云南某山區高速滑坡治理及穩定性監測分析研究

摘要 隨著我國交通運輸網的快速發展，涉及地質條件更加復雜的山區高速也逐漸增多，滑坡造成的山區高速公路安全隱患越發被引起重視。文章以云南某山區高速滑坡為例，通過分析滑坡形成機制和穩定性，提出相應的治理方案。結果表明：該滑坡體滑移方向呈折線狀，為牽引式中型滑坡體，主要由泥質砂巖組成，誘發原因為降雨和坡體上部水池開裂導致水流下滲軟化巖層等因素。通過滑坡體模型計算分析，在不減載的情況下，抗滑樁已無法滿足抗滑要求，需結合減載、抗滑支擋和坡面防護等成套方案進行治理，通過對治理后的邊坡進行穩定性監測分析，監測數據表明：治理后邊坡整體趨于穩定，邊坡變形得到了有效控制，滑坡治理方案合理，可為類似滑坡災害提供經驗參考。

關鍵詞 牽引式中型滑坡；形成機理；穩定性分析；治理方案

中圖分類號 U418.5 文獻標識碼 A 文章編號 2096-8949（2024）23-0122-04

0 引言

針對高速公路施工中出現的邊坡開裂、垮塌等失穩問題，特別是針對地質條件復雜、巖石力學性能差的區域，開展邊坡穩定性分析及治理，對高速公路結構安全和運營安全顯得尤為重要。目前，國內外對高速公路滑坡的形成機理及處治方案已作了大量的研究[1]。姚凱[2]通過探究山區公路邊坡垮塌、崩塌特征等，提出了因周邊地理環境造成公路邊坡失穩的破壞機理，并總結邊坡失穩變化規律及影響因素。劉紅衛[3]以云南某高速山體滑坡為依托，揭示了山體滑坡與地質結構、地形地貌等自然因素的內在關系，分析了自然因素對高速公路邊坡穩定性的影響程度。楊天亮等[4]闡明了邊坡滑坡的形成機理，并依托具體項目，分析滑坡原因、分布規律等，并針對性地提出了邊坡滑坡等相關處治措施。吳瑋江[5]系統分析了甘肅天水地區滑坡分布范圍及成因等，深入研究天水地區滑坡形成機理及變化特征，并提出了預防高速公路邊坡滑坡的策略。張辰[6]調查研究了高速公路滑坡的原因機理和特點等，并針對性地提出滑坡處治手段方法。該文以云南某山區高速滑坡為例，對滑坡穩定性、形成機理進行分析評價，探討了治理方案。相關成果可為類似山區高速滑坡治理提供工程經驗。

1 工程概況

該滑坡體地處云南省曲靖市，位于徐家村南方向約0.8 km處，滑坡區處于中低山構造陡斜坡地貌，路線經過山體斜坡地段，由東向西弧形展布。山體沿東北往西南向波狀起伏，與線路大致呈45°。滑坡體地表坡度較緩，植被覆蓋較密。塌陷區后緣呈圓弧狀，滑體縱向長度約198 m，橫向寬度約220 m，滑坡體規模約3.30×104 m2。

滑帶的物質成分主要為泥巖薄層。顏色呈黃褐色，濕潤光滑，呈可塑～軟塑狀。揭露的滑帶土，具有搓揉、擠壓的現象，并伴有擦痕特征。推測滑面順泥巖夾層方向，滑坡體滑床高程為1 880～1 906 m，總體呈縱向上形態，滑坡體變化趨勢為中前部較緩，后緣坡體垂直沉降嚴重，傾斜角度約5～6°，后緣相對較陡，傾斜角度約15～25°，前緣為臨空面，通過地面調查和勘探點地質情況揭露，滑坡坡體地表出現多處裂縫，坡體前邊緣出現擠壓脹裂。經計算，滑坡體最大深度約16 m，滑坡體主要滑動方向約148°。

2 地質條件

2.1 地形地貌

滑坡區處于中低山構造陡斜坡地貌，路線經過山體斜坡地段，由東向西弧形展布。地形高程總體趨勢是由路線左側向路線右側逐漸升高，最高處位于路線右側山頂。山體沿北東往南西向波狀起伏，斜坡地形較為陡峭，與線路大致呈45°。坡體植被覆蓋較為茂密，水土保持較好，山體自然狀態下相對較為穩定。

