TerreRouge-V erdun公路CH5160段邊坡滑塌成因分析

余露，劉洪德，范金輝

（1.中國能源建設集團湖南省電力設計院有限公司，長沙410007，China; 2.中國水利水電第九工程局有限公司，貴陽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.中國能源建設集團湖南省電力設計院有限公司，長沙410007，China; 2.中國水利水電第九工程局有限公司，貴陽550081）

工程邊坡往往由于工程措施失當，在降雨觸發下演變成災害性失穩。結合毛里求斯共和國Ripailles地區公路邊坡滑塌實例，通過對該邊坡的滑塌演化過程及降雨入滲過程分析，為該類邊坡的設計及后期維護提出建議。

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，是該國為緩解首都路易港周邊交通擁堵狀況而修建的高速通道。由于特殊的地質條件及氣候條件，該公路位于Ripailles地區的CH5100～CH7310段邊坡自開挖以來不斷出現滑坡、垮塌等失穩現象。2015年6月23日，該公路里程CH5160位置左側邊坡發生滑塌，對公路造成嚴重損毀。

2 邊坡概況

研究區邊坡位于Ripailles地區，TerreRouge—Verdun高速公路左側，為公路開挖邊坡，坡高14.55m，分兩級放坡，一級邊坡高10m，坡度1H∶1V，二級邊坡坡度1H∶1.2V。2015年6月23日該邊坡發生滑塌，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施及路燈，造成交通中斷。

3 邊坡地質環境條件

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個季節，旱季涼爽、少雨，雨季炎熱、多雨。邊坡區地處毛里求斯中部高原山地區，海拔450～500m，受海洋暖濕氣流抬升影響，該地區降雨充沛。根據毛里求斯共和國氣象局數據統計，邊坡區2012年～2014年日降雨量超過10.0mm的天數分別為63d，68d和67d，最大1日降雨量173.8mm。邊坡滑塌當日，該地區日降雨量90.4mm（見圖1）。

圖1 Ri pai l l es地區2015年6月降雨量統計

3.2 地形地貌

研究區位于毛里求斯中部山地地區，地形起伏，邊坡滑塌段頂部為山坡匯水地段，兩側及后部地形均較高，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

研究區地處火成巖地區，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成，邊坡由上至下呈現明顯的二元結構。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，風化不均勻，呈土狀、半巖半土狀，含風化裂隙，局部可見球狀風化形成的巖球。

4 邊坡演化過程分析

通過對邊坡的工程地質調查，結合邊坡失穩后坡面形態及坡體內出露的水流通道判斷，該邊坡的滑塌經歷了水流入滲、孔隙貫通及降雨觸發3個階段。

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范出現裂縫，溝口水流未及時排出，在溝口平緩處下滲。由于坡體上部崩坡積層孔隙較多，在水流不斷下滲過程中逐漸形成穩定的滲流通道。水體不斷向坡體深處滲透，當到達崩坡積層與殘積土層界面時，因殘積層滲透性相對較小，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的風化裂隙（孔隙）下滲，在反復的干濕交替過程中，殘積層內的風化裂隙（孔隙）不斷拓展，并局部形成貫通水流下滲面，隨著時間的推移，水流下滲面不斷貫通拓展。隨著水流下滲面拓展，土體抗剪強度降低，坡體產生蠕滑變形，該階段坡體表面或坡腳易形成裂縫或鼓脹變形。

3）降雨觸發階段：水流下滲通道不斷拓展過程中，遇持續強降雨，邊坡土體迅速從非飽和狀態向飽和狀態轉化，重度增加，抗剪強度降低，同時，坡表水流沿下滲通道不斷侵蝕坡體，隨著力學強度降低，坡體內抗滑力不斷減小，而土體的飽和使下滑力不斷增加，當下滑力大于抗滑力時，在坡體產生突變式拉裂破壞，從而形成滑塌。

5 邊坡降雨入滲數值模擬

5.1 軟件介紹

GeoStudio系統軟件是加拿大GEO-SLOPE公司研制的巖土工程設計分析軟件，SEEP/W是GeoStudio系統軟件中非飽和土滲流方面的有限元分析模塊。SEEP/W通過定義非飽和土連續性的滲透性函數和土-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

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

本次模擬降雨持續時間為345600s（6月20日～6月23日），降雨強度根據研究區氣象數據設定，采用每24h內連續均勻降雨，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 計算結果及分析

通過有限元計算，在連續降雨條件下，該邊坡在86400s（1d）、172 800s（2d）、259 200s（3d）、345 600s（4d）時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

數值模擬結果表明：

1）降雨初期，坡體內水流入滲方向主要為垂直坡面向下，隨著降雨的持續，邊坡表層土體由非飽和狀態逐漸向飽和狀態轉化，在此過程中，坡體內水的滲流主方向也逐漸由垂直坡面方向轉變為平行坡面向下。

2）當坡表一定深度達到飽和時，由于土體基質吸力減小，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域。

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

6 工程措施及維護建議

根據該邊坡的演化過程及降雨入滲分析，對該類邊坡（特別是臨近邊坡段）的工程措施及維護提出如下建議。

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

2）排水措施：在馬道上部坡體設置排水管，排水管長度5～8m，加快水流在坡體內的匯集，減少飽和區域的拓展。

3）坡表防護：在開挖坡面坡表進行植被再造，加強水土保持，減輕坡表風化，減弱降雨過程中雨水的下滲。

4）巡查和監測：對工程邊坡應建立定期巡查排查制度，在極端條件下加強邊坡的巡查檢查工作，如發現變形跡象，應設置監測點或建立觀測站，減輕邊坡失穩造成的損失。

7 結語

1）隨著經濟社會的發展，工程邊坡的失穩問題在各國工程建設領域時有出現。本文通過分析邊坡演化和降雨入滲過程，探討了邊坡滑塌成因，為該類邊坡的設計及后期維護提出建議。

2）通過工程地質調查和數值模擬，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降雨觸發的。

3）工程邊坡的失穩往往是在人為因素和自然因素綜合作用的結果，在工程邊坡設計中應重視邊坡的工程地質條件，有針對性的采取工程治理措施。工程措施的失當將加速邊坡地質災害的發生。

4）工程邊坡應進行定期巡查，加強在暴雨等極端條件下的監測，如有變形跡象，應及時調查分析并采取防護措施，以免造成人員和經濟損失。

【1】余露.降雨對填方邊坡穩定性影響研究[D].成都：成都理工大學，2012.

TheCause Analysis of landslide on Section5160 of TerreRouge-verdunRoad

YULu1，LIUHong-de2，FANJin-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，湖南長沙人，工程師，從事工程地質與地質災害防治研究，（電子信箱）yulu0902@qq.com。