貴州某高速公路滑坡工程地質評價及穩定分析

馮祿卿， 劉 潔

(河南省交通規劃設計研究院股份有限公司，河南 鄭州 451450)

0 引 言

本文研究的滑坡位于貴州省某高速公路,該滑坡位于K35+270-K35+540高填路堤之上,滑動方向為從路堤西側往東側方向，如圖1所示。在碎石樁施工完92 684 m后,填方填筑高度約14 m處時,填方段及東側至19-3#棄土場下方范圍出現滑移開裂、地表7棟村民房屋出現不同程度受損、煤礦進場道路隆起開裂,煤礦進場道路至19-3#棄土場之間范圍地表開裂隆起,路堤主線邊坡、護腳墻、涵洞、原煤礦進場道路,均出現不同程度的變形、破壞。

圖1 滑坡區地形地貌

1 工程概況

1.1 地形地貌

滑坡位于高填路堤段。該處山體陡峻,為剝蝕中山地貌[2],原始地面斜坡較陡,坡度18～37°,植被發育一般,主要以樹木為主,中下部種有農田,主要以玉米、煙葉為主,斜坡上有基巖出露,而現狀高填路堤邊坡已形成。高填路堤施工之后,在2015年底一場大雨之后路堤主線邊坡、護腳墻、涵洞、原煤礦進場道路,均出現不同程度的變形、破壞。滑坡分布高程在1 779.77～1 715.83 m,相對高差64 m。滑坡整體坡度約15°,頂部填方區坡度較陡,臺階坡度40～45°,四級邊坡整體坡度22～25°,中下部相對較緩為3～5°。

1.2 地層巖性

1.2.1 第四系全新統人工填土層(Q4ml)

填筑土:雜色、灰色,路基填方,結構松散～稍密,填料以碎石塊為主,碎石成份以砂巖、灰巖為主,碎石含量70%～80%,砂質充填。

雜填土:雜色,結構松散,成分雜亂無序,主要以粉質黏土、碎石塊為主,碎石含量為20%～40%,碎石成分以砂巖、灰巖為主,砂質充填。

1.2.2 第四系全新統人工坡積層(Q4dl)

粉質黏土:黃褐色,黑褐色，可塑，韌性一般，切面稍有光澤,無搖振反應,夾少量角礫碎石,其含量小于20%。

粉質黏土夾碎石層:黑褐色,黃褐色,結構松散,粉質黏土以可塑為主,含粉粒和砂礫較多,夾碎石,碎石成分以砂巖為主,含黏性土,碎石一般粒徑為2～6 cm,碎石含量30%～40%,碎石呈棱角狀,磨圓度較差。

1.2.3 二疊系上統龍潭組(Pl2)

主要由灰色、黃褐色黏土巖、頁巖、砂質頁巖、細砂巖、粉砂巖及煤層巖組成,含煤30～50層,可采煤8～21層。本組厚度為165～480 m;巖性主要為砂質泥巖,強風化～中風化,暗紫色或灰色,中～厚層狀,泥質結構。風化裂隙不發育,巖體較破碎～破碎,巖芯多呈短柱狀、長柱狀,少量塊狀,巖質較軟。

1.3 地質構造及地震

1.3.1 斷層

場區附近發育F17正斷層,距離路基100～150 m,走向NE62°,傾向NW,傾角80°,破碎帶寬度1.0～5.0 m,破碎帶特征為構造角礫巖夾斷層泥。

1.3.2 巖層產狀和裂隙

場區F17斷層上盤產狀為142°∠12°,且發育兩組裂隙,分別為:①310°∠80°,裂面粗糙,延伸長度0.5～1.0 m,發育間距0.2～0.4 m,微張,局部粉質黏土充填;②195°∠86°,裂面粗糙,延伸長度0.3～0.6 m,發育間距0.2～0.4 m,微張,局部粉質黏土充填。

F17斷層下盤產狀為190°∠21°,且發育兩組裂隙,分別為①170°∠82°,裂面粗糙,延伸長度0.5～1.3 m,發育間距0.7～1.0 m,微張,局部粉質黏土充填;②75°∠82°,裂面粗糙,延伸長度0.1～0.4 m,發育間距0.3～0.7 m,微張,局部粉質黏土充填。

1.3.3 地震

據歷史記載,工程區及其鄰近地區自14世紀以來,曾多次發生地震,地震較強的地區位于普安山字形西翼反射弧與新華夏系的活動斷層帶上。據《中國地震動參數區劃圖》(GB 18306-2001),工程區地震動峰值加速度為0.05g(對應的地震基本烈度為6度),地震動反應譜特征周期為0.45 s,設計地震分組為第三組。

1.4 水文地質條件

場區溝谷分布眾多季節性沖溝,絕大部分為干溝,僅在暴雨季節方有地表徑流。滑坡后緣可見泉水水井出露。

滑坡區部分原始地貌為山體斜坡,為粉質黏土夾碎石土層,透水性較好,在接收大氣降水補給后,大部分以面流形式向下排泄,部分入滲后,也向下運移,并向沖溝排泄,最終排向河流。根據鉆孔資料,地下水位為2.3～7.8 m。

2 滑坡地質評價

滑坡后緣出現輕微錯動變形極限,小平臺處出現2條裂縫,前緣和兩側均未見有變形跡象,現狀條件下滑坡整體基本穩定。但在滑坡坡度較陡處,中上部堆積厚度較大,根據鉆探和地面調查,該滑坡有較明顯的推移特征,可見該滑坡尚處于發育發展初期,在有利的條件下滑面將逐漸形成,滑坡有進一步發育發展的可能。

