第三系粘土巖滑坡機理分析及穩(wěn)定性評價

劉 暢,李文偉,李惠賢

(中交通力建設(shè)股份有限公司 西安市 710075)

0 引言

第三系粘土巖屬內(nèi)陸河流、湖泊相沉積層,沉積歷史較短,多為半成巖,巖土強度低,工程性質(zhì)較差,具有膨脹性。第三系粘土巖遇水強度大大降低,在各種地質(zhì)應力作用下,巖體完整性不斷破壞,巖層層面結(jié)構(gòu)強度不斷降低,逐漸演化為滑動面,最終形成第三系粘土巖滑坡[1]。

1 工程概況

項目區(qū)位于云南省西南部、南畹河支流南蘭河上游右岸,地處溝谷岸坡中下部地帶及隴川盆地邊緣山前地帶,屬南亞熱帶季風氣候,雨量充沛、日照充足、熱量豐富,四季不明顯,干濕季分明。

由于夏季雨量充沛,加上第三系粘土巖破碎,物理力學性質(zhì)較差,易形成軟弱結(jié)構(gòu)層,誘發(fā)滑坡等地質(zhì)災害。

2 滑坡的基本特征

2.1 滑坡分布形態(tài)及類型

該滑坡具有分次多級滑動的特點,根據(jù)滑動方向以及滑動時間不同,現(xiàn)將H1、H2、H3滑坡分別描述,如圖1和圖2所示。

圖1 滑坡工程地質(zhì)平面圖

圖2 H1滑坡后緣

H1滑坡是發(fā)育在滑坡最后緣部分的特殊變形體,其周界是不規(guī)則三角形,后緣以道路路面裂縫為界,前緣以滑坡滑動,堆積于耕地內(nèi)滑體為界,左側(cè)緣以滑坡裂縫指向為界,右側(cè)以前緣沖溝為界。滑坡縱向長約60.0m,后緣寬約36.0m,前緣寬約20.0m。整體滑動方向大致為15°,坡度大約18°,滑體厚6.2～8.4m。H1滑坡所處路段滑動歷史較早,于2008年發(fā)生第一次滑坡,公路管理部門對該段進行了抗滑樁、排水溝及路面鋪裝等處治。2018年6月發(fā)生第二次滑坡,出現(xiàn)路基半幅下沉,路面開裂、公路外側(cè)斜坡出現(xiàn)塌陷、下錯、裂縫等現(xiàn)象。目前,從整體上看可見明顯變形跡象,滑坡右側(cè)緣沿沖溝有滑動變形后形成的跡象。滑坡前緣變形滑動跡象明顯,滑坡滑動后,滑體堆積于前緣耕地內(nèi),可觀察到鼓脹現(xiàn)象。

H2滑坡四周變形特征表現(xiàn)為:后緣發(fā)育多條裂縫,左側(cè)緣沿沖溝有滑動變形后的跡象,側(cè)緣未見明顯的裂縫,但從整體上看可見明顯變形跡象。滑坡前緣變形滑動跡象明顯,滑坡滑動后,滑體堆積于前緣耕地內(nèi),可觀察到鼓脹現(xiàn)象。滑體后部有細小裂縫,尚未貫通,坡體上部裂縫由于牽引式多次滑動已經(jīng)貫通,形成一凹陷的平臺,平臺兩側(cè)陡坎高1～1.5m,平臺寬約15m,長約50m,緊接凹陷平臺下部斜坡上還存在縱向的拉裂縫,長度約10m。滑體厚6.2～7.4m,平均厚度為6.8m,平面面積9450m2,由此估算的該滑坡體積約6.89×104m3,按滑體規(guī)模屬于中層中型滑坡。

