巴鶴公路K164+650～+750段土質滑坡發育特征及穩定性分析

曾慶波

(四川省交通勘察設計研究院有限公司, 四川成都 610017)

湖北省道巴鶴線S425北起巴東縣，南接鶴峰縣的一條重要二級公路，是恩施州向北入境的重要通道之一。在公路里程K164+650～ +750段，路基右側下方邊坡產生蠕滑變形，產生明顯變形拉裂縫，若得不到及時治理，隨著時間的進行，后緣拉裂縫不斷往坡體內部發展，剪切面可能貫通形成滑移面，導致邊坡整體性滑移破壞，將嚴重危脅公路和行車安全。為防止滑坡地質災害的發生，需對該滑坡進行深入細致的分析，查明其賦存的工程地質環境條件，分析其可能的變形破壞模式，科學合理的對其進行穩定性評價，提出防治措施建議。

1 基本地質條件

1.1 地形地貌

巴鶴公路K164+650～ +750段下邊坡為半路塹土質邊坡，在平面上呈直線型。路基上出現環狀裂縫，公路距下部河面高差約50～60 m，公路與該段河谷走向340～350°近平行。該潛在滑體在地貌上呈圈椅狀收攏，滑坡后緣較為平緩，約15～25°，坡面較陡呈直線形，中部及前緣約35～40°，高程455 m以下坡度變緩約22°左右，底部高程455 m以下為棲霞組基巖露頭，露頭可見高約3～5 m。坡面上植被茂盛，發育喬木、灌木及草本植物(圖1、圖2)。

圖1 滑坡全貌照(鏡向南)

圖2 潛在滑坡全貌圖(鏡向西)

1.2 地層巖性及地質構造

該段地層巖性為二疊系下統棲霞組(P1q)深灰色厚層～巨厚層微晶生物屑灰巖，局部含燧石團塊。邊坡位于八字山背斜末端，受區域構造影響不大。地震基本烈度為Ⅵ度。

巖體整體呈塊狀～次塊狀，局部節理裂隙較發育，呈層狀碎裂結構，巖層產狀一般為245～251°∠31～40°，厚層與巨厚層互層，層面間距0.60～1.2 m，局部可厚達3 m，平直粗糙，大多閉合，局部可見輕微張開，無充填。

1.3 水文地質

據鉆孔揭露，本段邊坡主要發育孔隙水，受季節性影響明顯，含水條件和滲透性較好，賦存于第四系崩坡積等松散堆積層中，以潛水為主，水位埋深變化較大，含水層約3～5 m。依據GB 50021-2001《巖土工程勘察規范》II類環境水判定：該區地下水對混凝土結構和鋼筋有微腐蝕。

2 滑坡基本特征

2.1 滑坡邊界、規模、形態特征

潛在滑坡整體坡形呈直線狀，其滑動后緣位于公路，路面高程496～500 m，滑坡前緣(剪出口)高程455 m，最大高差約45 m，左右兩側邊界均以季節性小沖溝為界，邊坡體均寬約60 m，縱長約70 m，平面上的面積約42 000 m2，厚度約5～15 m，平均厚約12 m，為中層滑坡，體積約50.4×104m3，滑坡規模為中型。坡體坡度17～35°，潛在的主滑方向345°(圖2)。

2.2 物質組成特征

地調、鉆探揭露地層如下(圖3)：

圖3 滑坡巖土體層次示意(勘探Ⅱ—Ⅱ’剖面為例)

素填土(①)：主要成分是碎石，分布于路基上的填土區，深灰色碎石，結構松散，母巖主要為微晶灰巖、泥灰巖，一般粒徑為10～30 cm，最大粒徑65 cm，級配較差，滲透性良好，土石比約1∶9。

耕植土(②)：主要分布于坡體表部較平緩的農田耕植區，厚約1～2 m，土體呈褐灰色，較疏松，稍濕，主要成份為粉質黏土夾碎礫石，粉粘粒含量較高，碎石為次棱角狀，粒徑一般為10～55 cm，土石比約7∶3～8∶2。

