某順層巖質(zhì)滑坡處治技術(shù)與工程實(shí)例分析研究

何 云 楊益彪 徐呈祥

(貴州省交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)研究院股份有限公司 貴陽 550081)

貴州省地貌主要以山地及丘陵地形為主，其地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，巖體結(jié)構(gòu)多變。隨著大規(guī)?；A(chǔ)設(shè)施建設(shè)的開展，公路建設(shè)過程中不可避免地對坡體進(jìn)行深切開挖，形成諸多巖質(zhì)高邊坡，其中巖體中分布有軟弱夾層的順層巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性問題尤為突出，在強(qiáng)降雨作用下極易產(chǎn)生滑坡，進(jìn)而對公路建設(shè)及運(yùn)營構(gòu)成安全隱患，因此，全面有效地治理滑坡是確保公路建設(shè)與運(yùn)營安全的關(guān)鍵。

順層巖質(zhì)滑坡長久以來一直是巖土工程界的研究熱點(diǎn)，滑坡實(shí)質(zhì)上是邊坡坡體產(chǎn)生漸進(jìn)、動(dòng)態(tài)破壞的過程，同時(shí)滑坡治理工程是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，準(zhǔn)確地認(rèn)識(shí)滑坡變形破壞機(jī)理是滑坡治理工程的關(guān)鍵工作?；掠绊懸蛩鼐哂袕?fù)雜性和多樣性等特點(diǎn)，陳祖煜[1]、張倬元[2]、王恭先[3-4]、黃潤秋[5-6]等結(jié)合諸多工程實(shí)例對邊坡穩(wěn)定性影響因素進(jìn)行了系統(tǒng)的總結(jié)及歸納，并對邊坡變形破壞力學(xué)機(jī)制進(jìn)行了詳細(xì)分析。鄒宗興等[7-8]對滑坡漸進(jìn)破壞力學(xué)參數(shù)變化規(guī)律進(jìn)行分析研究，將順層巖質(zhì)滑坡變形破壞模式總結(jié)為前進(jìn)式漸進(jìn)破壞模式和后退式漸進(jìn)破壞模式兩大類。路為等[9]認(rèn)為順層邊坡平面破壞的力學(xué)機(jī)制主要分為滑移-拉裂型和水力驅(qū)動(dòng)型2種，并結(jié)合邊坡穩(wěn)定性系數(shù)對2類變形破壞機(jī)制失穩(wěn)判據(jù)進(jìn)行分析研究。

本文基于貴州省某順層巖質(zhì)滑坡治理工程實(shí)例，從滑坡的動(dòng)態(tài)漸進(jìn)破壞角度出發(fā)，在詳細(xì)查明邊坡工程地質(zhì)條件的基礎(chǔ)上，通過滑坡的深層位移監(jiān)測，對該滑坡影響因素、變形破壞機(jī)制進(jìn)行分析，結(jié)合滑坡穩(wěn)定性分析計(jì)算，針對性地對滑坡進(jìn)行治理設(shè)計(jì)。

1 工程地質(zhì)條件

1.1 地形地貌

邊坡區(qū)地處云貴高原向湘西丘陵過渡的斜坡地帶，地貌類型屬構(gòu)造侵蝕—?jiǎng)兾g型低山地貌，地勢北高南低，原始邊坡坡度為20°～45°。

1.2 地層巖性

邊坡區(qū)上覆土層為殘坡積層(Qel+dl)碎石土，下伏基巖為上板溪群清水江組第一段(Ptbnbq1)中厚層狀變余粉砂巖。

1.3 地質(zhì)構(gòu)造

場區(qū)內(nèi)未發(fā)現(xiàn)斷層通過，受區(qū)域構(gòu)造的影響，巖層產(chǎn)狀局部發(fā)生變化，邊坡區(qū)巖層產(chǎn)狀為165°∠21°，巖層層面平直光滑，泥質(zhì)充填，結(jié)合很差，屬軟弱結(jié)構(gòu)面。場區(qū)構(gòu)造節(jié)理裂隙發(fā)育，主要發(fā)育170°∠85°及255°∠84° 2組節(jié)理，節(jié)理間距200～400 mm，為張性節(jié)理，節(jié)理面平直光滑、泥質(zhì)充填，結(jié)合很差，屬軟弱結(jié)構(gòu)面。

