發(fā)邊坡失穩(wěn)滑移的誘因。一般工況和地震工況按規(guī)范中規(guī)定的穩(wěn)定安全系數(shù)1.35、1.15計(jì)算出的各截面剩余下滑力基本相當(dāng)，暴雨工況的穩(wěn)定安全系數(shù)1.10，根據(jù)計(jì)算結(jié)果，暴雨工況剩余下滑力最大，說明暴雨引發(fā)滑坡的概率最大。