某近水平紅層滑坡穩定性分析評價

2020-06-08 01:37:50彭海紅溫廣軍

工程與建設 2020年3期

彭海紅，溫廣軍，石川

(安徽省交通規劃設計研究院有限公司;公路交通節能與環保技術及裝備交通運輸行業研發中心,安徽合肥 230088)

0 引言

紅層主要為紅褐色、棕黃色、黃褐色的砂巖、泥質粉砂巖、泥巖互層、不等厚互層狀的碎屑沉積巖,我國四川盆地分布廣泛[1]。紅層軟巖主要指泥巖、粉砂質泥巖層具抗壓強度低、有透水性弱、遇水易軟化、失水崩解等工程特性,且對邊坡巖體穩定性起控制作用[2]。紅層是著名的易滑地層,雨季經常誘發大量滑坡災害,所以對紅層滑坡進行穩定性分析評價對工程安全性評價具有重要意義。

1 工程概況

某高速互通C匝道CK0+060-180段邊坡滑坡(表1),設計開挖路塹邊坡高度12m,一級坡坡率1∶0.75,二級坡坡率1∶1,坡面綠化防護,坡頂為山前緩斜坡地,自然坡度10°左右,寬度20～35m,后部為60°左右陡坡。施工單位開挖到設計高以上2m,發現右邊坡坡口線后30m出現一道拉裂縫,寬20～30cm,下挫高差1m左右,長度約70m,同時一級坡坡腳出現鼓脹剪切裂縫,坡腳剪出口位于全強風化層面處,同時坡面出現崩塌鼓脹破壞,開挖坡口線外發展貫通性弧形裂縫,形成工程滑坡,平面形狀如圖1所示。該段邊坡開挖邊坡長120m,高12m左右,巖性為白堊系紅褐色全、強風化泥巖、粉砂巖,巖層產狀近水平,一般5～8°,風化破碎嚴重,泥巖風化巖性軟弱,呈土狀,且遇水易崩解、軟化[3]。

表1 滑坡概況參數一覽表

圖1 滑坡形狀平面圖

2 滑坡成因分析

2.1 滑坡成因條件分析

該邊坡變形破壞主要有以下三方面的原因:

(1)地層巖性:本項目沿線主要分布紅層軟巖,巖性為侏羅系泥巖、砂巖,不等厚互層狀,軟硬相間,近水平層理,具有透水性弱,親水性強,浸水后巖體強度軟化,失水后易崩解,巖塊飽和抗壓強度較低,巖體層面之間抗剪強度低等特點;自地表往下一般分布1～2m的第四紀殘坡積粉質黏土或粉土,往下基巖為全-中風化紫紅色泥巖、砂巖互層,全風化層厚度4～6m左右,強風化層較厚(圖2)。據調查,巖層產狀290°∠5-8°,近水平,砂巖層中發育兩組節理,J1:250°∠85°,間距80cm,張開,切層發育,延展性好;J2:355°∠82°,間距120-150cm,張開,泥質充填,切層發育,延展性好;兩組陡傾角節理發育,砂巖段可見,泥巖段一般看不到,野外分析主要原因是泥巖軟弱,張性節理裂隙被風化泥巖充填所致。根據持平投影分析,巖層產狀順傾,但傾角較緩,兩組陡傾節理切割,為滑坡后緣張裂隙形成提供條件。

圖2 滑坡地質橫斷面圖

(2)人工開挖:該段邊坡自然坡面平緩,自然邊坡整體穩定,但路塹邊坡開挖切穿巖土界面,坡腳失去支撐,在卸荷變形作用下坡體內節理裂隙進一步張開拉大,特別是泥巖隱形裂隙進一步張開,為降雨下滲提供了良好通道;

(3)降雨下滲:泥巖砂巖互層邊坡在穩定狀態下盡管砂巖節理裂隙張開,但泥巖層透水性差,一般雨水下滲影響深度較淺,而坡腳開挖卸荷后,降水下滲深度加大至全強風化層面,風化層面、巖層面、地下水面三面一致,形成最危險的滑動面,以及后緣裂隙水柱壓力作用下形成滑坡[4-6]。