2.2 地層巖性

鉆孔勘探揭露地層從上至下為：

（1）粉質黏土，厚1～6 m，顏色呈灰褐色，土層下部存在碎石夾層，土體狀態為硬塑。

（2）全風化泥質砂巖，厚5～13.7 m，巖芯多呈砂土狀，巖體局部可見夾存少量強風化巖石碎塊，巖體較為松散。

（3）強風泥質砂巖，厚4.0～25 m，顏色灰黃色，泥質膠結，節理裂隙較為發育，以石英長石為主要礦物成分，巖芯多呈碎塊狀，巖體局部呈砂狀。

（4）強風化泥巖，厚8～20 m，顏色棕褐色，巖體結構呈破碎塊狀，局部可見泥質夾層，巖芯可見塊狀和少量柱狀，塊徑約5～10 cm，節長5～12 cm，錘擊時聲音嘶啞，易破碎。

（5）中風化泥巖，厚0.5～7.1 m，顏色青灰色，巖體結構相對完整，巖芯多為柱狀，節長一般為6～16 cm，塊徑4～8 cm，錘擊聲悶，RQD=45%。

（6）強風化玄武巖，厚6.0～25 m，顏色灰黃色，節理裂隙較為發育，巖體結構基本破壞，巖芯可見明顯破碎，主要為碎塊狀，平均節長2 cm。

（7）中風化玄武巖，厚3.0～21 m，顏色黑褐色，巖體較完整，巖芯大部分呈柱狀，局部有少量塊狀，節長8～16 cm，塊徑5～10 cm，錘擊聲較脆，結構較為完整，RQD=25%。

2.3 水文地質條件

地表水不發育，僅當地居民從坡頂引用蓄水池流水，現已遷改。勘察區主要有兩大類地下水：一類是松散巖類孔隙水，另一類是基巖裂隙水。第四系松散巖類孔隙水存在粉質黏土和碎石土中，主要來自降水補給，并順山勢排泄到山體低洼處，該類地下水在陡坡地段埋藏深度較深或處于地表。該類地下水水量不穩定，枯雨季水量及地下水的埋深相差較大。基巖裂隙水主要以大氣降雨和地表水補給為主，主要分布于丘陵地區和部分低山地區。

2.4 氣象條件

該地區所屬北亞熱帶、南溫帶、中溫帶多種氣候帶并存的低緯高原季風氣候，垂直氣候分帶顯著。1月份平均最低氣溫在5℃上下，最冷時達-11.5℃，霜凍在50 d以上。7月份平均最高氣溫20℃上下，日溫差大，四季不分明；冬春干旱，夏秋濕潤，降水集中，干濕分明。平均每年有霜日38.7 d，最多年61 d，最少年23 d。最高年平均氣溫14.6℃，最低年平均氣溫12.7℃，年際相差1.9℃。多年平均日照2018.5 h，日照百分率為47％。平均初霜期11月4日，終霜期3月30日。平均每年降雪10.6 d，最多年降雪27 d，最少年1 d。多年降水量在700～1 100 mm，占全年降水的70%以上，從11月到次年5月降水量少為旱季。

3 滑坡形成機理分析

該滑坡位于地貌形態平緩的山坡，約15°左右，表層為松散覆蓋層，下部為全風化泥質砂巖、強風化泥質砂巖、泥巖夾煤線，最大厚度約33 m，產生滑坡后的量測產狀向線路一側傾斜11°～17°。

