某高速公路千枚巖斜坡變形裂縫穩(wěn)定分析

王少一，楊鳳偉 （安徽省交通勘察設計院有限公司，安徽 合肥 230011）

1 概述

發(fā)生裂縫的千枚巖質(zhì)斜坡位于安徽省黃山市歙縣境內(nèi)。由于施工需要，在坡腳開挖施工便道，切削坡腳，開挖后斜坡放置約1 年左右時間，2021 年3 月初進行斜坡體施工開挖時發(fā)現(xiàn)斜坡地表出現(xiàn)裂縫。

2 區(qū)域地質(zhì)條件

2.1 氣象條件

項目區(qū)屬亞熱帶季風氣候區(qū)，四季分明，夏冬較長，地處過渡性緯度，春季時有低溫和連續(xù)陰雨，夏季梅雨量集中易洪澇。降雨具有獨特的山區(qū)小氣候特征。

本區(qū)多年平均降雨量為1983mm，每年的降雨主要集中在春、夏汛期（3～7月），該期間的降雨量約占全年的70%以上，其中春汛期（3～5 月上旬）的降雨主要表現(xiàn)為小雨（有時有暴雨），降雨強度不大，但歷時長，數(shù)天甚至半月不停，這段時間的降雨易下滲形成地下水，同時使坡體處于飽水狀態(tài)；夏汛期（5 月中旬～7 月）則多為暴雨，降雨強度大，連續(xù)降雨數(shù)天，期間發(fā)生強暴雨的概率極大，一般均有兩次以上的大暴雨發(fā)生，使河流水位陡漲，引發(fā)洪水災害；同時造成大面積的水土流失，并引發(fā)地質(zhì)災害。多年平均蒸發(fā)量為793.1mm，多年平均相對濕度為80%。

2.2 地質(zhì)構造

項目區(qū)位于揚子陸塊東南部，地質(zhì)構造復雜多樣，經(jīng)歷了皖南、印支和燕山多期次的構造活動，致使斷裂構造發(fā)育，其方向以北東向為主，其次北北東向、北西和近南北向。斷裂均年代較老，形成時間主要為印支期及燕山期，基本處于穩(wěn)定狀態(tài)，未發(fā)現(xiàn)第四紀以來的活動性斷裂。

2.3 地層巖性

斜坡所在金竹山地表分布有殘坡積黏性土，下伏基巖為薊縣-長城紀昌溪巖組千枚巖。巖性為灰綠色、青灰色石英綠泥絹云千枚巖、綠絹云片巖、砂質(zhì)粉砂質(zhì)絹云千枚巖夾同色紋層狀變質(zhì)巖屑細砂巖。區(qū)內(nèi)的千枚巖風化程度較高，片理產(chǎn)狀為85°～145°∠47°～76°。

2.4 水文地質(zhì)條件

工程區(qū)地下水按賦存特征及水理性質(zhì)，可分為松散巖類孔隙水和基巖裂隙水兩類。松散巖類孔隙水含水層主要由第四系殘坡積粉質(zhì)黏土及崩塌堆積的碎石組成。基巖裂隙水含水層主要由薊縣-長城紀昌溪巖組千枚巖等組成，裂隙水主要賦存于基巖節(jié)理裂隙之中，勘察期間坡體未見泉水及水流露頭。地下水主要補給來源于大氣降水及斜坡地表徑流，受季節(jié)及天氣影響較大。

3 工程地質(zhì)條件

3.1 斜坡特征

斜坡從山脊至山腳表現(xiàn)為緩-陡狀，頂部較緩處坡度約24°，中部坡度約32°，坡腳處較陡，坡度約40°，局部人工削坡嚴重，坡度可達70°。地勢總體呈西高東低的陡坡、緩坡形態(tài)，坡頂平緩，裂縫體處較陡，且局部存在崩塌堆積體，主要表現(xiàn)為碎石。

