銅川西塬線某滑坡機(jī)理分析與穩(wěn)定性評(píng)價(jià)

史志軍

（陜北省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院，陜西西安710065）

銅川西塬線某滑坡機(jī)理分析與穩(wěn)定性評(píng)價(jià)

史志軍*

（陜北省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院，陜西西安710065）

公路滑坡是山區(qū)公路建設(shè)中重大的工程地質(zhì)問(wèn)題。以包茂高速（G65）銅川西塬線（S216）K107+490～K107+590段滑坡為例，通過(guò)對(duì)勘察資料的分析，研究了該滑坡的形成機(jī)理及穩(wěn)定性，并對(duì)該滑坡的治理提出建議，為滑坡的防治設(shè)計(jì)提供有力的依據(jù)，達(dá)到了防災(zāi)減災(zāi)的目的。

滑坡；形成機(jī)理；穩(wěn)定性分析

滑坡是山區(qū)公路的主要病害之一，在山區(qū)的巖質(zhì)或土質(zhì)山坡上開(kāi)挖路塹，有可能因自然平衡條件被破壞或者因邊坡過(guò)陡，使公路坡體沿某一滑動(dòng)面產(chǎn)生滑坡[1]。

包茂高速（G65）銅川西塬線（S216）K107+ 490～K107+590段滑坡位于線路西南側(cè)，為兩個(gè)相連滑坡體，平面形態(tài)呈近似舌形，軸部較長(zhǎng)，長(zhǎng)約60余米，兩側(cè)稍短，滑坡寬約30～40m。依據(jù)人工探槽揭露滑坡體厚度以中部最大，厚度為4.0m，后部厚度為1.0～1.2m，前緣厚度0.3～1.1m,平均厚度約3.0m，滑坡總體積約6000m3。該滑坡整體形態(tài)、輪廓清晰明顯，滑坡后壁地形呈圈椅狀，有明顯的滑壁，壁高5～8m，傾角約60°～70°，滑壁可見(jiàn)明顯擦痕，滑體軸部略高，在滑體中前部可微顯滑丘，滑體中后部可見(jiàn)馬刀樹(shù)，并形成滑坡平臺(tái)。滑坡變形使原人工修筑道路邊坡護(hù)面墻(漿砌片石)和截排水溝完全破壞，導(dǎo)致滑坡土體堆積于道路，影響交通安全。

本文通過(guò)對(duì)滑坡所處位置地質(zhì)條件的論述，分析其致災(zāi)機(jī)理，選取合理參數(shù)，考慮滑坡影響因素后，進(jìn)行穩(wěn)定性計(jì)算，包括定性分析和定量計(jì)算，最后根據(jù)其穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果提出適宜的工程治理措施，以取得較好的治理效果[2-3]。

1　滑坡的地質(zhì)條件

1.1地形地貌

滑坡所處地貌類型屬黃土殘塬—梁峁區(qū)，為陜北黃土高原南部邊緣，主要特點(diǎn)是黃土覆蓋較薄，溝谷中下部大多裸露基巖。

K107+490～K107+590段滑坡位于黃土殘梁人工削坡部位，已被修成人工階梯狀斜坡，坡度約40°～60°，相對(duì)高差為10～12m；邊坡上部為黃土所覆蓋，中下部為二疊系砂、泥巖互層，中薄層狀，巖層傾向坡內(nèi)，傾角一般為5°～8°，在近后柳路線轉(zhuǎn)彎處可見(jiàn)巖層傾角變陡至近40°，強(qiáng)風(fēng)化厚度5～10m，邊坡坡度50°～70°。

1.2地質(zhì)構(gòu)造

該滑坡在區(qū)域構(gòu)造上屬于中朝準(zhǔn)地臺(tái)之陜甘寧臺(tái)坳陜北凹地構(gòu)造單元，其南緊鄰陜甘寧坳緣褶皺束，實(shí)際上處于2個(gè)三級(jí)構(gòu)造單元的過(guò)渡帶。

該地區(qū)地震活動(dòng)較弱。據(jù)有史記載以來(lái)，銅川地區(qū)5級(jí)以上地震僅有4次，其中最大震級(jí)為5.5級(jí)。根據(jù)《中國(guó)地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖》（GB18306-2001），勘察區(qū)地震基本烈度為Ⅵ度，地震動(dòng)峰值加速度為0.05g，反應(yīng)譜特征周期為0.35s。

1.3地層巖性

滑坡地處陜西省地層區(qū)劃的華北區(qū)陜甘寧盆地小區(qū)之陜甘寧盆地南緣。以中生代、新生代陸相碎屑地層為主。該地層具分布連續(xù)、厚度大等特征。該區(qū)及周邊出露地層除二疊系外，主要是第四系地層，其成因類型簡(jiǎn)單，現(xiàn)按其所處地貌位置、巖性、成因等劃分，由新到老有全新統(tǒng)人工堆積層、全新世晚期滑坡堆積層、上更新統(tǒng)風(fēng)積層和二疊系上統(tǒng)砂泥巖互層。滑坡工程地質(zhì)平面圖見(jiàn)圖1。

