半成巖地層高邊坡失穩成因分析與治理

崔躍飛

摘 要：為研究半成巖類型高邊坡的失穩機理和破壞模式，選取某高速某半成巖地層高邊坡失穩工點，從工程地質、氣象條件、變形特征等多方面對失穩成因進行分析，并根據潛在滑面進行了邊坡穩定性計算，據此提出了該高邊坡加固治理措施。

關鍵詞：高速公路;軟巖高邊坡;失穩;半成巖地層;軟弱面;治理措施

中圖分類號：U416.14 文獻標識碼：A

1 工程概況

哈達鋪停車區BK0+400～K271+650段右側邊坡位于停車區加速車道與主線的過渡段，最高邊坡為6級，最大邊坡高度43 m。邊坡高度采用8 m分級，平臺寬度2 m，平臺設排水溝，第一，第二級坡率均為1：0.75，第三，第四級坡率取1：1.00，第五級坡率取1：1 25，第六級放緩邊坡坡率1：5.00，坡腳設置2 m寬碎落臺。第一，第四級邊坡采用錨桿框架梁防護;第二，第三級邊坡采用預應力錨索框架梁防護，錨索長度28 m，錨固段長度10 m，單孔設計拉力600 kN;第五級邊坡采用拱形骨架防護，第六級采用植草防護，框架內采用植生袋護面。

2 邊坡變形過程及特征

該段邊坡自2019 年 9 月開始施工，至 2020 年5 月路中線及左半幅開挖至第 1 級平臺標高處，第 2～ 第 4 級預留了部分邊坡土體，未一次性開挖至設計坡面，第 5 和第 6 級邊坡已開挖成型，并施工完骨架防護。邊坡開挖后總體基本穩定，至 2020年5 月底，該地區進入雨季，第 5 級和第 6 級邊坡出現第一次滑塌，K271+500 ～+535 段坡面出現局部失穩、拱形骨架垮塌現象，至 6 月 29 日，出現第二次滑塌，并發展為較大范圍的工程滑坡。該滑坡周界清晰，總體平面形態呈 “馬蹄”狀，現場調查，可見明顯后壁，后壁最大高差約 1 m，中上部見大量張拉裂縫斷續分布，裂縫一般寬約 3 cm～10 cm，局部裂縫較寬，已施工的邊坡防護工程垮塌嚴重，兩側側緣見明顯剪切縫，工程滑坡于第 1 級坡頂部平臺附近剪出，剪出后越過第1 級邊坡的滑塌體呈散體狀覆蓋于前緣[1]。

3 失穩成因分析

3.1 邊坡巖體結構

邊坡巖性主要為粉質黏土、成巖程度低-較低的泥質粉砂巖、砂巖。均為半成巖，泥質膠結，膠結程度差，巖體及結構面抗剪強度低。

邊坡區局部分布灰白色砂巖，成巖程度非常低，手易捏散，遇水易崩解。該層呈透鏡體狀分布，透水性好，相對富水，且局部存在貫通可能性。雨季砂巖層為含水層，砂巖層界面處泥質粉砂巖受水浸潤軟化，易形成泥化軟弱面，在邊坡開挖形成臨空面后易形成坡面垮塌[2]。

邊坡區發育的三組節理裂隙，J1： 345°∠80°，J2： 25°∠65°，J3： 160°∠80°。結構面組合沿巖層層面切割巖體形成的楔形體傾向路基，邊坡開挖后形成臨空面，楔形體在重力作用下易貫通形成滑裂面。根據已發生邊坡變形發展特征及勘察成果分析，本段邊坡潛在滑動面主要為泥質含量高、成巖程度低、富水的軟弱夾層、砂巖與泥質粉砂巖界面、貫通性較好的節理面等，坡體開挖卸荷后在重力作用及動水壓力作用下，不同物理界面可能貫通形成滑動面。

