含軟弱夾層邊坡穩定性分析及防治

袁超 湯新能 楊龍 霍振升

K81+750段左側含軟弱夾層高質邊坡，對含軟弱夾層邊坡作了深入的研究和探討，并進行了穩定性評價、對防治方案前后進行了計算研究。對比不同計算方案結果，綜合考慮滑坡規模、安全風險、施工條件、工程造價等，坡面均采用現澆混凝土拱形格+支撐滲溝防護，坡體采用抗滑樁進行支護，可以有效防治含軟弱夾層邊坡失穩。

關鍵詞 山區高速;軟弱夾層;滑坡;穩定性分析

中圖分類號 P642 文獻標識碼 A 文章編號 2096-8949（2022）04-0105-03

0 引言

研究區高邊坡位于設計樁號K81+420～K81+750段左側，小里程端處為天橋，大里程端連接路基段。2020年2月前該段已完成開挖，路塹墻基本施作完成，由于非法開采該路段煤質土，左右側邊坡發生大面積的坍塌破壞，并形成天然集水坑，浸泡路基使其松軟。1月20日左側邊坡發生坍塌破壞，K81+620左側路塹墻已被推翻，多處路塹墻出現錯臺現象，左側坡頂發生開裂下沉，最外側縱向開裂距邊坡頂約120 m，縱向裂縫連續長度約400 m。該段邊坡頂及左側房屋裂縫存在持續擴大的跡象，存在較大安全隱患。

為了滿足擬建線路設計要求，使工程順利進行，亟需查明影響線路的滑坡問題，采用工程地質調繪、鉆探、原位測試及室內巖土試驗等綜合勘察手段，對滑坡體進行了專項工程地質勘察工作。

1 工程地質條件

項目區屬低緯山地亞熱帶季風氣候，年溫差小，日溫差大;降水充沛，分布不均，具有夏季多雨、降雨連續集中、強度大、突發性強等特點，是誘發本區地質災害的主控因素之一，對該邊坡工程建設影響較大。根據地質調繪、鉆探及施工揭露，滑坡區覆蓋層主要由第四系殘坡積粉質黏土、煤層及殘積粉質黏土組成，下伏基巖為第三系上新統泥巖等。

滑坡區地貌單元屬構造剝蝕山地地貌區，坡度18～40°，滑坡中部及上部較平緩，坡度約14～22°，坡腳較陡，滑坡下方即為設計道路，坡腳處線路走向約302°，兩者接近直交。

2 滑坡基本特征

2.1 滑坡變形特征

滑坡主體為自然邊坡，平面面積4.4×104 m2，主滑動方向約37°，滑體后緣厚度約8～16 m，中部約15～25 m，前部約10～18 m，平均埋深約17～22 m，滑坡體方量約8.1×105 m3。前后緣相對高差約21 m，坡體中部-后緣地形較緩，坡腳范圍地形較陡，局部坡度超過40°，平面呈平舌狀，剖面上呈近似折線型。

滑坡上方后緣位置處有開裂點，大部分地段見裂縫，在鉆孔周圍見大范圍塌方變形，局部變形十分嚴重。受暴雨及削坡的影響，邊坡產生了坍塌滑動變形，降雨導致巖土體抗剪強度顯著降低，邊坡出現了明顯的失穩滑動跡象。滑坡基本上以后緣及兩側位置處開裂點和裂縫線為界，滑坡整體呈平舌狀展布，剪出口位置位于設計公路上方。

2.2 滑坡成因分析

滑坡是由外界環境改變導致巖土體性質變化，致使坡體剪切破壞產生的。當巖土體自身力學平衡被打破，邊坡就會產生變形破壞。滑坡的控制因素主要包括巖土體自身性質、外部降雨及人工擾動等，各種因素綜合影響著邊坡力學平衡[1-3]，具體致災機理分析如下：

首先，從物質構成上看：滑坡地層主要由殘坡積粉質黏土夾煤層構成，滑動軟弱面基本上分布在黏土層及煤層中，土層受長期或者突發強降雨影響后，軟弱土黏結強度及抗剪強度下降，對邊坡的穩定性產生不利的影響，上部覆土層重量不足以產生下滑，裂隙逐漸貫穿至一定深度后，加上坡腳削坡，上部滑體失去支撐而發生滑動破壞，繼而發生牽引式整體破壞，從而形成滑裂面。

其次，從坡體變形活動歷史上看，當形成軟弱帶后，局部的微變形是持續進行的，土體的抗剪強度大為弱化。人工削坡過程中，坡腳開挖深度范圍內的抗滑力逐步消失，變形明顯，表現為各類滑坡裂縫（拉張、剪切、鼓脹）持續發展，滑坡下移加劇。由此可見，人類工程活動及降雨的影響，是滑坡變形破壞的主要外在因素。

從滑坡區水文地質條件分析，滑坡處于山坡中下部，有利于坡面地表水匯集，該區域表層的粉質黏土滲透性較弱，局部中等。降雨是影響地下水動態變化的主要因素，地下水位頻繁的升降，改變了上覆土體的狀態和強度，降雨入滲作用使得邊坡土體抗剪強度急劇下降，進一步弱化了滑動面的抗剪性能，加劇了滑坡發生可能;另外降水還直接增加了滑坡體重量和降低滑動面抗滑力，局部含黏粒較高的部位易形成包水帶，亦增加了下滑力，同樣加速了滑坡的形成與發展。