2.2 破壞模式分析

根據近水平紅層公路建設中路塹邊坡開挖病害的調查分析歸納出近水平紅層邊坡開挖引起的主要變形破壞形式是堆積層滑坡、順層座滑型滑坡、邊坡拉裂變形、邊坡巖體傾倒破壞。近水平紅層邊坡變形破壞的過程一般經歷開挖卸荷變形、陡傾節理發展擴大、暴雨下滲靜水壓力增加、變形破壞、趨于穩定幾個階段。該互通C匝道滑坡地層巖性為紅層盆地北部近水平的侏羅系上統蓬萊鎮組巨厚層泥巖砂巖不等厚互層,發育2組張性節理,根據以上滑坡形成條件及變形發展過程分析,該工程滑坡是以泥巖基層軟弱面為底滑面,以陡傾節理為后邊界的推移式順層滑動,作用動力為滑坡體自重和裂隙水水壓力。該互通C匝道滑坡可以定性為軟巖順層座滑型滑坡,后緣出現陡傾拉裂縫,滑面為泥巖與粉砂巖的軟硬巖土界面,滑坡后緣下座明顯,常形成較寬的拉裂縫。估計該滑坡體長20m,寬100m,高25m,體積約25 000～30 000m3。其地質結構模型圖及變形破壞模式圖如圖3所示。

圖3 滑坡機制示意圖

3 滑坡穩定性計算分析及處治建議

3.1 穩定性計算分析

根據滑坡地質模型及形成機制分析,本滑坡為巖質平面型滑坡,且地下水助滑作用大,計算須考慮地下水作用。而川北紅層盆地砂巖泥巖互層為弱含水層,特別泥巖是阻水隔水層,整體含水性貧乏,砂巖段裂隙發育,為網狀裂隙含水體,并非均一的孔隙含水體。根據巖體結構調查分析,該滑坡體張裂隙發育,暴雨時雨水入滲,坡體排水不暢,裂隙水位會短時間快速上升,在后緣裂隙水壓力下及泥巖層面地下水浮托力和滑體重力作用下,推動滑體變形。穩定性分析計算采用極限平衡分析法,計算簡化圖如圖4所示，穩定系數K計算參照《滑坡防治工程勘查規范》(DZ/T0218-2006)巖質滑坡穩定性計算方法,具體計算公式如下[7]:

圖4 滑坡計算簡化圖

其中,后緣裂縫靜水壓力:

沿滑面揚壓力:

滑帶土抗剪強度計算參數的確定主要結合土工試驗、工程地質類比及反算確定。選取穩定區塊及滑體代表性剖面,滑坡體滑面總體呈平面型,滑面短,傾角緩緩,根據滑坡穩定性參數敏感度分析,φ角取值影響大[8]。通過對滑坡調查及成因機制分析,滑坡體現處于蠕動擠壓變形階段,判斷目前天然狀態下滑坡體實際的穩定系數Fs應在1.0～1.05,反算安全系數取1.02,考慮全風化泥巖軟化后強度φ角較低,結合地區經驗及其他試驗參數,反算先確定φ,反算c值,同時對φ角取7°和6°試算,c值在3.5～8kPa,綜合考慮。

剩余下滑力計算,裂縫水位高按10m考慮(低于自然坡面2m),安全系數取1.25,計算剩余下滑力為456.5kN;若考慮地下水位與自然地面齊平(裂縫水位高按12m),計算剩余下滑力為711kN;考慮減載2m厚,裂縫水位高按8m考慮(低于減載后坡面2m),安全系數取1.25,計算剩余下滑力為240kN。滑坡穩定性計算及剩余推力結果見表2。

表2 計算斷面CK0+120

3.2 滑坡處治建議

考慮地下水作用對本類小型滑坡體穩定性影響極大,若不考慮地下水作用,則滑坡體處于穩定狀態,不會產生滑移失穩災害。可見地下水水頭壓力作用很大[9],后緣適當刷坡減災,一方面減小滑坡體重量,另一方面降低后緣地下水頭高度,對滑坡穩定十分有利。此類滑坡治理的關鍵是做好截排水工作,以降低地下水位,可減小抗滑支擋力及工程措施,降低滑坡治理費用。

根據滑坡剩余推力計算,為456kN/m,若刷坡減災2～3m,同時做好截排水工作,使滑坡體內地下水位低于減載后坡面2m,計算剩余推力只有240kN/m,可降低擋墻高度及截面尺寸,大大降低滑坡治理工程費用,且施工快捷安全,經綜合方案比選,本滑坡采用擋墻支擋+刷坡減載方案,同時在滑動面處設一排深層仰斜排水孔,坡面封水綠化,并做好坡面截排水措施[10]。