飽和黃土邊坡蠕滑變形分析

賈軍飛

（甘肅省水利水電勘測設計研究院有限責任公司，甘肅 蘭州 730000）

1 引言

某高速公路樁號K257+700 互通立交橋西側一段為半挖半填的黃土路基，填方路基邊坡下部飽和黃土產生蠕動滑移，使該段填方邊坡發生變形開裂，并可能出現失穩塌滑。蠕滑體東西長約75 m，南北寬32～75 m，厚4.20～11.80 m，規模約1.90萬m3。分析邊坡地質特征、蠕滑體發展趨勢，對公路工程的危害程度，提出邊坡治理設計所需地質參數。

2 地質概況

2.1 場地地貌

工程區地處地貌單元為黃土高原黃土低中山丘梁峁溝壑區。黃土梁峁與咸河河床相對高差100～130 m。高速公路沿咸河左岸布置，切穿該段所在黃土梁前緣斜坡，邊坡位于咸河凹岸沖刷段上方黃土梁前端，屬于公路路基邊坡的一部分，呈圈椅狀的上陡下緩地形。

2.2 地層結構

地層結構由上至下為：①人工堆積層（Q4r）：為路堤填方，成分以淺黃、黃褐色粉土為主，土質相對均勻，結構松散～稍密，硬塑～可塑狀態；②河流沖洪積堆積層（Q4al-pl）：主要為咸河河床和漫灘沖洪積圓礫層；③晚更新統風積層（Q3eol）馬蘭黃土：為組成蠕滑體的主要地層，土質均一，結構稍密，半堅硬～軟塑狀態。具大孔隙，垂直節理發育，表層多見植物根系，偶含蝸牛殼。一般具有中強濕陷性和中高壓縮性。厚度10～25 m；④中更新統沖洪積層（Q2al-pl）亞粘土：該層呈不連續分布，棕褐色，厚度5～10 m，結構致密，呈堅硬～硬塑狀態；下伏古近系（E）棕紅色粘土巖、砂巖。

2.3 地震

邊坡位于隴西黃土高原地帶，地震活動較少，場地的地震動峰值加速度為0.20 g，基本烈度8度。

2.4 地下水

邊坡蠕滑體處于黃土梁中部地下水向咸河排泄的出口。

3 蠕滑變形分析

3.1 邊坡形態

蠕滑體整體上形態呈“簸箕”形，前緣寬度約為70 m，中部寬度約為32 m，順主滑方向長約75 m，最大厚度約為12 m。

3.2 邊坡地層特征

①灰黃色黃土③-1，半堅硬—可塑狀，稍密～中密，厚度0～12 m，蠕滑體前緣最薄處為0.00 m，中部約1.00 m，后緣陡壁最厚處約12.00 m，表層夾有少量植物根系；②軟塑狀黃土③-2，淺黃色，厚度2.50～7.00 m，稍密～中密，鉆孔巖芯呈流塑狀，具一定的觸變性；③淺蘭色～青色、褐黃色等雜色的黃土③-3，厚0.30～1.50 m，濕，可塑狀，中密，粉粒含量較高；④淺黃色黃土③-4，可塑—硬塑狀，中密—密實；⑤棕紅色亞粘土層④，硬塑狀，結構致密，鉆孔巖芯呈柱狀，為相對隔水層；⑥磚紅—棕紅色粘土巖、砂巖⑤。

③-1 黃土層透水性較強，土層含水量較小，③-3 雜色黃土和③-4 黃土結構較密實，滲透性差，為相對隔水層，以致在中部③-2層出現了飽水土帶，在邊坡中形成軟弱夾層。

3.3 邊坡變形機理分析

邊坡是在蠕滑體上部填筑路堤后，使下滑力增加；連續降雨，使土體重度增大，并在下部形成飽水土夾層，局部土體呈流塑狀，土的抗剪強度大幅降低；地下水向河床的排泄，產生切向動水壓力。邊坡蠕滑體發生下滑，致使上部路堤邊坡及后緣失去支撐而產生變形破壞。蠕滑體中部發育有弧形的蠕滑拉張裂縫和地下水滲出點，后緣及兩側有張拉裂縫形成，裂縫寬度0.05～0.20 m，深度0.20～0.50 m；前緣形成滑坡鼓丘。造成邊坡失穩的主要原因：①邊坡土體結構是形成邊坡蠕滑的物質基礎。形成地下飽水土帶，降低了土體原有的抗剪強度，構成貫通性較好軟弱滑動帶。②邊坡位于咸河凹岸，洪水對岸坡的不斷沖蝕，形成臨空面，使坡體沿飽水土帶，在重力作用下向河床方向滑動，具備蠕滑體形成的地形條件，以及后部黃土梁地下水在此處匯集排泄，形成穩定滲流地下水面。③地下水作用是蠕滑體產生的主導因素，后緣填筑路堤增加荷載是蠕滑體下滑、造成邊坡失穩破壞的直接誘因。

4 邊坡設計參數分析

4.1 邊坡參數確定

采用傳遞系數法公式對主滑縱斷面進行條分。計算中計入地下水對水位以下土體的浮托力和地下水向坡外流動的水壓力。

圖1 穩定性計算簡圖

邊坡土體的天然重度按土工試驗成果取19.60 kN/m3。

邊坡目前處于蠕動變形狀態，天然狀態下穩定系數1.00-1.05，根據土工試驗成果另結合經驗給定滑動面的抗剪強度c值為6 kPa，反算滑動面的φ值。1.00-1.05給不同的穩定系數反算，根據反算結果及經驗，滑動面強度參數c=6 kPa，φ=16.00°。

建議邊坡各地層的力學指標見表1。

表1 邊坡巖土參數建議值

4.2 剩余下滑力計算

邊坡安全等級為一級，按一般工況、地震工況、暴雨工況三種條件，邊坡穩定安全系數Fst 分別取1.35、1.15、1.10，計算邊坡下滑推力，8度區地震系數取0.05，計算結果見表2。

表2 不同工況剩余下滑力 單位：kN/m

可見，在給定的安全系數條件下，暴雨工況剩余下滑力最大，地震工況剩余下滑力最小。根據各截面剩余下滑力大小變化趨勢，中段土體對上段有一定支撐作用，下段起牽引作用，因此支擋結構應設置蠕滑體中下段，并保證地下水排泄暢通。

5 結語

①黃土的結構決定了土體物理力學性質，當出現連續降雨，兩層土接觸面附近形成飽水土帶，使土的抗剪強度大幅降低，增加滑動失穩的可能性。②根據蠕滑體穩定狀態反演得出的力學參數，更能代表整個滑動面特性。地震力、連續降水及高速車輛動荷載作用，都是引發邊坡失穩滑移的誘因。一般工況和地震工況按規范中規定的穩定安全系數1.35、1.15計算出的各截面剩余下滑力基本相當，暴雨工況的穩定安全系數1.10，根據計算結果，暴雨工況剩余下滑力最大，說明暴雨引發滑坡的概率最大。