圖2 滑坡剖面圖

3 滑坡穩定性計算

本次選擇滑坡主滑方向縱剖面1-1′作為計算剖面,如圖2所示。滑坡條塊劃分主要考慮滑動面傾角及地形變化,將1-1′滑坡變形堆積區分成7個條塊,如圖3所示。在計算中,條塊面積和滑動面長度、滑面傾角等形態參數均從1∶1000工程地質剖面圖上直接量取。

圖3 計算模型

3.1 計算工況

勘察區屬強震外圍區,屬地震基本烈度為6度區,按規范無須考慮地震因素對滑坡穩定性的影響;斜坡前緣開挖及降雨也會對斜坡的穩定性產生較大影響。故本次考慮2種工況:① 工況1,天然狀態;②工況2,暴雨狀態[2]。

3.2 荷載組合

(1) 自重:基本荷載主要為斜坡體自重。

(2) 地下水作用力:斜坡體主要為滲透性較強的碎石土、塊石土,降雨容易在斜坡入滲。因此,計算時應考慮暴雨對斜坡體穩定性的影響。

3.3 計算參數的確定

本次滑坡穩定性計算參數(表1)的確定采用室內土工實驗和工程地質類比相結合的方式進行綜合確定。

表1 滑帶土容重、抗剪強度參數取值表

3.4 滑坡穩定性計算方法及公式

滑坡為堆積層滑坡,滑動面呈折線型,故可采用傳遞系數法公式進行穩定性驗算[3]。

(1)穩定系數計算公式:

K=∑n-1i=1(((Wi((1-rU)cosαi-Asinαi)-RDi)tanφi+CiLi)∏n-1j=iψj)+Rn∑n-1i=1((Wi(sinαi+Acosαi)+TDi)∏n-1j=iψj)+Tn

式中:Wi為第i條塊的重量,kN/m;Ci為第i條塊的內聚力,kPa;φi為第i條塊內摩擦角,(°);Li為第i條塊滑面長度,m;αi為第i條塊滑面傾角,(°);βi為第i條塊地下水流向,(°);A為地震加速度,g;K為穩定性系數。

其中:Rn=(Wn(1-rU)cosαn-Asinαn)-RDn)tanφn+CnLn;

Tn=(Wn(sinαn+Acosαn)+TDn;

滲透壓力平行滑面的分力:TDi=γwhiwLitanβicos(αi-βi);

滲透壓力垂直滑面的分力:RDi=γwhiwLitanβisin(αi-βi);

傳遞系數:ψi=cos(αi-αi+1)-sin(αi-αi+1)tgφi+1;

(2)剩余下滑力計算公式:

Pi=Pi-1×ψi-1+Fst×Ti-Ri

式中:Pi、Pi-1為第i條塊、第i-1條塊的剩余下滑力,kN/m,如果Pi-1<0,則計算Pi時式中Pi-1取0;Fs t為滑坡剩余下滑力計算安全系數。

下滑力:Ti=Wi(sinαi+Acosαi)+γwhiwLitanβicos(αi-βi);

抗滑力:Ri=Wi(cosαi+Asinαi)-NWi-γwhiwLitanβicos(αi-βi)tanφi+CiLi。

4 滑坡穩定性計算結果

通過對選定計算方法及參數,以1-1′縱剖面作為最不利計算剖面,分別計算該條剖面中滑面在天然狀態、飽和狀態下的穩定性。并分別計算自重、自重+暴雨工況下安全系數Fs t=1.10、1.15、1.20、1.25的剩余下滑力。計算結果見表2、表3。

表2 滑坡1-1’剖面滑體自重工況下滑坡推力計算結果表

表3 滑坡1-1’剖面滑體自重+暴雨工況下滑坡推力計算結果表

通過以上計算分析,滑坡整體現狀條件下自重工況下K值為1.138,處于基本穩定狀態;自重+暴雨工況下K值為1.007,處于欠穩定狀態[4],滑坡在這2種工況下均可能發生輕微蠕動變形。

取安全系數為1.2時[2],在暴雨工況下6號塊剩余下滑力為2 458 kN/m,滑坡深度約11 m,設計以剩余下滑力2 458 kN/m控制。建議在坡腳進行填土3～5 m反壓,再設置抗滑樁,抗滑樁采用方形截面,截面尺寸3 m×4 m(沿滑坡推力方向長度為4 m),樁間距6 m,共設置24根樁,最長樁長26 m,最短樁長18 m。

5 結 論

根據以上滑坡穩定性分析可以得出以下結論:

(1) 該滑坡為沉降-推移式滑坡,高填路堤位于滑坡后緣,會發生沉降變形,對滑坡后緣有加載作用,將進一步加大滑坡后緣的下滑推力,對滑坡穩定性不利。

(2) 通過計算分析,滑坡自重工況下K值為1.138,處于基本穩定狀態,自重+暴雨工況下K值為1.007,處于欠穩定狀態在,滑坡在這2種工況下均可能發生輕微蠕動變形。穩定性計算結果與現場調查的結論基本一致,說明參數取值是基本合理的。

(3) 原地基處理采用碎石沖擊樁,可提高地基承載力不足,但對斜坡路段的路基穩定性提高有限。

(4) 在擬建公路左側,滑坡中下部部采用填土反壓+抗滑樁進行支護,對滑坡起到良好的支護作用下,滑坡將逐漸穩定。