由于前期多次降雨及坡體上部村民飲水用水池沿松散地層及平緩斜坡下滲至泥巖層面，泥巖抗剪強度降低，開挖后前部產生臨空面，山體沿軟化的泥巖層面產生了牽引式滑坡。

經地勘勘探點揭露，滑坡體表面存在多處裂縫，裂縫范圍較長，坡體前邊緣因坡體擠壓造成地表隆起，結合現場監測情況，高速邊坡處于變形開裂的失穩階段。

4 滑坡穩定性分析

4.1 土力學參數

根據地質調查結果，以滑坡剪出口及泥巖夾層的產狀確定既有滑動帶為泥巖夾層層面。

結合滑坡體變形特點，按天然狀態重度19 kN/m3、飽和狀態重度20.0 kN/m3計算滑坡體穩定性指標，根據巖土體試驗參數、相鄰邊坡巖土體參數及結合經驗參數設定滑帶抗剪參數c=5 kPa。參考已有滑動帶，以0.97的穩定系數反算主滑動段的內摩擦角。經計算，滑動體的土力學參數的取值為：天然狀態c=6.25 kPa，φ=10.52°；暴雨工況c=5kPa，φ=9.47°。

4.2 滑體穩定性系數及下滑推力計算

通過外業探勘與室內試驗分析，滑坡體最不利結構面呈折線形，因此滑坡體穩定性系數計算采用折線形滑動面計算公式[7]，剩余下滑推力采用傳遞系數法計算[8]。

（1）采用折線形滑動面計算公式計算穩定性系數[9]，其穩定性系數Fs：

（1）

（2）

（3）

（4）

式中：——滑體穩定系數；——第i塊段滑體承受的阻力（kN/m）；——作用于第i塊抗滑力（kN/m）；——第i塊段滑面的法向分力（kN/m）；——第i塊段滑體土的內摩擦角（°）；——第i塊段滑體土的黏聚力（KPa）；Li——第i塊段滑面縱向長度（m）；Ti——作用于第i塊滑面上的滑動分力（kN/m），若滑動分力與滑動方向相反，Ti應取負值；——第i塊段與第i+1塊段之間滑力的傳遞系數（j=i）。

滑坡推力計算[10]

（5）

式中：Pi、Pi+1——第i、i+1塊滑體的下滑力（kN/m），Fst——滑坡體剩余推力安全系數。

4.3 滑坡巖土體力學參數

滑坡巖體力學參數如表1所示。

4.4 滑坡穩定性分析

通過查閱勘測設計資料，此次高速邊坡滑坡防治等級為一級。依據公路設計相關規范，滑坡體安全系數取值為：天然工況1.20，暴雨工況1.15。推力計算參數如表2所示。

通過對滑坡地質模型的分析和剩余下滑力的計算，滑體下滑力最大達到4 104.9 kN/m，滑體深度平均為15 m，在不減載的情況下抗滑樁已無法滿足抗滑要求。因此，需采取大面積卸載和設置抗滑樁的治理方案。

5 治理方案

5.1 治理總體原則

在保證滑坡處于較穩定狀態的前提下，所采取的治理方案既要便于實施，又要有足夠的安全度，同時在施工前后，既要有利于保護環境，又要保證不引發新的地質災害。

5.2 治理方案設計

（1）減載+抗滑支擋

在路基右側從碎落臺開始采用大平臺加放緩邊坡的形式刷坡，在保證清除上部已滑動滑體的條件下減載至最后緣裂縫。在邊坡坡腳設置碎落臺，然后按10 m的坡高，1∶2的坡率刷第1級邊坡，設置第1級3 m平臺后按8米的坡高，1∶2的坡率刷第2級邊坡，設置第2級15 m平臺后按7 m的坡高，1∶3的坡率刷第3級邊坡，設置第3級22 m平臺后按12 m的坡高，1∶3坡率刷第4級邊坡，設置第4級34 m寬平臺后按1∶2坡率刷第5級邊坡。在第二級平臺設置雙排直徑1.5 m鉆孔灌注樁，其中A型抗滑樁樁長18 m，B型抗滑樁樁長25 m，在第4級平臺設置雙排直徑1.8 m鉆孔灌注樁，樁長28 m，雙排抗滑樁頂部位置利用冠梁連接成整體。經計算，采取減載加抗滑樁方案，邊坡天然工況下安全系數1.21，暴雨工況下安全系數1.16，滿足路基規范要求。經計算，土方減載總方量約31.4萬立方米。

（2）坡面防護工程

第一級邊坡坡面防護采用非預應力錨桿框格梁+TBS防護，錨桿長度12 m，其中框架結構采用C25混凝土現澆。第二至四級邊坡坡面防護采用三維網植草防護，第五級邊坡坡面防護采用C30窗式護面墻防護。