2　滑坡發(fā)生機(jī)理分析

該滑坡是由于修筑的截排水溝破裂，降雨期間，雨水匯集在此下滲，使土體含水量增大，誘發(fā)邊坡失穩(wěn)而形成的新滑坡。

圖1　滑坡工程地質(zhì)平面圖

從該滑坡所處地形地貌看，滑坡位于黃土塬邊斜坡(古滑坡)，已被修成人工階梯狀斜坡，坡腳處的S216銅川西塬線，以路塹的形式穿過(guò)，具有一定的臨空條件。從坡體物質(zhì)組成看，主要為黃土狀土，土質(zhì)疏松，孔隙發(fā)育，特別是人工修建了階梯狀斜坡，破壞了原坡體應(yīng)力狀態(tài)，使其坡體表面（上部）應(yīng)力較集中，加之階梯平臺(tái)上破裂的截排水溝集中滲水，促使土體飽和、軟化，降低土體力學(xué)強(qiáng)度，局部形成軟弱帶，使整個(gè)坡體內(nèi)土體應(yīng)力失去平衡，形成滑坡。

3　穩(wěn)定性評(píng)價(jià)

3.1定性評(píng)價(jià)

首先，目前該滑坡體厚度較薄，中后部?jī)H1～3m，前部滑坡體厚度較大，厚4～5m，重心較低，勢(shì)能基本消耗殆盡；第二，從滑坡面特征看，該滑坡滑面中后部雖較陡，但其下滑力很小，前部滑面平緩局部反翹，土體厚度大，其阻滑力較大；第三，該滑坡體自然坡體地形相對(duì)較陡，坡體植被較好，降雨后地表水排泄條件通暢，有利于坡體穩(wěn)定。綜上原因，該滑坡體在目前條件下，處于基本穩(wěn)定狀態(tài)。

3.2定量評(píng)價(jià)

定量評(píng)價(jià)是按照莫爾強(qiáng)度理論及土體斜坡運(yùn)動(dòng)力學(xué)平衡理論，應(yīng)用剩余推力法進(jìn)行滑坡穩(wěn)定性及剩余推力計(jì)算。計(jì)算公式選用《工程地質(zhì)手冊(cè)》[4]，采用公式如下：

式中：k——滑坡安全穩(wěn)定系數(shù)；

n——計(jì)算剖面上將滑體劃分的塊段數(shù)；

ψj——第i塊段的剩余下滑力傳遞至第i+1塊段時(shí)的傳遞系數(shù)（j=i）,其中：

Ri——作用于第 i塊段的抗滑力，kN/m，Ri=Nitanφi+Cili；

Ni——第i塊段滑動(dòng)體Ni的法向分力，kN/m；

Ti——作用于第i塊段滑動(dòng)面上的滑動(dòng)分力，kN/m；

滑坡剩余推力計(jì)算采用公式為：

式中：Ei——第i條塊的剩余下滑力，kN/m；

Fs——滑坡安全穩(wěn)定系數(shù)；

Wi——第i條塊土的重力，kN/m；

ψ——傳遞系數(shù)，其中：

αi-1——第i-1條塊所在滑動(dòng)面的傾角，（°）；

φi——第i條塊土內(nèi)摩擦角，（°）；

Ci——第i條塊土的粘聚力，kPa；

Li——第i條塊滑動(dòng)面長(zhǎng)度，m。

計(jì)算參數(shù)選取原則：根據(jù)勘探鉆孔查明目前路基沉陷、擋墻鼓脹原因主要是下部土體含水量較大，土體呈軟塑狀，近于達(dá)到飽和，按室內(nèi)原狀土樣實(shí)測(cè)(飽和)快剪、殘剪平均值為依據(jù)，假定目前路基擋墻處于極限穩(wěn)定狀態(tài)(K=1.0)時(shí)，經(jīng)進(jìn)一步反算先確定極限時(shí)參數(shù)C、φ值后，再綜合分析選取穩(wěn)定性計(jì)算參數(shù)。計(jì)算參數(shù)選取見(jiàn)表1。

表1　計(jì)算參數(shù)選取表

按照上述計(jì)算公式和建議選擇參數(shù)，分不同條件(工況)驗(yàn)算滑坡穩(wěn)定性和計(jì)算剩余下滑力，兩種即①天然狀態(tài)即目前條件下；②在持續(xù)降雨土體到達(dá)飽和狀態(tài)下。

