云南玉龍縣寶山公路H1滑坡穩(wěn)定性分析

李紅軍

(中船勘察設(shè)計研究院有限公司，上海 200063)

0 引言

我國是一個多山國家，山地和溝谷地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)性與危害性都相當(dāng)驚人，特別是云南地處印度板塊與歐亞板塊擠壓碰撞帶的北東邊界，兩大板塊長期相對運動，使得云南省地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)，尤其以滑坡和泥石流分布最廣、危害最大[1-2]。

云南省玉龍縣寶山公路K3+780.000～K5+965.283段改線工程位于寶山鄉(xiāng)境內(nèi)，該段線路沿途地勢險惡，原筑路棄渣棄土隨意堆放斜坡，道路切割山體強(qiáng)烈，沿線H1滑坡多次發(fā)生滑動，導(dǎo)致下側(cè)公路損毀后下移改道，外側(cè)路面以及滑坡后緣填土平臺出現(xiàn)多處明顯裂縫，嚴(yán)重威脅道路交通。

1 H1滑坡基本特征

1.1 H1滑坡地形地貌特征

H1滑坡后緣以道路外側(cè)棄渣場地平臺為界，總體坡度介于22°～35°，滑坡上部和中部約30°～35°，下部堆積體坡度約22°～30°，滑坡平均坡度約26°。H1滑坡后緣沿道路走線展布切坡平臺，南側(cè)滑坡壁主要沿下方損毀道路北側(cè)陡坡延伸，前中部多發(fā)育多級小型陡坎及荒坡地。H1滑坡工程地質(zhì)勘察平面布置見圖1。

圖1 H1滑坡工程地質(zhì)勘察平面布置圖

1.2 H1滑坡變形跡象及邊界形態(tài)

H1滑坡橫向?qū)捈s78 m、縱向長約88 m，滑坡側(cè)壁、坡面及側(cè)壁裂縫發(fā)育，滑坡周界輪廓較為清晰，平面呈方形狀，滑坡體高差約35.0 m，主滑移方向161°，現(xiàn)處于滑動破壞階段，滑面已基本貫通。H1滑坡南北向主要為總體拉張變形，東西兩側(cè)壁邊緣為剪切變形沿周界下錯及滑動變形有加速發(fā)展的趨勢，H1滑坡工程地質(zhì)剖面見圖2。

圖2 H1滑坡工程地質(zhì)剖面圖

1.3 H1滑坡現(xiàn)狀及規(guī)模類型

2 H1 滑坡結(jié)構(gòu)特征

2.1 滑體物質(zhì)

滑體物質(zhì)主要為第四系人工填土，主要來源于修路筑路棄渣棄土，巖性以淺黃、灰黃色碎石土為主，呈黏土、角礫及碎石混雜狀，干燥—稍濕，土體結(jié)構(gòu)松散，土體黏聚力小，碎石、角礫含量約占總質(zhì)量的25%～40%，呈棱角狀。由于填土層土體之間空隙較大、土體裂隙較發(fā)育、透水性較強(qiáng)，有利于降雨下滲。

2.2 滑動面(帶)特征

據(jù)工程地質(zhì)調(diào)查測繪及勘察鉆孔揭露巖土體垂向結(jié)構(gòu)特征，坡體表層為填土層，填土垂向分布連續(xù)性較好，與原生坡殘積層分界明顯，填土底部與粉質(zhì)黏土頂部結(jié)構(gòu)均明顯變得松散，有相對滑動痕跡，該界面為明顯軟弱結(jié)構(gòu)面，物理力學(xué)性質(zhì)較差，抗剪強(qiáng)度相對較低[4]。

2.3 滑床物質(zhì)

H1滑坡垂向地層依次為填土、粉質(zhì)黏土、砂巖，滑坡的滑床為坡殘積粉質(zhì)黏土，厚度一般1.5～2.5 m，具有較高的黏聚力，穩(wěn)定性較好，黏性土滑床透水性弱，具有相對隔水的性質(zhì)，地表降水沿填土層下滲在滑床附近易受阻，致使滑帶土體狀態(tài)降低至軟塑—可塑狀態(tài)，從而引發(fā)填土層沿坡殘積粉質(zhì)黏土發(fā)生滑坡。

3 滑坡成因分析

3.1 地形地貌條件與應(yīng)力重分布

H1滑坡體整體坡度約26°，坡度較大不利于填土層的巖土穩(wěn)定，H1滑坡前緣發(fā)育多級小型陡坎及荒坡地，局部地形高差變化造成應(yīng)力差較大，容易形成最大剪應(yīng)力增高帶, 較易發(fā)生剪切破壞。下部道路開挖形成側(cè)向臨空面，容易發(fā)生卸負(fù)荷回彈，引起應(yīng)力重分布、應(yīng)力分異、應(yīng)力集中效應(yīng)，不利于整體穩(wěn)定[5]。

3.2 地層巖性組合及工程地質(zhì)條件

滑體為填土層，結(jié)構(gòu)松散，孔隙比大，利于地表水下滲，物理力學(xué)性質(zhì)較差；滑床為原生粉質(zhì)黏土，物理力學(xué)性質(zhì)較好，滑面順坡向，填土層易沿分界面變形，逐漸貫通成為滑面。

3.3 地下水的影響

水是導(dǎo)致滑坡變形的重要因素之一，鉆孔內(nèi)未揭露地下水，但是滑體填土層結(jié)構(gòu)松散、裂隙發(fā)育，利于地表雨水下滲，土體飽水后強(qiáng)度降低，重度增大并增加下滑力分量；地表水下滲到滑面附近受阻，并沿滑面向坡腳方向滲流，孔隙水壓力及滲流壓力作用也增加了下滑力分量。降雨下滲后軟化土體、降低巖土體物理力學(xué)性質(zhì)，地下水的影響也是形成滑坡的一個重要原因[6-7]。