H3滑坡屬于老滑坡解體后仍在活動的后半部分,滑坡呈不規(guī)則矩形,周界明顯,后緣以道路路面裂縫為界,前緣存在兩個剪出口,第一剪出口為村公路內(nèi)側(cè)水渠一線,第二剪出口為村公路下方均陡坎為界,左右側(cè)緣以滑坡裂縫指向為界。滑坡整體滑動方向大致為16°,整體坡度大約13°,局部為陡坎。滑坡后緣高程1028m,最低點1001m,相對高差27m。縱向長約125.0m,橫向?qū)捈s83.0m,滑體厚度6.2～7.4m。

2.2 滑坡體巖土特征

(1)滑體巖土特征

滑坡體巖土類型以第四系填土及含碎石粉質(zhì)黏土為主。第四系填土層為素填土和雜填土,素填土主要成分為碎石、砂料,巖芯呈碎石及砂狀,雜填土主要成分為黏土,巖芯呈土柱狀,巖芯新鮮切面有土狀光澤,可見少量建筑垃圾,干強度高,大部分呈可塑狀態(tài)。含碎石粉質(zhì)粘土,黃褐色、紅色,可塑～軟塑,結(jié)構(gòu)松散。碎石含量15%～25%,粒徑0.5～3.0cm,部分大于5cm,成分為強風化砂巖碎塊。

(2)滑面及滑帶土特征

滑帶為第四系地層及粘土巖接觸面附近,該層較為軟弱,呈可塑～軟塑狀,局部鉆孔可見近水平狀擦痕。根據(jù)鉆探揭露,滑坡滑動面深度6.2～7.4m,由各個控制點組成的滑動面呈近似折線形,總體形態(tài)與地形起伏一致。

(3)滑床巖土特征

滑床巖性以半成巖粘土巖為主,灰～深灰色,局部夾砂巖、漂石。巖芯多呈柱狀,最大節(jié)長46.8cm,RQD約為70%～80%。砂巖夾層,巖心呈塊狀,局部風化為砂狀。根據(jù)勘探工程揭露主要分布于第四系覆蓋層下。

3 滑坡成因分析

(1)地層巖性條件

滑坡體所在斜坡上有5m厚的填土及第四系含角礫粉質(zhì)黏土,下伏地層為第三系粘土巖,上部土體具有膨脹性,膨脹土內(nèi)部具有各種各樣的裂隙,由于裂隙的相互連通容易形成軟弱結(jié)構(gòu)面,下部粘土巖整體較為致密,是該地段的相對隔水層,形成“上軟下硬”的地層結(jié)構(gòu)[2-3]。

(2)降雨的影響

該滑坡再次滑動發(fā)生于7月,該地區(qū)屬于亞熱帶季風氣候,降雨量主要集中在7月到9月,降雨集中且雨量較大。雨水在膨脹土內(nèi)的軟弱結(jié)構(gòu)面上集中,使土體抗剪能力減弱,逐漸形成滑動面。

另外公路發(fā)生沉陷一側(cè)排水不暢,一側(cè)邊溝匯水直接流入滑坡體上的農(nóng)田中,順農(nóng)田中的土溝水分滲入滑坡體中,加劇了滑坡的滑動。

(3)路基填方的影響

該處為公路填方段落,在滑坡的后緣造成了加載,人工加載后,軟弱體承載力不足,引發(fā)地基破壞(H1),破壞后地基推動前沿滑體繼續(xù)滑動。

綜上所述,特殊的坡體地質(zhì)結(jié)構(gòu)和集中的降雨、路基填方共同導致了該滑坡的發(fā)生。并且由于膨脹性土的特性及氣象水文條件導致產(chǎn)生滑動后,土體強度將繼續(xù)衰減而產(chǎn)生連續(xù)破壞,出現(xiàn)多次滑動,直至達到新的穩(wěn)定平衡為止[4]。

4 滑坡穩(wěn)定性評價

4.1 定性評價

H1滑坡屬于填方壓力過大引發(fā)的地基剪切破壞,現(xiàn)狀處于欠穩(wěn)定狀態(tài)。若雨季持續(xù)降雨條件下,整體會產(chǎn)生蠕滑變形,將處于不穩(wěn)定狀態(tài)。