現場調查表明，坡腳處見路塹墻傾覆，滑坡后緣位置處見有開裂點，大部分地段見裂縫，在鉆孔周圍見大范圍塌方變形，局部變形十分嚴重。受暴雨及削坡的影響，隨著坡腳開挖、卸荷力逐漸增大，導致坡腳抗滑力不斷減少，在上部巖土體下滑力持續作用下，坡體局部出現變形、蠕動，內部較薄弱層逐步形成貫穿型裂縫，坡腳重載擾動、降雨等作用都加劇了滑坡的變形發展，直至失穩破壞。

3 滑坡穩定性分析

3.1 計算剖面的確定

結合現場踏勘和地質資料，類比K81+420-K81+750滑動所分析滑面，滑坡穩定性分析采用傳遞系數法分條塊計算滑坡各段剩余推力，根據鉆孔揭露地層情況繪出滑坡最危險滑動計算剖面。

試驗選用K81+520剖面、K81+620剖面和K81+680剖面作為計算剖面，根據實測地面線和潛在滑面線進行條塊劃分，為計算剩余下滑力提供數據。根據地勘鉆孔及地質調查成果，對三個斷面現狀潛在滑面進行反演，以暴雨工況穩定系數0.95～1.05為反演條件，參考當地經驗數據及接近滑坡體中滑動土所取試樣的試驗數據，確定滑帶土力學強度取值。天然重度取19.5 kN/m3、飽和重度取20.0 kN/m3;滑面抗剪強度指標：正常工況粘聚力25.40 kPa、內摩擦角5.76°;暴雨工況粘聚力23.50 kPa、內摩擦角4.6°。上述巖土體重度為取樣試驗值，通過對比，計算所得的抗剪強度參數與取樣試驗值基本一致。

3.2 計算工況

正常工況：自重;非正常工況Ⅰ：自重+暴雨;非正常工況Ⅱ：自重+地震。根據相關設計規范對抗震穩定性計算的有關規定，選擇的計算安全系數如下：正常工況安全系數取1.25，暴雨工況安全系數取1.15，地震工況安全系數取1.05。計算查閱規范，得出水平地震作用系數為0.06g。根據邊坡區的破壞邊界條件和可能失穩方式，滑坡沿最危險滑動面滑動，按此破壞模式，根據公路路基設計規范中傳遞系數法公式計算[4-5]。

根據圖1、圖2、圖3計算結果，可以看出，在正常工況，滑坡處于基本穩定狀態，在暴雨及地震工況，滑坡處于欠穩定或不穩定狀態，因此需要對該滑坡進行治理。

設計采用方形抗滑樁對滑坡進行治理。K81+420～K81+680左側滑坡后緣裂縫距離邊坡坡頂較遠，在10 m平臺上設置雙排1.5*2.0 m方形抗滑樁、梅花形布設，樁后平臺寬2 m、樁間距5 m、樁長25 m，共103根;K81+680～K81+750左側滑坡后緣裂縫距離邊坡坡頂較近路段，在10 m寬平臺設置1.5*2.0 m方形抗滑樁、樁間距5 m、樁長25 m、共14根。由于滑坡導致K81+44處的車行天橋樁基變形，為了確保車行天橋右側樁基的穩定，在K81+440天橋右側一級平臺中部布設1.5*2.0 m方形抗滑樁，樁間距5 m，樁長25 m，共5根。防護后穩定性計算結果表明，在后緣裂縫距離邊坡坡頂較遠路段最大剩余下滑力為1 523.65 kN/m，后緣裂縫距離邊坡坡頂較近路段最大剩余下滑力為829.73 kN/m，布設抗滑樁均滿足樁身配筋和樁頂位移工程要求。

4 結論

對于含軟弱層的邊坡應采用“裂縫封閉，外圍截水、前緣排水及路基引水”的綜合處治原則，坡面已產生的地表裂縫采取封填夯實，防止坡面水直接由裂縫下滲;對挖方路段設置截水措施，路基左側開挖坡面及坡體設置深層排水孔;滑坡體內存在上層滯水，應加強坡腳部位的引、排水設置;利用滑坡周界范圍外邊溝，引流坡面水，使之不進入滑坡區。坡體防護設計采用抗滑樁進行強支擋，坡面防護時，邊坡采用放坡、平臺加寬，采用現澆混凝土拱形格+支撐滲溝防護。

參考文獻

[1]王志勇. 含軟弱夾層巖質邊坡穩定性分析研究[D]. 長沙：中南大學， 2003.

[2]杜明慶， 王旭春， 王寧. 基于ABAQUS強度折減法的邊坡穩定性分析[J]. 青島理工大學學報， 2012（4）： 10-14.

[3]劉立平， 楊實君， 李英民. 軟夾層參數對邊坡動力特性的影響分析[J]. 重慶大學學報（自然科學版）， 2007（5）： 31-34.

[4]劉明維， 鄭穎人. 基于有限元強度折減法確定滑坡多滑動面方法[J]. 巖石力學與工程學報， 2006（8）： 1544-1549.

[5]鄭穎人， 趙尚毅. 有限元強度折減法在土坡與巖坡中的應用[J]. 巖石力學與工程學報， 2004（19）： 3381-3388.

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