關于公路傾倒巖層滑坡的分析和計算

王文輝

(中交第二公路工程局有限公司，陜西 西安 710075)

1 項目概述

本工程實例位于貴州省沿河縣土地坳鎮(zhèn)五一村，既有高速公路以挖方路基形式從斜坡中下部通過，對應公路測設里程為K53+830～K53+958。由于該段主要地層為砂質頁巖及泥質砂巖，巖質軟，巖體破碎，加之2020年4月初持續(xù)降雨影響，2020年4月19日上午該段右側山體產生滑動變形，坡體前緣局部護面墻垮塌，后緣出現(xiàn)明顯張拉裂縫，嚴重威脅該段高速公路的運營安全。

2 滑坡地貌形態(tài)及邊界特征

該滑坡形態(tài)特征明顯，周界清晰，明顯為一山脊，主滑方向110°，與線路方向基本垂直。原設計一級為窗孔式護面墻，坡率1∶0.75，坡高8 m，二～三級錨桿框架，二級坡率1∶0.75，三級坡率1∶1.0，坡高8 m，四級人字形骨架，坡率1∶1.0，坡高8 m，五級一直到邊坡陡緩交界處，設置三維網植草。

目前滑坡后緣位于第五級邊坡后部陡緩交界處，可見錯坎，后緣及兩側裂縫目前發(fā)生貫通，前部剪出口位于第一級邊坡中上部3～4 m左右，滑坡左右以沖溝為界，坡體上植被發(fā)育。

滑坡所在坡體在區(qū)域早期構造應力及長期重力作用下，坡體上部巖體呈“傾倒”狀，傾倒巖體的表現(xiàn)特征為節(jié)理、裂隙極發(fā)育(多呈張開性裂隙，上層裂隙見粉質粘土及巖屑填充)，巖體破碎，風化作用強烈，巖質較軟(手掰易斷)，工程性質較差。該滑坡滑體主要為坡體上部傾倒變形造成的破碎巖體，物質成分為砂質頁巖、砂巖。

滑面的判斷主要根據(jù)現(xiàn)場的深孔位移監(jiān)測資料，以及鉆孔中巖層傾角陡緩程度、巖芯的破碎程度、風化程度，并結合現(xiàn)場定點測量的滑坡側界裂縫高程及滑坡前緣剪出口位置綜合判斷。根據(jù)勘察報告，滑面基本位于傾倒變形巖體與下部正常巖體的彎折面附近。

3 滑坡形成機制分析

地層原因：根據(jù)工程地質調繪及鉆探揭示可知，滑坡區(qū)存在大量的砂質頁巖，巖質軟弱，地層呈陡傾狀產出，且風化強烈，根據(jù)工程地質類比，此類地層易產生傾倒變形，工程性質較差。

區(qū)域構造影響：受區(qū)域早期構造應力及重力影響，坡體表層巖體節(jié)理裂隙極發(fā)育，風化強烈，極為破碎，巖體多呈碎、塊狀，地層工程性質較差。

雨水原因：由于該段坡體上部巖體較為破碎，節(jié)理裂隙發(fā)育，且多為張開性裂隙，坡面雨水極易沿此類裂隙入滲進入坡體內部，進而降低坡體的工程性質，加劇坡體巖層的風化作用，降低坡體的穩(wěn)定性。

根據(jù)以上原因分析，該處坡體上部為受傾倒變形影響的破碎巖體，在區(qū)內連續(xù)強降雨誘發(fā)因素的作用下，坡體前部傾倒變形基巖沿彎折面產生滑動變形，進而危及下部高速公路的安全，若不及時治理，可能牽引上部邊坡的發(fā)生滑動，造成危害性更強、規(guī)模更大的滑坡災害，治理費用更高。

4 滑坡破壞模式分析

綜合該滑坡變形特征，結合變形體發(fā)展過程和現(xiàn)場調查資料，該斜坡變形主要表現(xiàn)為地表裂縫增多，伴有局部崩塌，最終滑動面產生坍塌。因此，按照受力狀態(tài)，滑坡屬于牽引式滑坡。

