TerreRouge-V erdun公路CH5160段邊坡滑塌成因分析

余露，劉洪德，范金輝

（1.中國(guó)能源建設(shè)集團(tuán)湖南省電力設(shè)計(jì)院有限公司，長(zhǎng)沙410007，China; 2.中國(guó)水利水電第九工程局有限公司，貴陽(yáng)550081）

TerreRouge-V erdun公路CH5160段邊坡滑塌成因分析

余露1，劉洪德2，范金輝2

（1.中國(guó)能源建設(shè)集團(tuán)湖南省電力設(shè)計(jì)院有限公司，長(zhǎng)沙410007，China; 2.中國(guó)水利水電第九工程局有限公司，貴陽(yáng)550081）

工程邊坡往往由于工程措施失當(dāng)，在降雨觸發(fā)下演變成災(zāi)害性失穩(wěn)。結(jié)合毛里求斯共和國(guó)Ripailles地區(qū)公路邊坡滑塌實(shí)例，通過(guò)對(duì)該邊坡的滑塌演化過(guò)程及降雨入滲過(guò)程分析，為該類(lèi)邊坡的設(shè)計(jì)及后期維護(hù)提出建議。

公路邊坡;滑塌;降雨入滲

【DOI】10.13616/j.cnki.gcjsysj.2016.09.021

1 引言

TerreRouge-Verdun高速公路位于非洲毛里求斯共和國(guó)，是該國(guó)為緩解首都路易港周邊交通擁堵?tīng)顩r而修建的高速通道。由于特殊的地質(zhì)條件及氣候條件，該公路位于Ripailles地區(qū)的CH5100～CH7310段邊坡自開(kāi)挖以來(lái)不斷出現(xiàn)滑坡、垮塌等失穩(wěn)現(xiàn)象。2015年6月23日，該公路里程CH5160位置左側(cè)邊坡發(fā)生滑塌，對(duì)公路造成嚴(yán)重?fù)p毀。

2 邊坡概況

研究區(qū)邊坡位于Ripailles地區(qū)，TerreRouge—Verdun高速公路左側(cè)，為公路開(kāi)挖邊坡，坡高14.55m，分兩級(jí)放坡，一級(jí)邊坡高10m，坡度1H∶1V，二級(jí)邊坡坡度1H∶1.2V。2015年6月23日該邊坡發(fā)生滑塌，滑塌寬度25m（里程CH5135～CH5170），約3000m3土體滑入高速公路，沖毀公路中間隔離設(shè)施及路燈，造成交通中斷。

3 邊坡地質(zhì)環(huán)境條件

3.1 氣象水文

毛里求斯屬亞熱帶海洋性氣候，全年分雨季和旱季2個(gè)季節(jié)，旱季涼爽、少雨，雨季炎熱、多雨。邊坡區(qū)地處毛里求斯中部高原山地區(qū)，海拔450～500m，受海洋暖濕氣流抬升影響，該地區(qū)降雨充沛。根據(jù)毛里求斯共和國(guó)氣象局?jǐn)?shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，邊坡區(qū)2012年～2014年日降雨量超過(guò)10.0mm的天數(shù)分別為63d，68d和67d，最大1日降雨量173.8mm。邊坡滑塌當(dāng)日，該地區(qū)日降雨量90.4mm（見(jiàn)圖1）。

圖1 Ri pai l l es地區(qū)2015年6月降雨量統(tǒng)計(jì)

3.2 地形地貌

研究區(qū)位于毛里求斯中部山地地區(qū)，地形起伏，邊坡滑塌段頂部為山坡匯水地段，兩側(cè)及后部地形均較高，在該邊坡頂部形成半漏斗狀匯水溝槽。邊坡頂部設(shè)置有漿砌塊石排水溝，溝口位于CH5160位置，較寬，平面上呈扇形，縱向（垂直坡面）坡度平緩。

3.3 地層巖性

研究區(qū)地處火成巖地區(qū)，主要分布玄武巖及火山碎屑巖。邊坡地段主要由崩坡積層及玄武巖殘積層構(gòu)成，邊坡由上至下呈現(xiàn)明顯的二元結(jié)構(gòu)。上部崩坡積層厚約1.9m，呈褐色、褐黃色，含多量棱角狀-次棱角狀碎塊石，粒徑0.5～12cm，大小不一；底部為玄武巖殘積層，黃色、黃紅色，風(fēng)化不均勻，呈土狀、半巖半土狀，含風(fēng)化裂隙，局部可見(jiàn)球狀風(fēng)化形成的巖球。

