贛南地區(qū)泥灰?guī)r路塹邊坡穩(wěn)定性分析

蔡建中，章 勇，周誠(chéng)華，黃小彬

(南昌市政公用投資控股有限責(zé)任公司 工程項(xiàng)目管理分公司，江西 南昌 330000)

1 工程地質(zhì)特征

研究坡段由三層巖土組成，最上層為棕紅色黏土，結(jié)構(gòu)松散，層厚為0.5～5.0 m不等，具有濕化性、裂隙性和膨脹性，遇水濕陷，產(chǎn)生裂隙，是表層滑動(dòng)的主要物質(zhì);第二層主要為白色～灰白色的黏土，由泥灰?guī)r風(fēng)化而成，呈鱗片狀，手感黏滑，結(jié)構(gòu)松散，具有膨脹性，埋深差距大，在3～10 m左右不等，是山體滑坡的主滑動(dòng)帶;第三層主要為泥灰?guī)r以及泥灰?guī)r和石灰?guī)r互層，呈灰白～灰黑色，層理較為發(fā)育，呈薄片狀及鱗片狀，泥灰?guī)r炭質(zhì)成分較高，可見(jiàn)云母碎片，手感滑膩，層理傾角很陡，地表水極易浸入，形成滑動(dòng)面，產(chǎn)生斷裂或滑坍。

2 邊坡土工程性質(zhì)試驗(yàn)研究

2.1 試驗(yàn)成果

1)物質(zhì)組成

該邊坡構(gòu)成滑動(dòng)物質(zhì)條件的土主要為泥灰?guī)r風(fēng)化而呈白色～灰白色的黏土，具有一定的膨脹性，但是從表面看不具備典型的膨脹土外表特征，其礦物組成成分利用X射線衍射儀進(jìn)行分析，其結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 X射線衍射結(jié)果 %

2)基本物理力學(xué)性質(zhì)

白色 ～灰白色的黏土基本物理性質(zhì)，液限76.5%，塑限 39.9%，塑性指數(shù) 36.6，天然含水量38%，天然重度17.2 kN/m3，孔隙比1.13。

3)白～灰白風(fēng)化泥灰?guī)r力學(xué)性質(zhì)(見(jiàn)表2)

表2 抗剪強(qiáng)度試驗(yàn)成果

2.2 試驗(yàn)分析

從試驗(yàn)的結(jié)果看，路塹邊坡土不屬于典型的膨脹土，是泥灰?guī)r的全風(fēng)化物，由于其含有一定量的蒙脫石或伊利石使之具有一定的膨脹性，同時(shí)也是抗剪強(qiáng)度較低的主要原因之一，另外，該處泥灰?guī)r全風(fēng)化物具有較高的液限與塑限指數(shù)，導(dǎo)致其強(qiáng)度變化受含水量變化的影響較大，加之顆粒均勻且細(xì)，呈流塑狀態(tài)，進(jìn)而導(dǎo)致邊坡在失去原有的平衡以后失穩(wěn)，出現(xiàn)大面積的坍滑。總之，礦物含量是其強(qiáng)度低、呈流塑狀的內(nèi)在原因。

3 邊坡穩(wěn)定性分析

由于該處路塹邊坡在施工的過(guò)程中出現(xiàn)了多次大規(guī)模的坍滑，造成了一定的經(jīng)濟(jì)損失，在施工過(guò)程中對(duì)其采取了刷方減載、設(shè)置排水滲溝以及其它的支擋防護(hù)措施，基本維持了邊坡的穩(wěn)定，但是，由于該處邊坡土質(zhì)特殊性，并且處理以后邊坡高度仍較高，出現(xiàn)坍滑的可能性依然存在，可能威脅道路的正常運(yùn)營(yíng)。極有必要對(duì)其防治后的邊坡進(jìn)行穩(wěn)定性評(píng)判，為以后類似工程的設(shè)計(jì)與施工提供一定的理論支持。

由于該處邊坡土質(zhì)抗剪強(qiáng)度極低，并且在施工過(guò)程中已經(jīng)滑動(dòng)過(guò)，故此在對(duì)其目前的應(yīng)力狀態(tài)以及潛在滑動(dòng)面的穩(wěn)定性進(jìn)行分析時(shí)均采用殘余強(qiáng)度指標(biāo)。

圖1 K411+080—K411+175區(qū)段典型斷面潛在滑動(dòng)面示意

1)分析資料

根據(jù)勘測(cè)資料繪制，邊坡典型的橫斷面見(jiàn)圖1。

2)分析方法

根據(jù)邊坡勘測(cè)資料，選擇巖層分界面以及邊坡后緣裂縫進(jìn)行組合確定潛在滑動(dòng)面，共認(rèn)為確定4條滑動(dòng)面(圖2)，同時(shí)用邊坡穩(wěn)定性分析軟件，采用遺傳算法自動(dòng)收縮圓弧滑動(dòng)面，共計(jì)5條滑動(dòng)面，并且對(duì)每條滑動(dòng)面均進(jìn)行了 Boship法、Janbu法等穩(wěn)定安全系數(shù)的檢算，同時(shí)對(duì)一定安全系數(shù)情況下的剩余下滑力進(jìn)行了計(jì)算(見(jiàn)表3)。由于邊坡開挖以后本段地下水位較低，故此沒(méi)有考慮地下水位高低對(duì)邊坡穩(wěn)性的影響，但是，鑒于邊坡在施工期間曾經(jīng)發(fā)生過(guò)滑動(dòng)，故在對(duì)滑動(dòng)面I進(jìn)行計(jì)算時(shí)強(qiáng)度指標(biāo)采用殘余強(qiáng)度指標(biāo)，同時(shí)針對(duì)邊坡土特殊的特性，對(duì)其強(qiáng)度指標(biāo)進(jìn)行了折減。