1.4 邊坡原狀

K1356+540-K1356+690段右側(cè)邊坡長150 m，邊坡高度最高達(dá)45.5 m。邊坡原狀為：①一級(jí)邊坡坡率約1∶0.7，坡面采用框架錨索(K1356+566-K1356+615)與格構(gòu)梁(K1356+615-K1356+665)進(jìn)行防護(hù)，邊坡中部有1條鄉(xiāng)村碎石路通過，K1356+540-K1356+566高速公路與鄉(xiāng)村道路邊溝外均設(shè)有路塹墻；②二級(jí)邊坡坡率約1∶1，坡面主要采用框架錨索進(jìn)行防護(hù)，兩端(K1356+555-K1356+590、K1356+680-K1356+690)采用格構(gòu)梁進(jìn)行防護(hù)；③三級(jí)邊坡坡率約1∶1.1，坡面主要采用格構(gòu)梁+獨(dú)立錨索(K1356+590-K1356+640、K1356+655-K1356+685)與主動(dòng)防護(hù)網(wǎng)(K1356+560-K1356+590)進(jìn)行防護(hù)，局部區(qū)域(K1356+640-K1356+655)采用掛網(wǎng)錨噴進(jìn)行防護(hù)；④四級(jí)邊坡坡率約1∶1.2～1∶1.7，坡面采用掛網(wǎng)錨噴(K1356+635-K1356+680)與菱形骨架植草(K1356+600-K1356+635)進(jìn)行防護(hù)；⑤坡口外設(shè)有截水溝，一、二、三級(jí)坡的K1356+640處及四級(jí)坡的K1356+655處設(shè)有急流槽將截排水溝匯水引致坡腳排出場外。

2 滑坡變形破壞特征

根據(jù)前期調(diào)訪，該段邊坡在施工過程中坡體已出現(xiàn)部分變形破壞現(xiàn)象，后施工單位采用獨(dú)立錨索進(jìn)行局部補(bǔ)強(qiáng)。2016年5-9月，受強(qiáng)降雨影響，該段邊坡出現(xiàn)明顯變形現(xiàn)象。邊坡開挖坡口線范圍內(nèi)變形破壞特征明顯，其中K1356+550-K1356+640段邊坡變形破壞特征主要表現(xiàn)為：路基邊溝變形，應(yīng)急車道邊緣隆起，一、二級(jí)坡面框架錨索出現(xiàn)變形開裂、錨座脫落、鋼絞線回縮，一、二級(jí)平臺(tái)局部發(fā)生下沉、開裂，三級(jí)坡面局部出現(xiàn)變形、開裂，坡頂截水溝錯(cuò)斷、開裂等，四級(jí)坡面未見明顯變形開裂現(xiàn)象。K1356+640-K1356+680段邊坡變形破壞特征主要表現(xiàn)為：三級(jí)坡面格構(gòu)梁開裂變形，四級(jí)坡面掛網(wǎng)錨噴坡面開裂及平臺(tái)截水溝錯(cuò)斷、急流槽開裂變形等，一、二級(jí)坡面框架錨索、格構(gòu)梁及坡頂截水溝未見明顯變形開裂現(xiàn)象。根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查，原邊坡坡口線外范圍，除K1356+555右側(cè)約83 m處發(fā)現(xiàn)1條長約6 m的小裂縫外，其余區(qū)域均未發(fā)現(xiàn)巖土體開裂及其他明顯變形現(xiàn)象。