4 H1滑坡穩(wěn)定性分析與評價

(1)計算滑面

H1滑坡選取1條主滑剖面和2條輔助剖面進(jìn)行穩(wěn)定性計算與分析，滑面為人工棄渣填土與坡殘積含礫粉質(zhì)黏土接觸界面。

(2)計算模型

計算工況的選取按照滑坡勘查規(guī)范對應(yīng)的工況I(自重工況)、工況III(自重+暴雨工況)、工況IV(自重+地震工況)進(jìn)行計算；鉆孔內(nèi)未見地下水，故不對工況II(自重+地下水)進(jìn)行計算。

(3)主要計算參數(shù)

表1 滑坡堆積層抗剪強(qiáng)度指標(biāo)取用表

注：滑體含碎石、礫石較多，實驗室無法進(jìn)行抗剪強(qiáng)度試驗，故對滑坡進(jìn)行反演計算。

表2 滑坡殘積粉質(zhì)黏土抗剪強(qiáng)度指標(biāo)取用表

(4)計算公式的選擇

H1滑坡區(qū)的滑動面(帶)縱向上均呈折線形，依滑面形態(tài)，選取折線形滑面計算公式進(jìn)行穩(wěn)定性計算。穩(wěn)定性計算(Kf)采用《滑坡防治工程設(shè)計與施工技術(shù)規(guī)范》(DZ/T0219—2006)附錄A.1.2公式A.9[8]。

式中：Kf為穩(wěn)定系數(shù)；TDi為滲透壓力產(chǎn)生的平行滑面分力；Tn=Wn(sinαn+Acosαn)+TDn;Rn為滲透壓力產(chǎn)生的垂直滑面分力；Wi為第i條塊的重力，kN/m；ci為第i條塊黏聚力，kPa；φi為第i條塊內(nèi)摩擦角，(°)；Li為第i條塊滑面長度，m；αi為第i條塊滑面傾角，(°)；A為地震加速度(重力加速度g)；ψj為第i塊段的剩余滑力傳至第i+1塊段時的傳遞系數(shù)(j=i)。

(5)計算結(jié)果及穩(wěn)定性分析評價

在工況I、III、IV的條件下，計算H1滑坡區(qū)各斷面的穩(wěn)定系數(shù)并進(jìn)行穩(wěn)定性分析評價，結(jié)果見表3。

表3 不同工況下的滑坡穩(wěn)定系數(shù)及狀態(tài)

①在工況I(自重)條件下：H1滑坡區(qū)在各計算斷面，穩(wěn)定系數(shù)Kf=1.025～1.075，總體處于基本穩(wěn)定—欠穩(wěn)定狀態(tài)；

②在工況III(自重+暴雨)條件下：H1滑坡區(qū)在各計算斷面，穩(wěn)定系數(shù)Kf=0.981～0.993，總體處于不穩(wěn)定狀態(tài)；

③在工況IV(自重+地震)條件下： H1滑坡區(qū)在各計算斷面，穩(wěn)定系數(shù)Kf=1.003～1.011，總體處于欠穩(wěn)定狀態(tài)。

(6)剩余下滑推力計算分析與評價

H1滑坡工程級別屬于Ⅲ級防治工程，Ⅲ級防治工程安全系數(shù)Ks取值如下：

①工況I(自重)：采用Ks=1.15；

②工況Ⅲ(自重+暴雨+地下水)：采用Ks=1.05；

③工況IV(自重+地震+地下水)：采用Ks=1.05。

根據(jù)不同工況對應(yīng)的安全系數(shù)計算的剩余下滑力見表4。

表4 不同工況下的滑坡剩余下滑力統(tǒng)計表

從表4可知H1滑坡剩余下滑推力分布如下：

①工況I(自重)條件下，剩余下滑推力為185～377 kN/m；

②工況Ⅲ(自重+暴雨)條件下，剩余下滑推力為270～395 kN/m；

③工況IV(自重+地震)條件下，剩余下滑推力為254～379 kN/m。

5 結(jié)論

(1)H1滑坡滑動面已貫穿，周界清晰，裂縫發(fā)育、變形明顯，滑坡按滑體體積分類為小型滑坡，按滑動方式分類為推移式+牽引式復(fù)合滑坡，按滑面埋深分類為中層滑坡，按滑體物質(zhì)組成分類為棄渣棄土堆積層滑坡。

(2)滑坡危害對象等級劃分為三級，滑坡防治工程等級劃分為三級。

(3)H1滑坡在自重狀態(tài)(工況Ⅰ)下滑坡處于基本穩(wěn)定—欠穩(wěn)定狀態(tài)；在自重+地下水+暴雨飽水狀態(tài)(工況Ⅲ)下滑坡處于不穩(wěn)定狀態(tài)；在自重+地下水+地震狀態(tài)(工況Ⅳ)下滑坡處于欠穩(wěn)定狀態(tài)。

(4)工況I(自重)條件下，H1滑坡剩余下滑推力為185～377 kN/m；工況Ⅲ(自重+暴雨)條件下，剩余下滑推力為270～395 kN/m；工況IV(自重+ 地震)條件下，剩余下滑推力為254～379 kN/m。

(5)H1滑坡在外力作用下整體滑動會造成較大的經(jīng)濟(jì)損失和不良社會影響，具有工程治理的必要性和緊迫性，建議以“支擋加固為主，與固坡、截排水相結(jié)合的方案” 綜合進(jìn)行治理。