某高速公路路段滑坡機理分析

程煥達　張國發

(貴州省交通規劃勘察設計研究院股份有限公司　貴陽　550081)

某高速公路路段滑坡機理分析

程煥達張國發

(貴州省交通規劃勘察設計研究院股份有限公司貴陽550081)

摘要山區高速公路高邊坡的穩定性嚴重影響施工及營運后的安全，地質概況與巖土力學特征不同，高邊坡的變形破壞機理也不同。文中根據某高邊坡滑坡特性，分析了高邊坡的地質特征、結構特征和破壞機理，根據破壞模式進行了穩定計算分析，為安全經濟處治該段滑坡提出了有效的處治措施。

關鍵詞滑坡破壞特征穩定分析高速公路

1滑坡概況

本文研究路段K105+445～K105+759位于貴州省中部，地處苗嶺山脈北坡，地形起伏較大，高程1750～2 000m，相對高差達200～250m，原始斜坡坡度為25°～30°。坡體地表植被較發育，以灌叢林為主，局部上邊坡發育松、杉等高大喬木。

該段邊坡原始坡體為一突出山脊，山脊近南北走向，呈上陡(坡度20°～25°)-中緩(坡度13°～15°)-下陡(坡度20°～25°)的“椅狀”地形。由于高速公路主線垂直穿越山脊，路基開挖形成高陡路塹邊坡。該邊坡沿公路縱向寬度約240m，高速公路垂直于原始山脊開挖，右側邊坡呈平行于公路主線的等邊三角形，底寬240m，高56m。坡頂后緣為緩坡臺地，橫長70～80m，坡度13°～15°，可見3～4級陡坎，坎高1～3m，土地性質為農用耕地。邊坡兩側為2條天然沖溝，溝源高程1 915m左右，溝道坡降450‰～700‰，切割深度7～8m，邊坡西側靠近沖溝位置發育一變形體，該變形體后緣高程 1 900m，順坡長度70～80cm，縱向寬度90～100m，變形深度為10～15m，變形總量約8.5×103m。邊坡東側發育一淺表層滑坡，該滑坡呈傘蓋形，順坡長度80 m，底寬120 m，滑體表面松散，起伏較小，坡度約29°，滑體厚度3～4 m，總方量約2.2×104m3。斜坡上部為8～9 m厚殘坡積含碎石黏性土，為黃褐色，硬塑～可塑狀，下伏為強風化玄武巖，強風化帶厚度節理裂隙發育，巖體呈碎塊狀，塊徑5～20 cm，棱角狀，裂隙面銹染嚴重，局部夾泥化薄膜。因玄武巖內部發育一組傾坡外似層狀節理面，邊坡為似層狀傾外坡體結構。 根據邊坡開挖后出露節理裂隙特征統計，主要發育3組裂隙，其中第一組裂隙中～緩傾坡外，成為邊坡變形控制結構面，見表1。從開挖邊坡面可見多條發育于強風化玄武巖內的層間(內)錯動帶，厚度10～15cm，主要以灰黃色全風化玄武巖為主。其中一條較明顯層內錯動帶沿坡面呈近水平出露(高程1 877m)，產狀220°∠13°，底部為厚度2～3cm的軟塑狀粘性土，含水量較大，手搓呈長條狀。沿該錯動帶，坡面局部有地下水滲出，但滲水量較小。坡底開挖后出露層間錯動帶(高程1 846m)，產狀165°∠30°～33°，結構面粗糙，無填充，張開10～15cm。

表1　邊坡節理裂隙統計表

2滑坡結構特征

2.1滑體特征

滑坡滑體物質主要是黃褐色、紫紅色、灰白色碎石土，碎石為強風化斑狀玄武巖、凝灰質玄武巖，碎石含量40%～60%，粒徑3～10cm，土體厚度3～4m，十分松散，干燥～稍濕。

2.2滑動帶特征

滑帶土為灰白色夾紫紅色粘性土，軟塑～可塑狀，手搓有滑膩感，厚度10cm左右，前緣剪出口測得滑面產狀為158°～165°∠30°，該產狀與順坡向結構面產狀一致。滑面平整，剪出口高程1 856m。

2.3滑床特征

滑床巖體為全～強風化黃褐色，紫紅色凝灰質玄武巖，似層狀構造，層厚1～2m，似層面產狀155°～175°∠30°～40°。

3變形破壞特征

該段邊坡主要有2處變形破壞體，分別位于邊坡東、西兩側，東側為全強風化玄武巖順層滑坡，西側為表部殘坡積土變形體[1]。

(1) 變形體。變形體后緣發育多條張拉裂縫，裂縫多沿等高線自西向東延伸，至K105+600位置則轉向坡面，與坡面斜交，分部高程1 887～1 898m。最遠一條裂縫距路中線94m，距坡口約35m。裂縫30～45m，張開約10～20cm，下錯10cm，可見深20～30cm。 裂縫與坡頂截水溝相交處，將截水溝錯段，外錯量5～8cm，下沉10～15cm。

(2) 滑坡。滑坡后緣邊界位于原開挖邊坡破口附近截水溝處，滑壁高8～10m，傾角50°～55°。滑壁后續坡體未見明顯變形跡象。受滑坡影響，最頂級坡面拱形護坡骨架被損壞，隨滑坡一起坍落，滑坡西邊界外側的部分拱形護坡骨架仍可見受牽引影響而形成的順坡向張拉裂紋。滑坡前緣剪出口高出路面3～4m，部分滑體堆積至坡腳。