粉質黏土夾碎塊石(③)：這類土層是滑體主要組成，厚約6.5～12 m，為褐灰色粉質黏土，間夾塊礫石，其中黏性土含量較高，約占50 %；碎塊石大小不均，結構凌亂，粒徑一般為12～35 cm，個別可達50 cm，約占20 %～40 %；角礫含量10 %～20 %，土石比約6∶4～7∶3。該類土層按密實度、可塑性還可分為兩段亞類：其上部為褐灰色粉質黏土(③-1)，松散～稍密，多處于硬塑狀態，碎塊石含量較下部高，土石比約6∶4；而下部為深灰、灰黑色粉質黏土(③-2)，中密結構，呈硬塑—可塑狀態，土體含水率較上部高，且碎塊石含量相對較少。

此外，在坡體上還零星散亂分布有崩積的巨塊石，可見最大塊徑2.5 m×2 m×1.5 m。除漿砌塊石擋墻以上為素填土外，從垂直分布上看，滑體其物質分布為：滑體淺表層主要為耕植土，其下為呈褐灰色粉質黏土、深灰色粉質黏土；而從平面縱向上看，覆蓋層厚度呈現后緣薄，中前部深的規律，覆蓋層最大厚度一般在15.0～16.5 m，平均厚約12 m；從平面橫向上看，覆蓋層表現為中間厚，兩側相對薄的特征。

2.3 滑床及滑帶土基本特征

據現場調查和鉆孔揭露，基巖為潛在滑坡的滑床。后緣公路上邊坡出露的基巖壁較陡，在高程455 m以下基巖再次出露，巖性均為棲霞組厚層～巨厚層的微晶灰巖，除擋墻以上基巖埋深為2.6～4.8 m外，坡體中埋深一般在8.7～16.5 m。

滑體內物質成分較為單一，以粉質黏土夾碎礫石為主，密實度從表到內逐漸增大，整個滑體內部無相對軟弱的層面，且基巖較完整堅硬，滑體沿著基巖與覆蓋層接觸帶蠕滑，且形成厚約1～1.5 m的滑帶土。從鉆孔揭露的情況來看，滑帶土成份為黃灰色黏土，含少量角礫，稍濕，黏土礦物主要為高嶺土，呈可塑到軟塑狀。通過分析判斷，受地形條件、物質結構等因素的影響，其潛在的滑動帶總體上上陡下緩，滑面呈折線狀。

2.4 滑坡變形破壞特征

滑坡的變形破壞現象主要集中于坡體后緣，滑坡中部與前緣由于植被茂盛且局部人工改造較大，變形破壞現象相對不明顯。在坡體后緣，路基發生沉陷，整體上靠近下邊坡方向沉陷量更大，路面上出現環狀微張拉裂隙，且每年裂隙不斷延伸擴展。同時，擋墻下部相對較平緩的農田中，土體拉張裂隙發育已累積下挫達1.2 m左右，以致擋墻排水涵洞下部的排水槽發生嚴重破壞，墻體上發育鼓脹微裂隙，見圖4、圖5。

圖4 土體下挫形成的拉張裂縫

圖5 土體下挫排水槽破壞

3 滑坡穩定性評價

3.1 穩定性定性評價

由于滑坡后緣、中部均出現拉張裂縫，這類拉裂縫有利于地表水下滲，能使原有的滑動面進一步軟化，且滑體主要組成為粉質黏土夾碎塊石，透水性較差，因此，在暴雨工況下，持續的降雨易使土體飽和排水不暢形成較高孔隙水壓力。況且潛在滑坡后緣存在不利荷載(汽車動荷載)持續作用，會加劇土體蠕滑變形，甚至剪切面貫通成為滑移面，導致整體的滑移破壞。因此可宏觀判斷在自然工況下邊坡處于基本穩定狀態，在暴雨工況下，邊坡處于欠穩定狀態。

3.2 穩定性定量評價

3.2.1 計算模型與工況

根據邊坡變形特征，選擇邊坡變形區內的Ⅰ—Ⅰ′、Ⅱ—Ⅱ′、Ⅲ—Ⅲ′勘探剖面進行邊坡整體穩定性計算與評價，選擇的計算剖面均具有典型性和代表性。計算模型如圖6所示。

圖6 滑坡剖面計算模型

選擇以下工況進行滑坡穩定性計算：

工況一：天然工況+汽車荷載；

工況二：暴雨工況+汽車荷載。

3.2.2 計算方法與參數選擇

根據前述邊坡變形破壞模式分析，當邊坡沿巖土界面滑動時，其滑面結構為折線型。根據規范要求選用簡化Bishop法進行穩定性計算，剩余下滑推力選用傳遞系數法來進行計算。計算程序選用理正5.6，并用Geo-slope7.0建模計算對其穩定性做校核。計算中所選取的參數如下：