計(jì)算工況①：在天然狀態(tài)條件下，選擇Ⅰ—Ⅰ′、Ⅱ—Ⅱ′為代表性剖面，經(jīng)驗(yàn)算滑坡穩(wěn)定系數(shù)K分別為1.114～1.188，表明滑坡整體目前處于基本穩(wěn)定—穩(wěn)定狀態(tài)。當(dāng)取安全系數(shù)Ks=1.20時(shí)，剩余下推力E為5.6～88.6kN/m。

計(jì)算工況②：在飽和狀態(tài)下，選擇Ⅰ—Ⅰ′、Ⅱ—Ⅱ′為代表性剖面，經(jīng)驗(yàn)算滑坡穩(wěn)定系數(shù)K分別為1.101～1.162,表明滑坡整體目前處于基本穩(wěn)定—穩(wěn)定狀態(tài)。當(dāng)取安全系數(shù)Ks=1.20時(shí)，剩余下推力E為18.5～106.8kN/m。

3.3綜合評(píng)價(jià)

從定性分析結(jié)果看，在天然狀態(tài)下，該滑坡目前處于基本穩(wěn)定狀態(tài)。若遇持續(xù)降雨或強(qiáng)(暴)降雨時(shí)，地表水不斷下滲坡體土體內(nèi)，土體含水量進(jìn)一步增加，甚至達(dá)到飽和狀態(tài)，加之坡腳排水溝不暢，地表水不斷浸潤(rùn)坡腳土體，降低阻滑力，滑坡體可能會(huì)發(fā)生蠕動(dòng)或前緣局部坍塌；滑坡體將會(huì)產(chǎn)生局部復(fù)活或大面積滑動(dòng)。從定量驗(yàn)算結(jié)果看，在天然條件下，該滑坡體穩(wěn)定系數(shù)為1.114～1.188，表明滑坡目前處于基本穩(wěn)定—穩(wěn)定狀態(tài)；遇持續(xù)降雨下滲，土體飽和條件下，該滑坡體穩(wěn)定系數(shù)為1.101～1.162,表明滑坡體處于基本穩(wěn)定—穩(wěn)定狀態(tài)。不管是從定性分析還是定量驗(yàn)算看，該滑坡體穩(wěn)定性均不滿足道路正常運(yùn)行要求，也不滿足規(guī)范要求的安全穩(wěn)定系數(shù)，道路作為建設(shè)永久性工程，其邊坡安全儲(chǔ)備不足。因此，必須引起主管單位的高度重視，并應(yīng)采取有效的防治措施。

4　結(jié)論

（1）該滑坡位于一古滑坡體上，平面形態(tài)近似舌形，軸部長(zhǎng)約60余米，寬約30～40m。以中部厚度最大即4.0m，后部厚度為1.0～1.2m，平均厚度約3.0m，滑坡總體積約6000m3，組成物質(zhì)主要為黃土狀土，屬淺層小型黃土滑坡體。

（2）經(jīng)穩(wěn)定性計(jì)算，在天然條件下滑坡整體穩(wěn)定系數(shù)K為1.114～1.188，表明滑坡處于基本穩(wěn)定—穩(wěn)定狀態(tài)。遇持續(xù)降雨或暴雨，土體達(dá)到飽和條件下，滑坡穩(wěn)定系數(shù)K為1.101～1.162，表明滑坡體處于基本穩(wěn)定—穩(wěn)定狀態(tài)。該滑坡體穩(wěn)定性均不滿足道路正常運(yùn)行要求，也不滿足規(guī)范要求的安全穩(wěn)定系數(shù)，道路作為建設(shè)永久性工程，其邊坡安全儲(chǔ)備不足。

（3）根據(jù)滑坡體目前變形破壞現(xiàn)狀及滑坡整體穩(wěn)定性狀態(tài)，在滑坡體前部，結(jié)合現(xiàn)有道路排水溝位置，滑坡治理措施建議采用重力式擋土墻，同時(shí)適當(dāng)整修邊坡，盡快修復(fù)坡體截排水系統(tǒng)，防止地表水滲入坡體，確保邊坡穩(wěn)定。

[1]余蓓，施穎鈺，戚德印.貴州省某公路滑坡的成因機(jī)理分析[J].水利科技與經(jīng)濟(jì)，2013,19（8）：59-61.

[2]中華人民共和國(guó)建設(shè)部.GB50021-2001巖土工程勘察規(guī)范[S].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2002.

[3]中交第一公路勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司.JTG C20-2001公路工程地質(zhì)勘察規(guī)范[S].北京：人民交通出版社，2011.

[4]《工程地質(zhì)手冊(cè)》編委會(huì).工程地質(zhì)手冊(cè)[M].4版.北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社.

P642.22

A

1004-5716(2015)07-0012-04

2014-12-12

2014-12-19

史志軍（1965-），男（漢族），河南靈寶人，高級(jí)工程師，現(xiàn)從事巖土工程勘察工作。