某山區公路碎石土滑坡成因及穩定性分析

何維山，唐俊，宋正輝

摘? 要：以皖南山區某工程滑坡為研究對象，結合地質勘察成果，從地形地貌、地層巖性、地質構造、水文地質條件及工程施工等方面分析了滑坡的成因.基于傳遞系數法分別計算原地面、開挖后邊坡在天然狀態和飽水狀態下的穩定性系數.結果表明：原地面自然邊坡基本穩定;工程施工后，邊坡天然狀態下穩定系數Fs為1.164，基本穩定;遇暴雨或連續陰雨的飽水工況下，抗滑總力下降約6.3%，下滑總力增加約9.2%，穩定性系數Fs為0.998，會再次發生滑動.

關鍵詞：山區公路;碎石土;滑坡;穩定性;傳遞系數法;邊坡

中圖分類號：U416.163? ? ? ? ? ?DOI：10.16375/j.cnki.cn45-1395/t.2021.04.015

0? ? 概述

在山區修筑公路，因地層巖性，地質構造復雜，地形條件變化大，加上工程施工，常引發滑坡地質病害[1-12].

影響邊坡穩定性的因素分為內因和外因，其中內因主要為地形條件和地質條件，外因為降水、地震和人類活動影響[13];降雨是滑坡災害產生的主要誘因之一[14];大面積臨空是造成公路路基失穩的主要原因[15].

皖南山區某一級公路K10+404大橋于2017年11月—12月進行便道施工，2018年9月進行樁基施工.2019年5月左側邊坡發生滑坡，給橋梁和后期公路運營帶來危害，影響高速公路的正常通行和使用壽命，危及生命財產安全.本文就該滑坡的成因及原地面、邊坡開挖后的穩定性進行深入分析，對與公路斜坡相關的設計和施工具有借鑒意義.

1? ? 滑坡工程地質特征

根據地質勘察，滑坡處地形總體趨勢上陡下緩，滑坡前后緣距離50～60 m，兩側距離60～100 m，面積約2 800 m2.后緣位于K10+404大樁號左側邊坡3級坡臺階處，后緣錯落10～20 cm，裂隙寬度約15～20 cm，裂隙近垂直地面，剪出口因受到較長時間的沖刷，特征不明顯，但坡體下方見明顯滑塌堆積體.滑坡體主要由碎石土組成，近似扇形，厚度一般為5～7 m，最大厚度為8～10 m，體積約1.8[×]104 m3.滑動面呈折線型，碎石土為松散狀，透水性較強.在地下水的作用下，滑坡體主要沿碎石土和強風化砂巖界面滑動，屬于小型中層牽引式堆積層滑坡.滑坡相關特征圖如圖1、圖2所示.

2? ? 滑坡成因分析

2.1? ?地形地貌因素

滑坡區屬皖南中低山區，地貌特征為上部較陡、下部較緩，原地貌自然邊坡基本穩定.邊坡開挖后，在路線左側形成了3級高約8 m、坡度約50°的陡傾臨空面，同時滑坡體兩側地形較中部高，呈“U”型，有利于地表水及地下水的匯集，惡化了滑坡區的水文地質條件.

2.2? ?地層巖性、地質構造因素

滑坡段發育F1斷層，致原基巖較破碎.經進一步風化、搬運后，在場地形成較厚的殘坡積成因的碎石土，呈松散狀，具孔隙比大、透水性較好、抗剪強度較低等特征.其天然狀態性質一般，遇水則導致強度進一步下降，易于產生滑坡.下伏基巖工程性質較好.

2.3? ? 水文地質條件

水是誘發滑坡形成的主要外在因素.滑坡體段的地形、地層條件利于地表水的匯集與地下水的下滲.2017年11月—2018年9月經歷過雨雪天氣，尤其是持續暴雨，大量雨水的滲入降低了土體抗剪強度，同時地表水和地下水的滲入增加了土體重量，這是滑坡形成的重要原因.

2.4? ?工程施工因素

由于橋梁左側邊坡的施工切坡破壞了原坡體應力平衡，降低了坡體阻滑段抗滑力，加之坡體開挖后未及時進行防護，上部開挖后棄渣未及時運出坡體（2級坡可見部分棄渣堆積于坡體上），上部截排水措施不及時，致滑坡體長時間處于臨滑狀態，最終在地下水的不利作用下引發了滑坡.

3? ? 穩定性分析

3.1? ?定性分析評價

滑坡體主要由碎石土組成，呈松散狀，厚度較大，孔隙比大，透水性較好，抗剪強度較低，工程性質差，下伏基巖工程性質好.在暴雨或連續陰雨條件下，大部分降水入滲坡體，降低土體抗剪強度，增加滑坡體重量，同時增加動水壓力，使邊坡穩定性變差，坡體上陡下緩，兼之施工切坡，降低阻滑段抗滑力.各不利因素綜合作用導致滑坡的發生.