4 邊坡演化過(guò)程分析

通過(guò)對(duì)邊坡的工程地質(zhì)調(diào)查，結(jié)合邊坡失穩(wěn)后坡面形態(tài)及坡體內(nèi)出露的水流通道判斷，該邊坡的滑塌經(jīng)歷了水流入滲、孔隙貫通及降雨觸發(fā)3個(gè)階段。

1）水流入滲階段：坡頂漿砌塊石截水溝溝口遭破壞或施工不規(guī)范出現(xiàn)裂縫，溝口水流未及時(shí)排出，在溝口平緩處下滲。由于坡體上部崩坡積層孔隙較多，在水流不斷下滲過(guò)程中逐漸形成穩(wěn)定的滲流通道。水體不斷向坡體深處滲透，當(dāng)?shù)竭_(dá)崩坡積層與殘積土層界面時(shí)，因殘積層滲透性相對(duì)較小，水體多沿該界面流出，但仍有局部水體向下滲透。

2）孔隙貫通階段：向下滲透的水體沿殘積層內(nèi)的風(fēng)化裂隙（孔隙）下滲，在反復(fù)的干濕交替過(guò)程中，殘積層內(nèi)的風(fēng)化裂隙（孔隙）不斷拓展，并局部形成貫通水流下滲面，隨著時(shí)間的推移，水流下滲面不斷貫通拓展。隨著水流下滲面拓展，土體抗剪強(qiáng)度降低，坡體產(chǎn)生蠕滑變形，該階段坡體表面或坡腳易形成裂縫或鼓脹變形。

3）降雨觸發(fā)階段：水流下滲通道不斷拓展過(guò)程中，遇持續(xù)強(qiáng)降雨，邊坡土體迅速?gòu)姆秋柡蜖顟B(tài)向飽和狀態(tài)轉(zhuǎn)化，重度增加，抗剪強(qiáng)度降低，同時(shí)，坡表水流沿下滲通道不斷侵蝕坡體，隨著力學(xué)強(qiáng)度降低，坡體內(nèi)抗滑力不斷減小，而土體的飽和使下滑力不斷增加，當(dāng)下滑力大于抗滑力時(shí)，在坡體產(chǎn)生突變式拉裂破壞，從而形成滑塌。

5 邊坡降雨入滲數(shù)值模擬

5.1 軟件介紹

GeoStudio系統(tǒng)軟件是加拿大GEO-SLOPE公司研制的巖土工程設(shè)計(jì)分析軟件，SEEP/W是GeoStudio系統(tǒng)軟件中非飽和土滲流方面的有限元分析模塊。SEEP/W通過(guò)定義非飽和土連續(xù)性的滲透性函數(shù)和土-水特征曲線，模擬邊坡降雨條件下的入滲情況[1]。

5.2 模擬方案

根據(jù)滑塌段邊坡特征，本次選取里程CH5160邊坡剖面，進(jìn)行計(jì)算和分析，并在SEEP/W模塊中建立降雨入滲分析計(jì)算模型，如圖2所示。

本次模擬降雨持續(xù)時(shí)間為345600s（6月20日～6月23日），降雨強(qiáng)度根據(jù)研究區(qū)氣象數(shù)據(jù)設(shè)定，采用每24h內(nèi)連續(xù)均勻降雨，如圖3所示。

圖2 邊坡SEEP/W有限元模型

圖3 模型降雨邊界條件

5.3 計(jì)算結(jié)果及分析

通過(guò)有限元計(jì)算，在連續(xù)降雨條件下，該邊坡在86400s（1d）、172 800s（2d）、259 200s（3d）、345 600s（4d）時(shí)的孔隙水壓力和水流矢量情況如圖4～圖7所示。

圖486400s孔隙水壓力和水流矢量圖

圖5 172 800s孔隙水壓力和水流矢量圖

圖6 259 200s孔隙水壓力和水流矢量圖

圖7 345 600s孔隙水壓力和水流矢量圖

數(shù)值模擬結(jié)果表明：

1）降雨初期，坡體內(nèi)水流入滲方向主要為垂直坡面向下，隨著降雨的持續(xù)，邊坡表層土體由非飽和狀態(tài)逐漸向飽和狀態(tài)轉(zhuǎn)化，在此過(guò)程中，坡體內(nèi)水的滲流主方向也逐漸由垂直坡面方向轉(zhuǎn)變?yōu)槠叫衅旅嫦蛳隆?/p>