5 滑坡穩(wěn)定性分析

由于該處滑體主要為受傾倒變形影響破碎的巖塊，其滑面沿傾倒變形彎折面展開，本次穩(wěn)定性參數(shù)選取主要采用反算法選取，穩(wěn)定性計算公式中需要確定的指標有：滑體的容重、滑動面(帶)土的粘聚力和內摩擦角。根據(jù)滑體巖塊容重，結合現(xiàn)場巖體的裂隙率，并類比類似滑坡的容重取值情況，本次計算滑體容重取值為：天然容重γ=21.0 KN/m3，飽和容重γsat=22.0 KN/m3；根據(jù)現(xiàn)場調查，滑坡滑動區(qū)在暴雨工況下滑動變形明顯，后緣裂縫基本貫通，因此取其在暴雨工況下處于不穩(wěn)定狀態(tài)，正常工況下處于極限平衡狀態(tài)。綜合現(xiàn)場滑坡穩(wěn)定性情況，并考慮到滑面處粘粒含量較少的特點(粘聚力≤5 KPa)，通過穩(wěn)定性反算抗剪強度參數(shù)。經計算天然狀態(tài)下粘聚力c=4.5 KPa，內摩擦角φ=23°；飽和狀態(tài)下粘聚力c=4.0 KPa，內摩擦角φ=22.7°。

根據(jù)坡體形態(tài)結構特征、地層特征綜合進行分析可知，該滑坡的潛在滑動面主要為風化界面和強風化巖體內部的軟弱面。而根據(jù)地形和變形特征析可知，滑坡整體可能沿前緣第一級護坡中間處的剪出口剪出。

根據(jù)上述情況以及滑坡變形特征，建立計算模型如圖1所示。

圖1 滑動面計算模型圖

按傳遞系數(shù)法的計算如下：

(1)穩(wěn)定性系數(shù)計算公式

式中：Wi-第i條塊的重量(KN/m)；i-第i條塊滑面傾角(°)；φi-第i條塊內摩擦角(°)；Ci-第i條塊內聚力(KPa)；Li-第i條塊滑面長度(m)；j-第i-1塊的剩余下滑力傳遞至第i塊的傳遞系數(shù)(j=i)，即j=cos(i-1-i)-sin(i-1-i)tani；Rn=Wncosntanφi+CnLn;Tn=Wnsinn。

(2)剩余推力計算公式

Ei=KsWisinαi+iEi-1-Wicosαitanφi-CiLi

式中：Ks-抗滑安全系數(shù)，取1.15、1.05和1.02分別計算。

其余符號意義同穩(wěn)定系數(shù)計算公式。

(3)計算剖面的確定

根據(jù)勘查工作的布置及該滑坡的實際情況，以風化界面為主要的潛在滑動面。

(4)荷載組合及工況的確定

①基本荷載

作用在坡體上的基本荷載有：坡體自重，降雨入滲形成的地下水靜壓力。

滑體自重：天然狀態(tài)下用天然重度計算，暴雨狀態(tài)下用飽和重度計算。

②計算工況的確定

根據(jù)《滑坡防治工程設計與施工技術規(guī)范》(DZ/T0219-2006)，計算工況分兩種：a天然狀況：自重；b暴雨狀況：自重+暴雨。

按照《巖土工程勘察規(guī)范》GB 50021-2001(2009年版)第5.7條、第5.8條的規(guī)定和《公路工程抗震規(guī)范》JTG B02-2013第1.0.5條的規(guī)定，該項目地震峰值加速度小于0.1，因此不必進行地震工況設計。

(5)防治工程等級與抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)的確定

根據(jù)滑坡危害對象、受災人數(shù)、經濟損失及施工難度按《滑坡防治工程設計與施工技術規(guī)范》(DZ/T0219-2006)規(guī)定，防治工程等級為二級，抗滑動安全系數(shù)為1.30(天然)、1.20(暴雨)。

根據(jù)上述工況、參數(shù)及計算模型，采用傳遞系數(shù)法對滑坡穩(wěn)定性進行定量計算，穩(wěn)定性計算成果見表1。

表1 穩(wěn)定性計算結果

從表1中可以看出，該滑坡目前整體在天然狀態(tài)下處于欠穩(wěn)定狀態(tài)，在暴雨狀態(tài)下處于不穩(wěn)定狀態(tài)。

6 治理工程建議

(1)由于滑坡后緣以上為傾倒巖體，為了不產生更大規(guī)模次生災害，建議采取強支擋措施對該滑坡進行治理，以保證該段高速公路的運營安全。

(2)建議對滑坡區(qū)裂縫采用粘土進行夯填，并加強滑坡區(qū)地表截排水措施。

(3)在施工中必須采取必要的安全保障措施，確保施工安全。