3.2? ?定量分析評價

1）模型的概化

由于滑坡體的空間形態較為復雜，同時滑坡體內物質組成亦不盡相同，為一各向異性介質，因此，為便于常規的力學計算，對計算對象進行如下假定： ①假定滑床為標準折線形且單折線滑面的力學性能均一;②按折線形狀將滑坡劃分塊段，且各塊段內物理力學指標各向同性;③滑坡按整體滑移考慮;④暫不考慮地震力及動、靜水壓力.

2）滑坡巖土的物理力學指標

計算斷面是結合經驗和工程類比分析，按照相關規范綜合選取強度參數.由于該邊坡難以形成穩定的地下水位，暴雨工況強度參數按照正常工況的強度參數進行折減.各斷面的強度參數取值如表1所示.

3）穩定性計算評價

條塊劃分如圖3所示.

計算公式[16]如式（1）—式（3）所示：

[Fs=j=1n-1（Rij=1n-1ψj）+Rnj=1n-1（Tij=1n-1ψj）+Tn]? ? ? ? ? ? ? ? ?（1）

[ψj=cos（θi-θi+1）-sin（θi-θi+1）tanφi+1]? ? ?（2）

[Ri=Nitanφi+CiLi]? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（3）

式中：[Fs]為穩定系數;[Ri]為作用于第[i]塊的抗滑力，kN/m;[ψj]為第[i]塊段的剩余下滑力傳遞至[i+1]塊段時的傳遞系數，[j=i];[Ti]為作用于第[i]塊滑動面上的滑動分力，kN/m;[θi]為第[i]塊段滑動面與平面的夾角（°）;[φi]為第[i]塊段土的內摩擦角（°）;[Ni]為第[i]塊段滑動面的法向分力，kN/m;[Ci]為第[i]塊段土的黏聚力，kPa;[Li]為第[i]塊段滑動面的長度，m.

穩定性計算結果見表2—表3.

根據穩定性計算結果，可以判明原地面在天然狀態、暴雨或連續陰雨狀態下處于穩定狀態;施工后在未設置防護的前提下，邊坡在天然狀態下處于穩定狀態，如遇暴雨或連續陰雨狀態，會再次發生滑動.

相對于天然狀態，原地面或開挖后邊坡在飽水狀態下抗滑總力下降，下滑總力增加.其中，原地面飽水狀態相對于天然狀態抗滑總力下降約4.9%，下滑總力增加約9.1%;但開挖后飽水狀態下的抗滑總力下降約6.3%，下滑總力增加約9.2%.可見邊坡開挖后未進行及時防護時，地形、地層、構造、水等因素的綜合影響引起抗滑總力下降和不足，導致滑坡的形成.

4? ? 結語

1）從工程地質條件、施工等方面分析了滑坡的成因，并通過原地面和邊坡開挖后穩定性系數的定性、定量分析，給出了坡體的穩定性評價.

2）山區公路地質條件復雜，邊坡開挖后破壞原有坡體平衡結構，防護不及時將對邊坡的穩定性產生不良影響，嚴重時可能引發工程滑坡，后續類似工程應引以為戒.

3）邊坡開挖后未進行及時防護時，在地形、地層、構造、水等因素綜合影響下，引起抗滑總力的下降和不足，導致滑坡的形成.

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Causes and stability analysis of gravel soil landslide on a mountain road

HE Weishan， TANG Jun， SONG Zhenghui

（Anhui Transport Consulting & Design Institute Co.， Ltd. ， Hefei 230088， China）

Abstract： Taking an engineering landslide in the mountainous area of Southern Anhui Province as the research object， combined with the geological survey results， the causes of landslide are analyzed from the aspects of topography， stratigraphic lithology， geological structure， hydrogeological conditions and engineering construction. Based on the transfer coefficient method， the stability coefficients of the? ? ? original ground and the slope after excavation in the natural state and the saturated state are calculated. The results show that the natural slope of the original ground is basically stable. After the construction， the slope is basically stable in the natural state with the slope stability coefficient Fs 1.164. In case of the saturated condition of rainstorm or continuous rain， the slope will slide again with the decrease of? ?total sliding resistance force by 6.3%， the increase of total sliding force by 9.2%， the slope stability? ? ? coefficient Fs 0.998.

Key words： mountain road; gravel soil; landslide; stability; transfer coefficient method; side slope

（責任編輯：黎? ?婭）