滑坡體平面形態(tài)呈“圈椅型”，滑坡左右邊界分別位于K1356+680及K1356+546處，結(jié)合坡體深層位移監(jiān)測及坡體裂縫分布特征，確定滑坡后緣距高速公路路中線距離為95～110 m不等，滑坡前緣自K1356+546-K1356+680分別沿高速公路應(yīng)急車道處向邊坡四級(jí)坡面延伸分布。該滑坡滑體體積為96 400 m3，滑動(dòng)面埋深平均為8～10 m，根據(jù)JTG C20-2011 《公路工程地質(zhì)勘察規(guī)范》，該滑坡屬中型中層滑坡，滑坡形態(tài)規(guī)模見圖1。

圖1 滑坡工程地質(zhì)平面圖

滑坡體物質(zhì)組成主要為碎石土及強(qiáng)風(fēng)化變余粉砂巖。由于滑體及滑面空間分布的不同，滑坡Ⅰ區(qū)及II區(qū)滑坡體物質(zhì)組成及滑帶特征如下。

I區(qū)(K1356+546-K1356+650)，勘察揭露坡體上覆碎石土層厚0～5 m，下伏變余粉砂巖強(qiáng)風(fēng)化層厚6～13.5 m，深層位移監(jiān)測確定滑面埋深為11～13 m，滑坡體物質(zhì)組成中強(qiáng)風(fēng)化變余粉砂巖約占80%，碎石土約占20%?；瑤е饕挥趶?qiáng)風(fēng)化變余粉砂巖中，整體形態(tài)沿巖層層面發(fā)生平面滑動(dòng)，由于強(qiáng)風(fēng)化層巖體節(jié)理裂隙發(fā)育，巖體破碎，結(jié)構(gòu)面結(jié)合很差，地下水受下部中風(fēng)化基巖阻隔，易于強(qiáng)風(fēng)化層內(nèi)部富集，軟化巖層層面，進(jìn)而形成滑帶。

II區(qū)(K1356+650-K1356+680)，勘察揭露坡體上覆碎石土層厚4～5 m，下伏變余粉砂巖強(qiáng)風(fēng)化層厚6～13.5 m，深層位移監(jiān)測確定滑面埋深為7～11 m，滑坡體物質(zhì)組成中強(qiáng)風(fēng)化變余粉砂巖約占40%，碎石土約占60%?；瑤е饕挥趶?qiáng)風(fēng)化變余粉砂巖中，整體形態(tài)沿巖層層面發(fā)生平面滑動(dòng)，由于強(qiáng)風(fēng)化層巖體節(jié)理裂隙發(fā)育，巖體破碎，結(jié)構(gòu)面結(jié)合很差，地下水下滲后易軟化巖層層面，進(jìn)而形成滑帶?；嫘螒B(tài)見圖2。

圖2 滑坡工程地質(zhì)斷面圖

3 變形破壞機(jī)制分析

3.1 深層位移監(jiān)測數(shù)據(jù)分析

為準(zhǔn)確查明坡體滑面分布及坡體滑動(dòng)變形隨時(shí)間的變化特征，對可能產(chǎn)生的滑坡進(jìn)行預(yù)報(bào)以便及時(shí)采取應(yīng)對措施，滑坡治理對勘察中6個(gè)鉆孔進(jìn)行了深層側(cè)向位移監(jiān)測。根據(jù)深層位移監(jiān)測位移矢量，確定滑坡主滑方向?yàn)?90°(垂直于高速公路路線走向)。典型深部位移監(jiān)測曲線見圖3。

圖3 典型監(jiān)測孔深部位移監(jiān)測曲線圖

根據(jù)深層位移監(jiān)測，坡體有向高速公路路面方向移動(dòng)的趨勢，監(jiān)測期間坡體累積最大位移約為10.89 mm，最大位移速率為0.16 mm/d(0.058 4 m/年)，根據(jù)DZ/T 0221-2006 《崩塌、滑坡、泥石流監(jiān)測規(guī)范》，坡體變形速率為極慢，處于蠕動(dòng)變形狀態(tài)。