3.2 人為誘發因素

該坡體系因路基開挖切削坡腳，在斜坡體中下部形成一定的臨空面，改變了原有的坡體應力平衡，遇雨季后，大氣降水下滲轉化為地下水，軟化下部易風化的巖土體，使巖土層抗剪強度指標降低，并增加其重度而導致的失穩; 同時施工過程中由于臨時排水措施不到位，導致局部坡腳積水進而降低了邊坡穩定性。

4 邊坡穩定性分析與治理

4.1 邊坡穩定性分析

4.1.1 計算剖面及模型的建立

計算剖面按最不利情況控制，以過鉆孔 BKHZK11，BKHZK12 的主滑剖 面 A-A' 及 過 鉆 孔 BKHZK13， BKHZK14，BKHZK15，BKHZK16 的主滑剖面 B - B' 進行計算。根據已發生滑塌的滑面形態分析，后緣拉裂面較陡立，前緣面較平緩，近似于圓弧面，以此建立計算模型[3]。

4.1.2 計算參數的確定

邊坡土體抗剪強度指標滑體土的飽和重度取 γsat= 20.0 kN/m3; 潛在滑面滑帶土抗剪強度指標：半成巖性質的泥質粉砂巖綜合黏聚力平均值 A-A' 剖面 c=30.0 kPa、內摩擦角 φ=16.4°，B-B'剖面c=28.0 kPa、φ = 15.8°。

4.1.3 計算工況的選定

根據《公路路基設計規范》規定，邊坡穩定性計算分為以下三種工況： ①正常工況： 邊坡處于天然狀態下; ②非正常工況：邊坡處于暴雨或連續降雨狀態下; ③非正常工況Ⅱ：邊坡處于地震等荷載作用狀態下。

4.1.4 穩定性分析

該邊坡穩定性分析結合定性分析和定量分析，定性分析是綜合坡體巖性組成、風化程度、巖土體強度、主要結構面與路線走向的空間關系等對穩定性進行初步分析，預測邊坡可能發生破壞形式、破壞強度，目前發生淺層的坡面滑塌變形，但隨著時間的推移，在暴雨等不利工況下，將會發生大規模整體的邊坡滑塌情況。

4.2 治理措施

結合現場地形，邊坡頂附近有高壓線塔，不宜采用設置寬平臺卸載方案，經綜合比選后采用行強支擋的設計思路，結合小里程側滑坡治理方案，將滑坡治理的抗滑樁往大里程側方向順延，在第三級平臺處設置抗滑樁以保證邊坡整體穩定，同時加強坡面防護防止局部失穩，再完善坡面及坡體排水措施進行綜合處治。

5 結語

本文對半成巖高邊坡的失穩成因、破壞模式分析和治理措施進行了研究。以成巖程度低的泥質粉砂巖為主的地層，當存在松散狀砂巖且呈多層透鏡體分布時，在砂巖層界面處泥質粉砂巖受水浸潤軟化，易形成泥化軟弱面，隨著邊坡的開挖將可能出現多層、多級局部失穩，甚至整體失穩。 應加強對半成巖砂泥巖地層的認識，施工過程中應嚴格按照 “逐級開挖、逐級防護” 的原則，嚴禁邊坡開挖后長時間暴露，加強現場臨時排水措施，嚴禁坡腳積水浸泡，以免降低邊坡的穩定性而引發邊坡垮塌、滑動等人為不良地質災害。現行規范對于半成巖尚無明確的定義和勘察技術要求，如何評價和分析其對工程的不利影響，并提出合理、安全的工程措施是亟待解決的問題。

參考文獻：

[1]吳其偉，李天池.半成巖大型滑坡機制和滑速分析[J].山地研究，1986（01）47-53.

[1]嚴松，王運生，羅永紅，等.云南隴川半成巖地層滑坡的成因機制及穩定性評價[J]長江大學學報（自科版），2017，14（21）：61-68+5.

[3]陳志敏，朱烜.砂泥巖互層邊坡膨脹性泥巖力學性能試驗研究[J].路基工程，2017（03）：97-102.