2）當(dāng)坡表一定深度達(dá)到飽和時(shí)，由于土體基質(zhì)吸力減小，頂部大部分坡體水流沿坡表向下匯集，并在馬道以上形成較大范圍的飽和區(qū)域。

3）坡頂滲漏主方向平行坡面向下時(shí)，土體飽和區(qū)域約為坡表以下0.5m，飽和區(qū)域界限基本與地面線平行。

6 工程措施及維護(hù)建議

根據(jù)該邊坡的演化過(guò)程及降雨入滲分析，對(duì)該類(lèi)邊坡（特別是臨近邊坡段）的工程措施及維護(hù)提出如下建議。

1）截水措施：在坡頂設(shè)置截水溝，截水溝深度大于0.5m，應(yīng)采用水泥砂漿鋪面，尤其是溝口處不宜采用漿砌塊石材料；溝口處應(yīng)設(shè)置一定的坡度，有利于水流快速排出。

2）排水措施：在馬道上部坡體設(shè)置排水管，排水管長(zhǎng)度5～8m，加快水流在坡體內(nèi)的匯集，減少飽和區(qū)域的拓展。

3）坡表防護(hù)：在開(kāi)挖坡面坡表進(jìn)行植被再造，加強(qiáng)水土保持，減輕坡表風(fēng)化，減弱降雨過(guò)程中雨水的下滲。

4）巡查和監(jiān)測(cè)：對(duì)工程邊坡應(yīng)建立定期巡查排查制度，在極端條件下加強(qiáng)邊坡的巡查檢查工作，如發(fā)現(xiàn)變形跡象，應(yīng)設(shè)置監(jiān)測(cè)點(diǎn)或建立觀測(cè)站，減輕邊坡失穩(wěn)造成的損失。

7 結(jié)語(yǔ)

1）隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展，工程邊坡的失穩(wěn)問(wèn)題在各國(guó)工程建設(shè)領(lǐng)域時(shí)有出現(xiàn)。本文通過(guò)分析邊坡演化和降雨入滲過(guò)程，探討了邊坡滑塌成因，為該類(lèi)邊坡的設(shè)計(jì)及后期維護(hù)提出建議。

2）通過(guò)工程地質(zhì)調(diào)查和數(shù)值模擬，分析了邊坡滑塌成因。該邊坡的滑塌是在工程措施不合理的情況下由強(qiáng)降雨觸發(fā)的。

3）工程邊坡的失穩(wěn)往往是在人為因素和自然因素綜合作用的結(jié)果，在工程邊坡設(shè)計(jì)中應(yīng)重視邊坡的工程地質(zhì)條件，有針對(duì)性的采取工程治理措施。工程措施的失當(dāng)將加速邊坡地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生。

4）工程邊坡應(yīng)進(jìn)行定期巡查，加強(qiáng)在暴雨等極端條件下的監(jiān)測(cè)，如有變形跡象，應(yīng)及時(shí)調(diào)查分析并采取防護(hù)措施，以免造成人員和經(jīng)濟(jì)損失。

【1】余露.降雨對(duì)填方邊坡穩(wěn)定性影響研究[D].成都：成都理工大學(xué)，2012.

TheCause Analysis of landslide on Section5160 of TerreRouge-verdunRoad

YULu1，LIUHong-de2，F(xiàn)ANJin-hui2
（1.HunanElectricPowerDesignInstituteCo.,Ltd.,ChinaEnergyConstructionGroup，Changsha410007；2.SinohudroBureau9 CO.,Ltd.，Guiyang 550081,China）

Engineering slope always evolve disastrous unstabilitywhen torrential rain due to its inappropriatemeasures.This paper,takinglandslides on expressway at Ripailles,The Republic of Mauritius as example,proposes suggestions for the design and later maintenance ofslopesofthesamenatureafteranalyzingtheevolutionofslopeslideandrainfallinfiltration.

roadslope;landslide;rainfallinfiltration

U416.1+4

B

1007-9467（2016）09-0085-03

2016-05-12

余露（1986～），男，湖南長(zhǎng)沙人，工程師，從事工程地質(zhì)與地質(zhì)災(zāi)害防治研究，（電子信箱）yulu0902@qq.com。