3.2 滑坡穩(wěn)定性影響因素分析

1) 地層巖性。滑坡體巖土體組成主要為碎石土、強(qiáng)風(fēng)化及中風(fēng)化變余粉砂巖，碎石土孔隙率大致使地表水易下滲，巖體層間夾泥巖而呈現(xiàn)軟硬相間，巖層層面易受降雨下滲影響而軟化，抗剪強(qiáng)度指標(biāo)急劇降低。

2) 地質(zhì)構(gòu)造?；聟^(qū)巖層產(chǎn)狀為165°∠21°，巖層層面相對開挖坡面順傾，且?guī)r層層面傾角比開挖坡面緩，巖層層面為外傾結(jié)構(gòu)面，為不穩(wěn)定結(jié)構(gòu)面，在降雨等因素作用下，坡體易沿巖層層面產(chǎn)生平面滑動(dòng)。

3) 路基開挖切腳。高速公路及鄉(xiāng)村道路對原坡體進(jìn)行開挖切腳，降低了坡體前緣抗力，同時(shí)在開挖坡體應(yīng)力重分布、降雨、風(fēng)化等作用下坡體前緣外傾巖體產(chǎn)生滑移松弛，進(jìn)一步降低坡體前緣抗力，促使邊坡變形破壞并進(jìn)一步形成滑坡。

3.3 滑坡變形機(jī)理分析

高速公路及鄉(xiāng)村道路的建設(shè)對坡體開挖切腳，致使坡體前緣抗力減小。由于開挖形成新的臨空面，使得坡體內(nèi)部應(yīng)力狀態(tài)發(fā)生改變，坡面應(yīng)力解除后處于單向應(yīng)力狀態(tài)，產(chǎn)生卸荷回彈，致使節(jié)理裂隙進(jìn)一步擴(kuò)展。前期邊坡治理設(shè)計(jì)雖采用錨索對坡體進(jìn)行加固，但施工過程中未對坡體變形破壞跡象引起重視，未采取足夠的補(bǔ)強(qiáng)措施，給滑坡形成留下隱患。加之受持續(xù)降雨作用影響，地表水沿巖土體空隙、裂隙下滲，巖土體重度增加，下滑力增大，地表水下滲進(jìn)一步降低巖土體結(jié)構(gòu)面抗剪強(qiáng)度，使得滑面強(qiáng)度下降，抗滑力隨之減小，導(dǎo)致邊坡沿巖層層面產(chǎn)生順層蠕動(dòng)滑移。

4 滑坡處治

4.1 穩(wěn)定性計(jì)算分析

根據(jù)JTG D30-2015 《公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范》，取穩(wěn)定系數(shù)為0.98進(jìn)行反演分析確定滑動(dòng)面抗剪強(qiáng)度指標(biāo)。根據(jù)勘察與監(jiān)測結(jié)果，該滑坡為沿巖層層面產(chǎn)生的順層滑移，滑坡體主滑方向?yàn)?90°，結(jié)合滑坡分區(qū)所處的不同的工程地質(zhì)條件分別選取典型斷面對暴雨工況滑坡I區(qū)及II區(qū)滑面抗剪強(qiáng)度參數(shù)進(jìn)行反算，計(jì)算結(jié)果見表1。

表1 滑面抗剪強(qiáng)度參數(shù)計(jì)算結(jié)果

選取暴雨工況下取安全系數(shù)K為1.20對滑坡剩余下滑力進(jìn)行計(jì)算，得到滑坡I區(qū)典型斷面剩余下滑力為1 454 kN/m，滑坡II區(qū)典型斷面剩余下滑力為553 kN/m，為確保高速公路及鄉(xiāng)村道路的正常運(yùn)營，需對滑坡進(jìn)行加固處治。