4破壞機理分析

根據病害邊坡形態特征、巖土體結構特征以及變形破壞特征綜合分析，邊坡病害形成與本身坡體結構特點以及人類工程活動有密切關系。

4.1邊坡巖土體結構特點是病害形成的內在因素

(1) 坡體存在較厚的殘坡積土，物理力學性質較差。根據邊坡開挖后鉆孔揭示，邊坡上部普遍發育厚達5～17m的殘坡積土。該層為粘土夾碎石，結構松散，物理力學性質較差，地界面(基覆界面)中傾坡外，傾角20°～30°，在邊坡開挖臨空和降雨的不利條件下，坡體容易沿該分界面產生蠕滑—拉裂和滑移—拉裂變形，該邊坡西段的變形體主要受此因素控制。

(2) 坡體基巖內存在傾坡外的不利結構面。受區域構造影響，勘察區玄武巖普遍發育有傾外的層間和層內錯動面，形成順向坡體結構。部分結構面(如凝灰質層間錯動帶)力學強度較低，在邊坡開挖結構面臨空及地下水的孔隙水壓力和軟化作用下，坡體容易沿順坡結構面產生滑移—拉裂變形破壞，該邊坡東段的滑坡與此原因密切相關。

4.2邊坡開挖和降雨是病害形成的誘發因素

由于路基開挖，形成高陡邊坡，導致坡體臨空和順坡結構面的出露，使坡體的自重應力場和穩定條件發生了明顯的改變，從而引發坡體的變形破壞，而降雨引起的坡體地下水狀態的改變，又進一步降低了坡體的穩定性，加劇了坡體的變形破壞。

綜上所述，該段邊坡病害主要與其獨特的坡體結構，人工開挖，降雨等因素密切相關。

5滑坡穩定性計算及處治

5.1參數取值[2]

見表2。

表2　穩定性計算參數取值表

5.2理論計算

(1)

(2)

Ri=Nitanφi+ciLi

(3)

Ti=Wisinθi

(4)

(5)

(6)

式中：Fs為滑坡穩定性系數；ψj為傳遞系數，第i條塊的剩余下滑力傳遞至第i+1塊時的傳遞系數(j=i)；Ri為作用于第i塊的抗滑力,kN/m；Ti為作用于第i條塊滑動面上的下滑分力,kN/m；Ni為第i條塊滑動面的法向分力,kN/m；ci為第i條塊的粘聚力,kPa；φi為第i條塊的內摩擦角,(°)；Li為第i條塊滑動面的長度,m；θi為第i條塊底面傾角,(°)，反傾時取負值；Wi為第i條塊自重與建筑等地面荷載之和,kN/m；γ為巖土體的天然容重,kN/m3；γsat為巖土體的飽和容重,kN/m3；Fi為第i條塊所受地面荷載,kN/m。

5.3穩定分析[3]

當前邊坡穩定性：選擇變形最嚴重的斷面計算分析。開挖后的邊坡穩定性見表3，4。

表3　滑體區各種工況下滑推力計算結果表

表4　滑坡各級滑面滑動穩定性計算結果表

注：安全控制標準取值，天然工況下取1.25，暴雨工況下取1.15。

5.4處治措施[4]

由于該滑坡對公路造成破壞，必須進行徹底整治，通過對滑坡的計算分析，采取如下處治措施：

(1) 第一級邊坡采用抗滑樁防護，抗滑樁截面尺寸為2m×3m，樁中心間距為6m。

(2) 第二、四級采用錨索框格梁支護，框格內植草。

(3) 第三級采用錨桿框格梁防護，框格內植草。

(4) 第五級采用拱形護坡，拱形內進行植草。

(5) 邊坡外及平臺設截排水溝，將坡面雨水及時排出。

6結論

(1) 深入分析滑坡的破壞機理、變形特征是有效處治滑坡的前提條件。

(2) 根據該段高邊坡的地質特征、結構特征和破壞機理，采用傳統的傳遞系數法計算邊坡穩定性是可行的。

(3) 高邊坡的處治措施是可行的。

參考文獻

[1]馬惠民，張中平.特殊條件下公路邊坡病害變形類型和特征[J].公路交通科技，2005(6):10-14.

[2]馬惠民，王恭先，周德培.山區高速公路高邊坡病害防治實例[M].北京：人民交通出版社，2006.

[3]李海光.新型支檔結構設計與工程實例[M].北京：人民交通出版社，2003.

[4]徐邦棟．滑坡分析與防治[M].北京：中國鐵道出版社，2004.

收稿日期：2014-10-04

LandslideTreatmentAnalysisSectionofaHighway

Chen Huanda, Zhang Guofa

(GuizhouTransportationPlanningSurvey&designAcademeCo.,Ltd.,Guiyang550001,China)

Abstract：The high slope stability of the mountain highway seriously affects the safety of highway construction andoperating. Different high slope failure mechanism varies with the geological characteristics of high slope. According to the features of a high slope landslide, in-depth analysis of the high slope of the geological characteristics, structural characteristics and failure mechanism are researched. The stability calculation analysis is performed according to failure mode. For the safe and economic treatment of this landslide, effective treatment measures are put forward.

Key words:landslide; destruction characteristics; stability analysis; highway

DOI10.3963/j.issn.1671-7570.2015.01.027