6 邊坡穩定性監測分析

6.1 監測方案

因該項目治理方案為卸載挖方，將大面積地人工改造坡體，對監測點影響比較大，監測點需在其附近區域坡體開挖到位后再實施布設。卸載刷方自上而下實施，上部坡體刷方完成后補充布設觀測點。下部刷方時以此類推。

為掌握邊坡治理效果，在邊坡上部布置測點開展變形監測。先后在一至四級邊坡坡面上布置14個坡面位移監測點，每組4個，共七組，利用全站儀進行監測。深層位移孔主要設置在坡體卸載平臺及路線右側居民區，同時在K41+970、K42+010、K42+070、K42+100四個監測斷面鉆孔樁內埋入一根深層監測管。坡體卸載平臺及路線右側居民區深層土體水平位移監測鉆孔深度伸入基巖不小于2.0 m，樁內監測管與樁等長布置。選取K42+010斷面的16、24號雙排樁，K42+070斷面的 31、43號雙排樁，此8根樁內每根樁選取2根鋼筋設置鋼筋計監測鋼筋應力變化。16、31號前排樁垂直路線方向截面上選取兩根鋼筋，在樁頂以下3 m、6 m、9.4 m、14 m位置設置鋼筋計；16、31號后排樁垂直路線方向截面上選取兩根鋼筋，在樁頂以下3 m、6 m、8.4 m、13 m位置設置鋼筋計。24、43號前排樁垂直路線方向截面上選取兩根鋼筋，在樁頂以下3 m、6 m、12 m、17 m位置設置鋼筋計；24、43號后排樁垂直路線方向截面上選取兩根鋼筋，在樁頂以下3 m、6 m、11 m、16 m位置設置鋼筋計。

6.2 邊坡位移監測分析

（1）地表位移監測

2020年8月24日至2020年11月16日期間共計84 d，監測地表位移觀測樁共計14個。

監測數據分析結果表明，?X累計位移在1.3～46.4 mm之間（?X為正，向邊坡臨空面方向位移），?Y向累計位移在-13.4～9.2 mm之間（?Y為正，向大樁號方向位移），累計沉降量在1.4～15.4 mm之間。邊坡處理后位移變化總體較小，變形量均較小，說明邊坡坡面變形得到了有效控制，滑坡治理方案合理。

（2）深層位移監測

2020年4月10日至2020年 11月16日期間共計220 d，監測深層位移觀測樁共計14個。

監測數據分析結果表明，A向累計位移在-12.2～14.0 mm之間，B向累計位移在-10.2～5.9 mm之間。結合現場觀察結果，未發現坡體有明顯變形破壞的情況，進一步說明防護后滑坡體變形已得到有效控制。

（3）鋼筋應力監測

2020年5月14日至2020年11月16日監測31號、41號、43號、16號、24號抗滑樁內鋼筋應力計，共5個應力計。

監測數據分析結果表明，累計應力在-44.9～58.9 MPa之間，6個月監測完成后已處于穩定狀態，且總體預應力損失也較小，表明錨索受力狀態穩定，邊坡坡體內部結構穩定。

7 結論

（1）滑坡體主要由全強風化泥沙巖和泥巖夾煤線組成，體積約50萬立方米，寬度涉及范圍達200 m，平均深度15 m，屬牽引式中型滑坡體。

（2）降雨及坡體上部水池開裂導致水流下滲至泥巖層面，造成巖層抗剪強度降低，山體沿軟化的泥巖層面產生了滑坡。

（3）通過滑坡體模型計算分析表明，滑體最大下滑力達到4 104.9 kN/m，在不減載的情況下，抗滑樁支擋設計已不能滿足抗滑要求。

（4）提出減載+抗滑支擋+坡面防護等成套治理方案，并經驗算滑坡的穩定性及推力均滿足設計要求。

（5）通過對治理后的邊坡進行穩定性監測分析，監測數據表明，治理后邊坡整體趨于穩定，證明邊坡變形得到了有效控制，滑坡治理方案合理。

參考文獻

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