平天高速秦州區趙家河段某滑坡穩定性分析

陸鵬、廖輝

（1.中交第二公路勘察設計研究院有限公司，湖北 武漢 430058；2.湖北交通工程檢測中心有限公司，湖北 武漢 430058）

0 引言

G8513 平涼—綿陽高速是國家規劃的一條南北縱向聯絡線，平涼至天水段北起平涼市四十里鋪，與青（島）蘭（州）和福（州）銀（川）國家高速公路共線段相連，途經華亭、莊浪、秦安至天水，與連（云港）霍（爾果斯）國家高速公路相接。

該項目所在地地形地貌復雜，地質構造活動強烈，是不良地質體集中發育地段。由于強烈的構造運動，使得溝谷侵蝕較深，基巖風化程度高，表層松散堆積物發育，路段內易形成巖土體的滑坡和崩塌等不良地質。其中崩塌發育頻率低、規模小，對擬建公路無大影響，而滑坡則發育眾多，其中不乏規模巨大者，從而對擬建公路造成影響。

1 工程概況

天水北互通立交所在區為河谷，地形開闊平坦，周邊為黃土山地，互通區基底上部為淺層黃土，下部為砂土。天水北匝道收費站、隧道管理站和救援站場坪區原設計為挖方路基，該段挖方邊坡上部為新黃土層，具有自重濕陷性，下伏基巖為半成巖狀泥巖。CPK0+084～CPK0+320 段左側深路塹原設計為五級挖方邊坡，邊坡最大高度為32m。

2020 年3 月18 日原設計第五級邊坡發生了部分垮塌，拱形骨架防護脫落。結合地勘資料對邊坡防護方案進行調整。

2020 年5 月28 日下午，在護坡樁施工過程中，天水北互通收費站CPK0+084～CPK0+320 左側挖方邊坡再次發生垮塌，下方第一級邊坡坡腳隆起明顯，剪出口形成，滑坡體高約40m，寬度約70m，長約200m（見圖1）。經現場觀察，滑坡體于6 月1 日基本趨于穩定。

圖1 邊坡全貌

2 工程地質條件

2.1 地形地貌

工程區屬河流沖積溝谷地貌及侵蝕堆積黃土地貌區，雞爪狀地貌，邊坡位于雞爪狀地貌的前緣，地面高程約1264.0～1307.0m，相對高差約43.0m。

2.2 地層巖性

根據鉆孔揭露，開挖邊坡地層主要為第四系更新統風積成因的（Q3eol）新黃土；下伏基巖為新近系泥巖（N1）。自地表往下，由新到老：

第①層：新黃土（Q3eol）：廣泛分布，褐黃色，黃褐色，以粉粒為主，土質不均，底部可見姜石，揭露厚度0.0～17.2m。

第②層：泥巖（N1）：廣泛分布，灰綠色、紅色，泥質膠結，半成巖狀，遇水易軟化、崩解，失水龜裂。最大揭露厚度23.3m，未揭穿。

2.3 地質構造

據現場調查邊坡區地質構造單一，場地內發育和黃土梁走向一致的向斜，向斜走向北向-北西西向，邊坡位于向斜核部東北方向。

2.4 地震及新構造活動

根據相關區劃圖，橋址區地震動峰加速度為0.30g，地震反應譜特征周期(s)為0.4，相當于地震基本烈度8 度區。

2.5 水文地質

滑坡區地下水較為豐富，其類型主要有第四系孔隙水和基巖裂隙水，在施工拌和站后緣見地下水滲出。沿著邊坡兩側沖溝均有常年地表水。

3 邊坡變形破壞機制

地下水較發育：上部為黃土層，下伏基巖為半成巖狀泥巖，黃土具有垂直節理發育、大孔隙比、高滲透性等特點，泥巖具有低滲透性特點，原地下水排泄通道泉眼被堵塞后，加之拌和站、鋼筋廠及生活區等污水因未采取集中處理，隨意排放在邊坡上方，在地下水的長期浸潤下，沿著黃土層及黃土與泥巖交界面形成一層飽水的軟弱夾層[1]。