3.2 勘探布置

對斜坡進行高密度電法[1-4]及鉆探相結合的方法，通過點與面的結合查明斜坡巖土體的組成。

通過現(xiàn)場調(diào)查，裂縫后緣位于山脊線20m左右位置，有2條破裂面，破裂面間距最大處約15m，向南北兩側(cè)發(fā)育有合并的趨勢。后緣裂縫至山脊線處邊坡坡面較緩，坡度約為24°，裂縫以下坡面較陡，坡度為30°～40°。裂縫延伸范圍呈圈椅狀或圓弧狀向東側(cè)延伸，坡體平面形態(tài)略呈喇叭狀，喇叭口方向朝向坡腳。裂縫后壁高約3.5m，表面覆蓋粉質(zhì)粘土粉砂質(zhì)千枚巖碎粒(細粒物質(zhì))。沿裂縫后緣發(fā)育拉張裂縫，裂縫延伸長度約120m，裂縫寬度一般1～30cm，裂縫未充填，深度約5～6m，后緣傾向115°，傾角76°。裂縫中部張拉裂縫發(fā)育，走向沿山坡平行山勢呈緩舒波狀或弧狀，橫向呈齒狀或不規(guī)則狀，裂縫寬度0.5～20cm，北側(cè)裂縫連續(xù)，南側(cè)不連續(xù)，裂縫未充填，深度約3～4m。下部邊界不明顯，且該裂縫處于發(fā)育狀態(tài)，不斷出現(xiàn)張拉裂縫，有收斂于邊坡坡腳處的趨勢。勘探期間裂縫體最高標高211m，最低標高193m，裂縫高差18m。裂縫分布見圖1所示。

圖1 勘探布置平面示意圖

從圖2 電阻率斷面圖分析得出，斜坡裂縫區(qū)覆蓋層、巖體破碎層厚度一般為10～18m，在裂縫影響區(qū)內(nèi)厚度為12m 左右，電阻率值較低，巖體很破碎，勘察時在此處發(fā)現(xiàn)裂縫存在，推斷此處為巖體破碎相對嚴重區(qū)。

圖2 1～1’測線剖面圖

從圖3 電阻率斷面圖分析得出，斜坡裂縫區(qū)覆蓋層、巖體破碎層厚度一般為10～18m，在裂縫影響區(qū)內(nèi)厚度為15m 左右，電阻率值較低，巖體很破碎，推斷此處為巖體破碎相對嚴重區(qū)。

圖3 2～2’測線剖面圖

通過現(xiàn)場調(diào)繪、物探及鉆探相結合，結果顯示斜坡出現(xiàn)變形的主體由殘坡積粉質(zhì)黏土及強風化粉砂質(zhì)千枚巖組成，厚度約12～15m。下部為中風化粉砂質(zhì)千枚巖。斜坡為土、強風化巖體變形，裂縫發(fā)育最終底面多為土巖接觸面、巖體風化破碎面，根據(jù)基巖面不同呈不同形狀，但多為折線形斜坡裂縫變形。

4 變形監(jiān)測

4.1 地表裂縫上邊沉降監(jiān)測

圖4 為地表裂縫上側(cè)沉降隨時間變化曲線。從圖4 中可以看出，裂縫出現(xiàn)后斜坡沉降變形逐漸增大，直至采取工程措施后沉降才趨于穩(wěn)定，但仍有少量增加。

圖4 斜坡沉降變形監(jiān)測隨時間變化曲線圖

4.2 山體裂縫監(jiān)測

圖5 為山體裂縫位移隨時間變化曲線。從圖5 中可以看出，隨著時間推移，斜坡體裂縫逐漸增大。

圖5 山體裂縫位移監(jiān)測隨時間變化曲線圖

5 斜坡裂縫變形分析

5.1 反演計算裂縫C、Φ值

根據(jù)斜坡現(xiàn)狀，邊坡穩(wěn)定性系數(shù)宜取Fs=1.00～1.05，一般工況下安全系數(shù)Fst=1.35。反演計算時未考慮洞口仰坡錨桿作用，未考慮地下水作用，未考慮地震效應，同時將土層視為均一強風化粉砂質(zhì)千枚巖。計算時重度取隧道詳細工程地質(zhì)勘察報告中試驗最大的天然重度29.2kN/m3。反演計算裂縫的C、Φ值[5-6]，計算結果見表1。

