某高速公路古滑坡路段穩定性分析及防治措施研究

摘要：高速公路穿越古滑坡路段時可能誘發古滑坡復活，已是山區高速公路建設急需解決的難題。文章以廣西某古滑坡為研究對象，通過巖體力學試驗及數值模擬探討了古滑坡的整體穩定性，并提出防治措施。結果表明：該古滑坡變形破壞主要是巖體沿軟弱夾層的順層滑動；在正常工況時，古滑坡整體處于穩定狀態，而在非正常工況時（如水位驟降或暴雨），古滑坡存在漸近性破壞風險；抗滑樁和防排水相結合的措施可有效提高邊坡的穩定性。研究成果對同類邊坡的防治及預警具有實際指導意義。

關鍵詞：古滑坡；穩定性；FLAC 3D；邊坡防治

中圖分類號：U416.1+63 A 11 038 4

0 引言

隨著我國經濟的快速發展，在高速公路建設過程中不可避免地穿越古滑坡地段。古滑坡年代久遠，上覆植被或松散巖體，不易被事先探知，在工程建設中常被“激活”［1-3］。因此，預測和評價古滑坡的穩定性，及時采取有效的預防措施具有重要意義。

目前，國內外對古滑坡的研究多集中在其形態特征、成因機理和分布規律等方面。王子忠等［4］通過現場調研和試驗分析，發現紅層斜坡巖體在緩傾角10°～20°的條件下，變形破壞以滑移-拉裂為主。黃井武等［5］通過數值模擬探討了水位變動對古滑坡變形及穩定性的影響，指出庫岸古滑坡隨著水位上升向庫區發生變形且逐漸增大，坡腳和滑動帶塑性區不斷發展。蘇武彪等［6］通過對比分析原始邊坡的穩定性和開挖后邊坡的整體穩定性，認為古滑坡在自然狀態下處于穩定狀態。張明紅等［7］通過對大麗鐵路梅子澗古滑坡的地質特征、形成機制及穩定性進行分析，提出了繞開該古滑坡的工程對策，保障了鐵路安全暢通。游昆駿等［8］運用有限差分法對皖南山區陽臺古滑坡穩定性進行了模擬，提出對于該類滑坡的治理措施主要應控制其變形部位，同時疏通截排水系統。呂小永［9］采用有限元強度折減法對某大型古滑坡進行了穩定性分析，提出綜合位移突變和塑性區貫通的失穩判據是一種有效的古滑坡滑面確定方法。覃富皓［10］在深入調查古滑坡類型、形狀、成因和地下水流的基礎上提出了一些治理古滑坡的方法。N.Jiang等［11］通過對丹巴古滑坡災害的動力演化機制進行分析，提出加強排水是治理古滑坡的首要措施。綜上所述，系統地對古滑坡穩定性綜合性評價及有效防治措施的研究鮮有報道，亟須開展相關研究。

基于此，本文以廣西某高速公路古滑坡地帶為背景，在調查該古滑坡的地質條件、特征等基礎上，采用FLAC 3D軟件進行古滑坡在正常工況和非正常工況條件下的穩定性計算，進而提出有效的防治措施。研究結果可為該類古滑坡的防治提供科學的理論參考。

1 古滑坡區地質條件

1.1 地形特征

研究勘察區屬于構造剝蝕丘陵地貌，地形起伏較大，地面高程為320～675 m，最大高差約為355 m。地表覆蓋第四系殘坡積碎石土，多出露強風化基巖。

1.2 地層巖性

根據現場鉆探結合前期地質調查顯示，場地地層組成如下：

（1）第四系沖洪積層（Qel+pl）：

卵石，紫紅色，粒徑一般為5～20 cm，局部＞40 cm，飽和。該層主要分布在坡腳大沖溝表層，于ZK6有揭示，厚度為6.60 m。

（2）第四系殘坡積層（Qel+dl）：

粉質黏土：黃、黃褐色，硬塑狀，局部約含10%～35%的強風化泥質砂巖碎石。該層主要分布于山體表層，厚0.80～5.10 m，土、石工程分級為Ⅱ級普通土。

（3）第四系滑坡堆積層（Qdel）：

滑帶土：為粉質黏土夾礫石，局部為粉質黏土，灰褐色或灰黃色，礫石粒徑為1～3 cm，厚0.60～8.00 m。土、石工程分級為Ⅲ級硬土，埋深深度為0～42 m。

2 古滑坡整體穩定性評價

2.1 古滑坡特征

某高速公路古滑坡路段穩定性分析及防治措施研究/李曉峰，盧 波，李明智，李世明

綜合判斷，古滑坡路段研究范圍約為1 000 000 m2，軸向距離約為1 200 m，水平距離約為1 200 m，高程分布為320～675 m，為巨型順層巖質滑坡。古滑坡具體要素參數如下：