3.2.2.1 潛在滑體重度

邊坡體由粉質黏土夾少量碎塊石，根據室內試驗資料，滑體的天然重度平均值為19.02 kN/m3；飽和重度平均值為21.07 kN/m3，現場重度實驗的算術平均值17.26 kN/m3，根據滑體土室內試驗及現場重度試驗測試結果，綜合確定滑坡穩定性和滑坡推力計算中所采用的重度值為：滑體的天然重度γ=17.26 kN/m3；飽和重度γ=19.32 kN/m3。

3.2.2.2 潛在滑帶取樣試驗結果

根據室內試驗數據，天然直接快剪強度平均值：c=29.3 kPa，φ=13.6°；天然殘余快剪強度平均值：c=16.4 kPa，φ=10.0°；飽和直接快剪強度平均值：c=14.6 kPa，φ=10.9°；飽和殘余快剪強度平均值，c=11.40 kPa，φ=8.9°。

計算參數選擇根據實驗值、類比值綜合確定，天然狀態下c=35 kPa，φ=15.0°；飽和狀態下c=30 kPa，φ=13.0。

3.2.3 計算結果與評價

依據所選的參數值及計算公式，對各剖面及工況下的穩定性計算結果見表1。

表1 邊坡整體穩定性計算成果匯總

通過兩種軟件計算的成果分析可知以下幾點：

(1)最不利滑面經計算機自動搜索后均為沿基覆界面以上1～1.5 m的軟弱滑面滑動，與現場判斷較一致。

(2)計算結果表明Ⅱ-Ⅱ’剖面在兩種工況下均處于欠穩定狀態，與野外調查潛在滑體中部的變形跡象更為顯著相吻合。

(3)各剖面在暴雨工況下，穩定系數都有顯著下降，剩余下滑推力均有較大提升，因此，暴雨為土體變形破壞，甚至潛在滑面貫通滑動的主要誘因。

(4)通過計算發現，滑帶土和滑體土的內摩擦角為敏感因素，參數取值對穩定性計算結果影響較大，本次計算所選參數以室內試驗成果和工程類比綜合取值，數據準確可靠；

(5)根據計算成果，該邊坡整體穩定性在兩種工況下均處于基本穩定—欠穩定狀態，邊坡有發生整體性失穩的危險，與定性判斷的結果吻合較好。

4 處治措施建議

由于該段路基變形破壞的主要誘因是由于下邊坡土體地表水入滲，軟化并降低土體強度，發生蠕滑變形所致，因此防治的主要原則是抗滑和截水。根據場區的地形、地質條件分析，建議選用“抗滑樁(挖孔樁)+截水槽”方案。

(1)抗滑樁方案：采用挖孔樁方案，樁端穿過滑動面進入巖層不小于5.00 m(具體長度根據設計計算確定)。

(2)排水方案：影響滑坡穩定性的主要誘因為暴雨，其實質是由于地表水入滲，降低了土體的穩定性。修復擋墻下的排水槽，并對已有排水槽進行清理，清除溝內的塊石及泥土，保證溝內排水通暢。并從滑坡后緣修截水槽沿滑坡兩側邊界小沖溝修建排水槽將其引出滑坡外。

(3)對于潛在滑坡范圍及周邊應禁止切挖坡腳及爆破等人類工程活動。

5 結束語

(1)通過查明邊坡的邊坡結構、地層巖性、水文地質、地質構造等工程地質條件可以得知，引起該段路基變形的原因是由于右下土質邊坡的蠕滑變形造成。

(2)通過定性分析和定量計算，在天然工況+汽車荷載或暴雨工況+汽車荷載條件下邊坡處于欠穩定～基本穩定狀態，邊坡整體具有整體失穩的危險。

(3)根據勘察結果，綜合該區工程地質條件，提出了針對該滑坡病害的處理措施建議：“抗滑樁+截水槽”。