H2滑坡屬于填方間接引發(fā)臨空面及直接增加荷載引發(fā)老滑坡沿臨空的方向活動,現(xiàn)狀處于欠穩(wěn)定狀態(tài),若雨季持續(xù)降雨條件下,整體會產(chǎn)生蠕滑變形,將處于不穩(wěn)定狀態(tài)。

H3滑坡屬于后方加載及前部解體、開挖,引發(fā)老滑坡繼續(xù)活動。現(xiàn)狀處于欠穩(wěn)定狀態(tài),若雨季持續(xù)降雨條件下,整體會產(chǎn)生蠕滑變形,將處于不穩(wěn)定狀態(tài)。

4.2 定量評價

巖土試驗取樣具有較大的隨機性,而且受取樣條件、試驗條件的限制,很難給出與實際情況完全相符的強度指標,故滑坡穩(wěn)定性計算參數(shù)擬采用反算С、Ф值。

經(jīng)現(xiàn)場勘察發(fā)現(xiàn),H2、H3滑坡后沿變形特征、前沿剪出口均較明顯,剪出口對應一個滑動面,故本次反算主要以對應滑動面建立模型。在勘察中發(fā)現(xiàn):H2滑坡9-9’后緣出現(xiàn)拉張裂縫,前沿沖溝溝岸坍塌、耕地鼓張,變形最為明顯,故反演時選用 9-9’剖面;H3滑坡2-2’后緣出現(xiàn)拉張裂縫,下錯最為明顯,故反演時選用2-2’剖面;H2、H3滑坡反算С、Ф值見表1。

表1 滑坡滑帶土參數(shù)反算成果一覽表

本次穩(wěn)定性計算采用理正巖土6.5軟件中的“邊坡穩(wěn)定性分析——>復雜土層”模塊。計算參數(shù)采用表1反算參數(shù),暴雨工況按水位上升0.3～0.5m考慮,對滑坡剪出口對應的滑動面進行了穩(wěn)定性計算分析。

根據(jù)《滑坡防治工程勘察規(guī)范》第9.4.6條的規(guī)定,滑坡穩(wěn)定狀態(tài)應根據(jù)其穩(wěn)定系數(shù)確定,劃分標準見表2。

表2 滑坡穩(wěn)定狀態(tài)劃分

本次穩(wěn)定性計算H1滑坡選取了剖面2-2’,H2滑坡選取了剖面9-9’,H3滑坡選取了剖面1-1’、2-2’、3-3’、4-4’。各滑坡計算參數(shù)見表1。穩(wěn)定性計算結(jié)果見表3。

表3 滑坡穩(wěn)定性計算結(jié)果一覽表

依據(jù)以上計算分析結(jié)果及勘察成果分析認為,3個滑坡目前正常工況下處于欠穩(wěn)定狀態(tài),具有持續(xù)變形并積累應力及可能滑移的特征;在非正常工況條件下,處于不穩(wěn)定狀態(tài),具有釋放應力并滑移的特征。

5 結(jié)論

(1)該滑坡是在第三系粘土巖地層在集中的降雨、路基填方共同作用下發(fā)生,并且由于膨脹性土的特性及氣象水文條件導致滑坡產(chǎn)生滑動后,土體強度將繼續(xù)衰減而發(fā)生連續(xù)破壞,出現(xiàn)多次滑動,直至達到新的穩(wěn)定平衡為止。

(2)通過采用室內(nèi)試驗結(jié)合剖面實際狀態(tài),對滑帶參數(shù)進行反算,確定С、Ф值,并通過理正巖土軟件計算滑坡穩(wěn)定性可知,3個滑坡目前正常工況下處于欠穩(wěn)定狀態(tài),具有持續(xù)變形并積累應力及可能滑移的特征;在非正常工況條件下,處于不穩(wěn)定狀態(tài),具有釋放應力并滑移的特征。