滑床參數：綜合地質調查信息，滑坡坡面傾向角度約為290°，主滑方向為290°。

堆積體：根據地表2#沖溝特征和Ⅱ區巖層力學性質差異，將滑坡體分為Ⅱa、Ⅱb兩個亞區，并將其作為重點研究區域，如圖1所示。堆積體主要分布在山體中下部Ⅱa、Ⅱb、Ⅲ區。其中，Ⅱa區面積為170 000 m2，滑坡方量為5.1×106 m3；Ⅱb區面積為236 000 m2，滑坡方量為4.72×106 m3；Ⅲ區面積為269 000 m2，滑坡方量為5.38×106 m3。

滑坡類型：工程區巖層產狀為285°～321°，傾角為∠24°～∠38°；山體坡向為290°，傾角為∠22°～∠38°，為順層巖質滑坡。

2.2 計算剖面的選取

根據古滑坡產狀和巖層產狀，以間距100 m設置 1#～9#剖面，分析邊坡穩定性，確定滑坡滑動范圍。各剖面線與公路中心線的位置關系如表1所示。

2.3 滑帶土參數的確定

根據地質鉆探報告，古滑帶土室內試驗的平均值如表2所示。

2.4 工后整體穩定性計算

2.4.1 工后整體穩定性分析

根據地質鉆探報告，利用FLAC 3D軟件模擬古滑坡基巖和堆積體的力學參數如表3所示。中風化層、強風化層和堆積體混合散體的受力變形本構關系采用m-c本構模型。

根據初步設計通過古滑坡體的道路現狀（平縱曲線和路基參數）為原型，模擬工后的道路模型參數如表4所示。

2.4.2 工后整體穩定性計算

根據上述模型值，采用FLAC 3D軟件計算修建路塹或路堤時古滑坡深部滑面的穩定性。穩定安全系數判別要求如表5所示，計算結果如表6所示。

根據FLAC 3D軟件的計算結果，正常工況時古滑坡處于整體穩定狀態；非正常工況Ⅰ時，路線通過古滑坡可能誘發3#、4#剖面路段發生局部失穩，其他剖面穩定系數大于判別要求值。為防止古滑坡局部失穩造成深部的大規模滑移，有必要對3#、4#剖面路段深部滑體進行加固或者架設橋梁。

2.5 三維模擬結果

利用FLAC 3D軟件建立白石古滑坡三維模型如圖2所示。X向位移云圖如圖3所示，在整個堆積體范圍內，最大滑移位移為1.94 mm，主要出現在2#沖溝兩側，向沖溝中心擠壓。Z向位移云圖如圖4所示，在整個堆積體范圍內，最大位移為1.29 mm，主要出現在厚層堆積體上，未對古滑坡整體穩定性造成影響。

3 防治措施

該滑坡古滑面位于中風化層與堆積體交界面處，Ⅱa區的滑帶土主要成分為粉質黏土、全風化砂巖，Ⅱb區的滑帶土主要成分為強風化砂巖。根據古滑坡滑移層位和滑移主次原因，應采取以下3種防治措施：（1）削弱地表滲水，提高坡面排水能力，制定地下排水方案；（2）降低滑體下滑力，提高滑體抗滑力；（3）采取保護路基的防護措施。

根據前文分析，公路路基邊坡基本穩定，由于地質結構面和堆積層滲水原因，公路邊坡采用格構植被防護，維持坡面的完整性。而針對深部古滑面的不穩定區域，采取排水防滲措施和抗滑加固措施。

3.1 防滲排水方案

水是誘發滑坡的主要因素之一［5］，地表防滲、坡面排水和地下排水工程都有利于提高滑坡滑動面（帶）巖土強度、減少滑坡的下滑力，進而提高滑坡穩定性，是滑坡防治的有效工程措施。

（1）地表防滲的主要措施有：

①清除滑坡體上的地表水體，整平積水坑槽、洼地，當必須保留這些坑槽、洼地時，應對其進行防滲處理，并與擬建排水系統相連接；

②滑坡范圍的地表裂縫應進行封填夯實，封填前應采用不透水材料覆蓋裂縫區域；

③當截水溝、排水溝的沖刷強度超過土質抗沖刷能力時，應采用漿砌片（塊）石、混凝土預制塊等防護加固措施。當排水溝通過裂縫時，應采取防滲和防裂措施。

（2）邊坡坡面應設置截水溝、排水溝、跌水與急流槽：

①坡頂截水溝布設在潛在滑體后緣5 m以上的位置，填方邊坡上側的截水溝距填方坡腳的距離應＞2 m，截水溝需進行防滲處理；

②布設排水溝將截水溝、邊坡附近低洼處匯集的水引向邊坡范圍以外，排水溝需進行防滲處理，混凝土強度等級≥C20；

③當截、排水溝出水口處的坡面坡度＞10%、水頭差＞1.0 m時，設置跌水和急流槽將水流引出坡體或引入排水系統。

（3）地下排水可設置排水支撐滲溝、仰斜式排水孔、井點降水、排水隧洞：

①地下排水支撐滲溝可用于滑動面（帶）埋深＜5.0 m的地段，滲溝基礎應置于滑動面（帶）以下的穩定地層內0.5 m以上，支撐滲溝宜順滑坡滑動方向平行布置在滑坡表層有積水的濕地或地下水露頭處；