根據(jù)Fs反演計算C、Φ值

從表1 中可以看出，F(xiàn)s=1.019 時，C=20kPa，Φ=23°，本文選取此時C、Φ 值進行計算。

5.2 穩(wěn)定性計算分析

考慮到斜坡裂縫發(fā)展主體為強風化粉砂質(zhì)千枚巖，為巖質(zhì)邊坡，滑面并非直線及規(guī)則的圓弧形，而是沿坡面傾向呈折線，因此采用分段法進行計算。

5.2.1 原始自然斜坡穩(wěn)定性

先通過反演C、Φ 值對未開挖前的原始坡體天然狀態(tài)下進行計算，不考慮地下水作用，不考慮地震效應，同時將巖體視為均一強風化粉砂質(zhì)千枚巖，計算時取天然重度29.2kN/m3。

計算結果顯示，天然狀態(tài)原始斜坡在未切削坡腳的情況下，穩(wěn)定系數(shù)為1.243，為穩(wěn)定狀態(tài)。

5.2.2 現(xiàn)狀斜坡穩(wěn)定性

根據(jù)斜坡現(xiàn)狀，不考慮錨桿、擋墻作用，不考慮地下水作用，不考慮地震效應，同時將巖體視為均一強風化粉砂質(zhì)千枚巖，計算時取天然重度29.2kN/m3。

計算結果顯示，天然狀態(tài)在切削坡腳的現(xiàn)狀斜坡的情況下，穩(wěn)定系數(shù)為1.006，為欠穩(wěn)定狀態(tài)。整個斜坡處于臨界破壞狀態(tài)，現(xiàn)狀斜坡裂縫發(fā)育，若裂縫進一步發(fā)展，極有可能在強風化巖體中貫通滑面，最終發(fā)展為滑坡。

6 治理方案建議

斜坡坡面形態(tài)呈折線形，坡度30°～40°，坡體由殘坡積粉質(zhì)黏土及粉砂質(zhì)千枚巖組成，建議選擇坡腳支擋，結合截排水等措施。

坡腳支擋：建議進行道路填方要求，在坡腳采取前緣堆填等反壓措施，達到變形斜坡體的穩(wěn)定平衡。

截排水：根據(jù)水文地質(zhì)、暴雨氣象等條件，采取有效的地表水和地下水的水力聯(lián)系，切斷地表水補給地下水流通渠道。建立一個完整的截排水系統(tǒng)。即在裂縫后緣上部的排水溝加深擴寬設置環(huán)形截水溝，外部設分級排水溝。地裂縫封填整實、修造自然坡角，全量排散地表降水。嚴格控制大氣降水對滑體和滑面的浸蝕軟化，減短地下水在裂縫體內(nèi)的滯留時間，并加強日常管養(yǎng)。

根據(jù)工程需要可對斜坡巖體進行后期監(jiān)測。

7 結論

①此斜坡處于蠕動變形階段，通過現(xiàn)場調(diào)繪、物探及鉆探相結合，結果顯示斜坡出現(xiàn)變形的主體為殘坡積粉質(zhì)黏土及強風化粉砂質(zhì)千枚巖組成，厚度約12～15m，下部為中風化粉砂質(zhì)千枚巖。

②斜坡為土、強風化巖體變形，裂縫發(fā)育最終底面巖體風化破碎面，為折線斜坡變形。

③通過監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示，裂縫出現(xiàn)后斜坡沉降變形逐漸增大，直至采取工程措施后沉降才趨于穩(wěn)定，但仍有少量增加。

④通過反演計算的C、Φ 值，原始斜坡在未切削坡腳的情況下，為穩(wěn)定狀態(tài)。在未切削坡腳的現(xiàn)狀斜坡，穩(wěn)定系數(shù)為1.006，為欠穩(wěn)定狀態(tài)。

⑤斜坡坡面形態(tài)呈折線形，坡度30°～40°，建議選擇坡腳支擋，結合截排水等措施。