圖2 計(jì)算模式及其滑動(dòng)面位置

表3 邊坡穩(wěn)定性檢算結(jié)果

3)分析成果

根據(jù)建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范 GB 50330—2002:24～25條之規(guī)定，邊坡工程穩(wěn)定性驗(yàn)算時(shí)，其穩(wěn)定性系數(shù)應(yīng)滿足規(guī)定的穩(wěn)定安全系數(shù)的要求，否則應(yīng)對(duì)邊坡進(jìn)行處理。對(duì)地質(zhì)條件很復(fù)雜或破壞后果極嚴(yán)重的邊坡工程，其穩(wěn)定安全系數(shù)宜適當(dāng)提高。

根據(jù)以上分析成果，考慮各種可能潛在滑動(dòng)面的組合，在沒(méi)有考慮氣候等因素的影響下，邊坡的穩(wěn)定性滿足規(guī)范規(guī)定的安全系數(shù)的要求，表明邊坡不存在深層滑動(dòng)的可能，但山體頂部存在局部滑動(dòng)的可能，表明在施工過(guò)程中采取的防護(hù)措施比較合理，但是針對(duì)山體頂部的特殊膨脹土體應(yīng)采取更進(jìn)一步的防護(hù)措施。

4 邊坡應(yīng)力狀態(tài)及其位移變形有限元分析

現(xiàn)以K411+053—K411+455段右側(cè)路塹膨脹土滑坡為例，用 K411+100典型斷面為例，通過(guò)對(duì)未開挖原始地面，擬用1∶1.25的邊坡坡率開挖和采取的防護(hù)措施與刷方減載治理后等三種不同工況下數(shù)值模擬分析對(duì)比進(jìn)行說(shuō)明，簡(jiǎn)要介紹如下:

K411+053—K411+455段右側(cè)路塹膨脹土滑坡坡高約30 m，有4級(jí)臺(tái)階，第1級(jí)采用擋土墻，第2，3，4級(jí)邊坡采用的是護(hù)面墻，其施工工藝與 K507+700—K507+753滑坡相同，采用有限元模擬治理效果。

參數(shù)及計(jì)算模型見(jiàn)表4、圖3～圖8。

表4 計(jì)算參數(shù)表

圖3 開挖前有限元計(jì)算網(wǎng)格

圖4 開挖前有限元分析總位移云圖(單位:m)

圖5 擬開挖后有限元分析位移云圖(單位:m)

圖6 整治后有限元分析位移云圖(單位:m)

綜合上述幾種情況的對(duì)比分析可知，擬用設(shè)計(jì)1∶1.25坡率開挖形成路基面，并且在沒(méi)有考慮地下水影響的情況下，其局部最大位移可以達(dá)到20 cm，加之此地段膨脹土特性，施工工程中出現(xiàn)局部乃至大規(guī)?；皇菦](méi)有道理的，而經(jīng)過(guò)刷方減載以及其它有力的防護(hù)與防治地下水的措施治理后的邊坡穩(wěn)定性較好，線路側(cè)自由坡面上有限元分析節(jié)點(diǎn)位移僅1 mm，不會(huì)出現(xiàn)邊坡失穩(wěn)的現(xiàn)象，甚至比天然狀態(tài)下的最大節(jié)點(diǎn)位移都小，同時(shí)運(yùn)營(yíng)期間邊坡沒(méi)有出現(xiàn)進(jìn)一步滑動(dòng)的趨勢(shì)，也就進(jìn)一步說(shuō)明對(duì)膨脹土邊坡整治措施比較合理，也說(shuō)明數(shù)值模擬不失為一種邊坡穩(wěn)定性分析校核的好方法。

圖7 開挖后自由坡面節(jié)點(diǎn)位移曲線

圖8 整治后自由坡面節(jié)點(diǎn)位移曲線

5 結(jié)論

該邊坡失穩(wěn)的主要原因?yàn)槿L(fēng)化泥灰?guī)r特殊的物理力學(xué)特性所致，根據(jù)極限平衡法和有限元分析結(jié)果，采取不變坡率形式開挖施工過(guò)程中會(huì)失穩(wěn)，采取多級(jí)邊坡加支撐滲溝的形式是合適的。

［1］劉翠容，孔德惠.人工渠道水位下降速率對(duì)路堤邊坡穩(wěn)定的影響［J］.鐵道建筑，2011(7):102-103.

［2］盧達(dá).基于赤平投影法的巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性分析［J］.鐵道建筑，2010(11):69-71.

［3］劉育田，劉俊新.降雨入滲對(duì)路堤邊坡穩(wěn)定性研究［J］.鐵道建筑，2009(8):88-92.

［4］馮思?xì)w，梁明學(xué).金溫鐵路K202工點(diǎn)邊坡穩(wěn)定性分析［J］.鐵道建筑，2009(4):93-95.

［5］江凌，鄒軍賢，劉小文.隧洞進(jìn)口邊坡穩(wěn)定性分析［J］.鐵道建筑，2008(10):35-37.