②仰斜式排水孔的布設方向需與滑坡的主滑方向一致，仰角≥6°，排水孔鉆孔直徑宜為75～150 mm，孔內應設置透水管；

③井點降水方式宜用于施工期臨時降低地下水位，也可用于引排滑坡內埋藏較深、分布不均勻的地下水，排水隧洞可用于引排滑坡深層地下水。

3.2 深部古滑帶抗滑樁加固措施

由古滑坡整體穩定性模擬計算結果可知，不使用橋梁時，3#、4#剖面在非正常工況Ⅰ下穩定系數略小于要求值1.15，處于基本穩定狀態。結合場地情況，為防止深部古滑坡復活，在出口處設置抗滑樁支擋。按穩定系數1.13和1.11，計算求得3#、4#剖面樁位處的剩余下滑力分別為419 kN和1 619 kN。3#、4#剖面加固方式均為抗滑樁，分別按照500 kN、1 700 kN設計。樁位平面布置如圖5所示。

3#剖面設計樁長為25 m，持力層為強風化層及中風化層，樁徑設計為2 m，樁中心間距為5 m，共設樁20根，均布在3#剖面左側50 m至右側50 m范圍內。4#剖面設計樁長為30 m，持力層為強風化層及中風化層，樁徑設計為3 m，樁中心間距為5 m，共設樁20根，均布在4#剖面左側50 m至右側50 m范圍內。3#、4#剖面抗滑樁設計圖如圖6、圖7所示。

需要指出的是，本文提出的防治措施基于現有鉆探、物探等綜合勘察成果、數值報告和理論方法等，具有一定的科學性和適用性。但由于巖土特性的復雜性、技術的局限性及施工的不確定性，在施工過程中應不斷實時評估工程的可行性，確保古滑坡的穩定。

4 結語

本文通過理論計算，并結合工程實際，對某高速公路穿越古滑坡時的綜合穩定性進行評價，在此基礎上提出古滑坡治理防治措施，主要結論如下：

（1）通過對古滑坡進行穩定性分析，發現該古滑坡在正常工況時處于穩定狀態，而在非正常工況，如暴雨情況下，路線通過古滑坡存在誘發某些滑面局部失穩的潛在風險。

（2）對于該類古滑坡的防治，除了重視軟質巖可穩性差易引起工程牽引滑塌的問題外，必須結合適宜的抗滑樁設計、防排水措施對其進行綜合處治，提高其坡面排水和地下排水能力，達到增強堆積層和主滑面抗滑力的目的。

參考文獻

［1］Guo CB，Zhang YS，Li X，et al.Reactivation of giant Jiangdingya ancient landslide in Zhouqu County，Gansu Province，China［J］.Landslides，2020（1）：179-190.

［2］唐洪祥，康建輝，旃 鵬.橋梁路段的古滑坡穩定性分析及設計處治措施［J］.公路交通科技（應用技術版），2018（3）：131-133.

［3］林 輝，劉代文，林志平.多層滑面的古滑坡穩定性分析及治理方案研究［J］.公路交通科技（應用技術版），2017，13（5）：6-7.

［4］王子忠，許 模，楊紹平.瓦屋山水電站廠房區紅層巖體古滑坡穩定性研究［J］.工程地質學報，2011，19（2）：213-218.

［5］黃井武，陳曉平，王 盛.水位變動對庫岸古滑坡穩定性影響研究［J］.黑龍江大學工程學報，2012.3（2）：22-27.

［6］蘇武彪，申屠躍軍，黃國強.青岱公路穿越古滑坡穩定性分析與治理研究［J］.路基工程，2012（2）：178-180，185.

［7］張明紅，陳 兵.梅子澗古滑坡穩定性分析及工程對策［J］.路基工程，2013（3）：195-199.

［8］游昆駿，巨能攀，趙建軍，等.皖南山區陽臺古滑坡穩定性數值模擬研究［J］.水文地質工程地質，2014.41（3）：111-114.

［9］呂小永.基于強度折減法的古滑坡穩定性數值分析［J］.工程建設與設計，2018（20）：85-86.

［10］覃富皓.橋梁路段古滑坡穩定性分析及綜合處治措施［J］.企業科技與發展，2021（2）：106-107，110.

［11］Nan Jiang，Hai-bo Li，Yu-xiang Hu，et al.Dynamic evolution mechanism and subsequent reactivated ancient landslide analyses of the “6.17” Danba sequential disasters［J］.Bulletin of Engineering Geology and the Environment，2022，81（4）：1-16.

收稿日期：2022-04-18