前緣邊坡挖坡腳：邊坡開挖后形成臨空面，邊坡沿著黃土與泥巖交界面形成整體滑塌。

4 穩定性計算分析

4.1 計算方法

根據相關規范，對高陡斜坡的典型工程地質剖面進行基于剛體極限平衡方法的多剖面多工況的穩定性計算分析。所采用的穩定性計算方法主要為Janbu條分法。

計算公式如下：

式（1）中：k——穩定系數；

ci——第i條塊滑動面上的黏聚力；

li——第i條塊滑動面的長度；

Φi——第i條塊滑動體滑動面上的摩擦角；

Wi——第i條塊的自重；

θi——第i條塊滑動面的傾角；

Δhi——第i條塊兩側的剪力增量。

計算程序采用slide5.0 版本程序。該程序可以分析地表均布荷載、水壓力、錨桿(索)及地震等因素對斜坡穩定性的影響[2]。

4.2 計算工況及安全系數

根據相關規范，安全系數按照以下確定：

一是正常工況（天然狀態）為1.25；

二是非正常工況I（飽水狀態）為1.15；

三是非正常工況II（飽水狀態+地震荷載）為1.05。

4.3 參數選取

地勘報告提供的物理力學指標建議值見表1。

由于滑坡的變形破壞模式為沿著黃土與泥巖交界面的滑動變形，在滑動前后抗剪強度指標并無明顯區別，因此采用表1 中滑動前的參數對該滑坡開挖前后以及反壓前后的穩定系數進行計算[3]，計算結果見表2。

表1 物理力學參數表（地勘建議值）

表2 部分穩定系數計算結果（地勘建議值）

根據計算結果，三個剖面在開挖后安全系數均大于1.2，說明在開挖后該邊坡處于穩定狀態，與實際中開挖后邊坡發生整體滑塌是不符合的，可見表1 中滑動前的抗剪強度指標偏高，與實際情況不符。為此對滑動面的抗剪強度指標重新進行反分析[4]。

參數采用反分析方法檢驗滑動面抗剪強度指標時，對正在滑動的滑坡，其穩定系數可取0.95～1.00；對處于暫時穩定的滑坡，穩定性系數取1.00～1.05。根據經驗判斷，滑面天然狀況下反算時穩定系數取0.95～1.00，在飽水狀況下反算時，穩定系數可取0.86～0.91。最后，根據經驗調查和參數反算結果綜合選取滑坡穩定性分析用物理力學參數見表3。

4.4 計算結果及分析

以表3 中參數對該滑坡開挖前后以及反壓前后的穩定系數進行計算，計算結果見圖2（取飽水+地震工況為例）和表4。

表3 邊坡主要計算參數建議值

圖2 （a,b,c,d）CKP0+240 剖面地震工況

表4 部分穩定系數計算結果

根據計算結果，在開挖之前三個剖面天然與飽水工況下穩定系數均大于1.2，邊坡為穩定狀態；地震工況下CKP0+240 剖面穩定系數小于1.05，CKP0+180剖面和CKP0+280 剖面穩定系數介于1.05～1.2 之間，邊坡為欠穩定-基本穩定狀態。開挖之后和前緣反壓之前三個剖面各工況下穩定系數均小于1，為不穩定狀態。反壓之后三個剖面天然與飽水工況下穩定系數均大于1.2，邊坡為穩定狀態；在地震工況下，三個剖面穩定系數均介于1～1.05 之間，邊坡為欠穩定狀態。可見計算結果和現場實際情況是一致的。

5 結論

其一，邊坡變形主要有兩方面的原因：地下水較發育；前緣邊坡挖坡腳。

其二，該工程滑動面抗剪強度參數依據參數反分析、規范推薦值及工程類比等方法獲取，根據穩定性計算結果可知選取的參數符合工程實際。

其三，根據計算結果，在開挖之前三個剖面天然與飽水工況下穩定系數均大于1.2，邊坡為穩定狀態；地震工況下CKP0+240 剖面穩定系數小于1.05，CKP0+180 剖面和CKP0+280 剖面的穩定系數介于1.05～1.2 之間，邊坡為欠穩定-基本穩定狀態。開挖之后和前緣反壓之前三個剖面各工況下穩定系數均小于1，為不穩定狀態。反壓之后三個剖面天然與飽水工況下穩定系數均大于1.2，邊坡為穩定狀態；地震工況下三個剖面穩定系數均介于1～1.05 之間，邊坡為欠穩定狀態。計算結果和現場實際情況是一致的。因邊坡下方為收費站，需繼續對邊坡進行開挖，開挖后誘發再次滑坡的可能性較大，需采取必要的工程處理措施進行處理。

其四，建議在坡體后方設置排水盲溝，截斷地下水向邊坡滲流的徑流途徑，同時采用集水井、深部排水孔等手段加強坡體地下水的泄排，完善排水系統。