4.2 治理措施

結(jié)合滑坡工程地質(zhì)條件、變形破壞機(jī)理、穩(wěn)定性分析計(jì)算，對滑坡實(shí)行分區(qū)針對性治理。對滑坡I區(qū)采用錨拉樁對坡體進(jìn)行抗滑支擋，對滑坡II區(qū)采用框架錨索對坡體進(jìn)行抗滑支擋；對坡體裂縫采用混凝土進(jìn)行封閉，同時(shí)完善坡體截排水措施；在治理施工過程中為避免坡體產(chǎn)生進(jìn)一步變形破壞，對高速公路邊緣設(shè)置反壓回填的臨時(shí)加固措施，確保治理工程的施工安全?；轮卫碓O(shè)計(jì)斷面見圖4。

圖4 滑坡治理設(shè)計(jì)斷面圖

為掌握施工過程中滑坡的穩(wěn)定性狀態(tài)以確?；轮卫硎┕さ陌踩?，同時(shí)檢驗(yàn)滑坡治理效果，在滑坡治理施工及施工完成后，分別采用深層位移監(jiān)測、坡面裂縫觀測、坡面設(shè)置位移觀測點(diǎn)等對滑坡進(jìn)行變形監(jiān)測。監(jiān)測結(jié)果抗滑樁及錨索支擋結(jié)構(gòu)形成后，滑坡變形趨于穩(wěn)定，表明滑坡得到了良好的處治，保證了高速公路的安全運(yùn)營。

5 結(jié)論

1) 邊坡巖體內(nèi)部泥質(zhì)軟弱夾層是影響邊坡穩(wěn)定性的關(guān)鍵因素，同時(shí)在開挖切腳、地質(zhì)構(gòu)造、大氣降雨等因素綜合作用下，軟弱夾層軟化逐步貫通形成剪切滑動(dòng)面致使坡體產(chǎn)生順層平面滑動(dòng)。

2) 結(jié)合深層位移監(jiān)測準(zhǔn)確地查明了坡體內(nèi)部滑面分布特征，通過滑坡穩(wěn)定性計(jì)算分析，對滑坡進(jìn)行分區(qū)針對性處治。

3) 應(yīng)重視邊坡工程地質(zhì)條件分析研究，在前期施工過程中坡體產(chǎn)生變形跡象應(yīng)引起足夠重視，以避免發(fā)生坡體加固措施不足，最終形成滑坡現(xiàn)象。

[1] 陳祖煜，汪小剛．巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性分析：原理 方法 程序[M].北京：中國水利水電出版社，2005.

[2] 張倬元，王士天，王蘭生,等.工程地質(zhì)分析原理[M].3版.北京：地質(zhì)出版社，2009.

[3] 王恭先.滑坡防治方案的選擇與優(yōu)化[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2006,25(2):3867-3873.

[4] 王恭先.滑坡防治中的關(guān)鍵技術(shù)及其處理方法[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2005,24(21):3818-3827.

[5] 黃潤秋.20世紀(jì)以來中國的大型滑坡及其發(fā)生機(jī)制[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2007,26(3):433-454.

[6] 黃潤秋.巖石高邊坡發(fā)育的動(dòng)力過程及其穩(wěn)定性控制[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2008,27(8):1525-1544.

[7] 鄒宗興，唐輝明，熊承仁,等.大型順層巖質(zhì)滑坡漸進(jìn)破壞地質(zhì)力學(xué)模型與穩(wěn)定性分析[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào),2012,31(11)：2222-2230.

[8] 劉婷婷，張軍.順層巖質(zhì)高邊坡剪切滑動(dòng)破壞的敏感性因素分析[J].武漢理工大學(xué)(交通科學(xué)與工程版)，2016，40(5)：792-796，802.

[9] 路為，白冰，陳從新.巖質(zhì)順層邊坡的平面滑移破壞機(jī)制分析[J].巖土力學(xué),2011,32(增刊2)：204-207．