永順—吉首高速公路滑坡穩(wěn)定性分析與評(píng)價(jià)

向啟安

摘 要：湖南省永順—吉首高速公路（以下簡稱“永吉高速”）第11合同段K48+957～K49+112段在建設(shè)中邊坡發(fā)生較大面積的順層滑塌、塊狀崩塌現(xiàn)象，滑塌體形成巨大的巖堆塌落于已開挖路基上，導(dǎo)致橋梁施工與路基施工進(jìn)度受阻。研究者通過工程地質(zhì)勘察，查明滑坡場地地層巖性、地層結(jié)構(gòu)、不良地質(zhì)、水文地質(zhì)條件以及滑坡范圍、周界、揭露厚度等滑坡要素。同時(shí)，根據(jù)勘察結(jié)果，分析滑坡產(chǎn)生的原因，評(píng)價(jià)滑坡的穩(wěn)定性以及滑坡的發(fā)展動(dòng)向，并根據(jù)該滑坡的性質(zhì)特征，對(duì)其進(jìn)行穩(wěn)定性定量評(píng)價(jià)，并提出了“錨固+排水+抗滑樁”的工程治理措施。

關(guān)鍵詞：滑坡;邊坡穩(wěn)定性;剩余下滑力;抗滑樁

中圖分類號(hào)：U418.55文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號(hào)：1003-5168（2021）08-0109-04

Analysis and Evaluation of Stability of the Landslide along

Yongshun—Jishou Highway

XIANG Qian

（Zhongxiang Mine Technical Service Center，Zhongxiang Hubei 431900）

Abstract： During the construction of K48+957～K49+112 section of contract section 11 of Yongshun—Jishou Expressway （hereinafter referred to as "Yongji expressway"） in Hunan Province， a large area of bedding collapse and massive collapse occurred on the slope. The huge rock pile formed by the landslide collapsed on the excavated subgrade， which hindered the progress of bridge construction and subgrade construction. Through the engineering geological survey， the researchers found out the landslide site stratum lithology， stratum structure， adverse geological， hydrogeological conditions， landslide scope， perimeter， exposed thickness and other landslide elements. At the same time， according to the survey results， the causes of the landslide were analyzed， the stability and development trend of the landslide ere evaluated， and the stability was quantitatively evaluated according to the characteristics of the landslide， and the engineering treatment measures of "anchoring + drainage + anti slide pile" were put forward.

Keywords： landslide;slope stability;residual sliding force;anti slide pile

1 研究背景

近年來，我國高速公路建設(shè)快速發(fā)展。但是，在高速公路施工過程中出現(xiàn)了一系列問題，公路滑坡是嚴(yán)重威脅高速公路建設(shè)的問題之一，特別是在線路經(jīng)過山區(qū)和丘陵地帶時(shí)，滑坡問題較為嚴(yán)重。因此，分析評(píng)價(jià)高速公路的邊坡穩(wěn)定性并加強(qiáng)滑坡治理顯得尤為重要。國內(nèi)外諸多學(xué)者對(duì)公路滑坡影響因素及滑坡治理方法進(jìn)行了研究。姚勁松等系統(tǒng)地介紹了邊坡工程穩(wěn)定性分析的全過程，從環(huán)境保護(hù)的角度提出了生態(tài)護(hù)坡的治理措施[1]。劉德平等對(duì)滑坡的穩(wěn)定性進(jìn)行了定量分析和驗(yàn)算，得出滑坡在非正常工況下處于變形失穩(wěn)狀態(tài)，并提出了短隧道、整體削方減載、錨索框架支護(hù)、抗滑樁、截排水、坡面防護(hù)等滑坡綜合治理方案[2]。李新平等[3]采用傳遞系數(shù)法和有限元法對(duì)邊坡進(jìn)行了穩(wěn)定性評(píng)價(jià)，并在此基礎(chǔ)上構(gòu)造出一定數(shù)量的抗滑樁加固方案，同時(shí)利用遺傳算法在全局范圍內(nèi)快速搜索出最優(yōu)的設(shè)計(jì)參數(shù)，選擇合理的治理方案。趙瑜等通過仿真計(jì)算軟件FLAC 3D（Fast Lagrangian Analysis of Continua）對(duì)滑坡穩(wěn)定性的數(shù)值模擬，證明該滑坡是由于滑帶強(qiáng)度低和開挖坡腳造成的，提出先進(jìn)行壓腳支護(hù)再繼續(xù)開挖的施工方案[4]。姜德義等運(yùn)用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法，以重慶地區(qū)大量高速公路邊坡實(shí)例為樣本對(duì)其進(jìn)行學(xué)習(xí)和預(yù)測。研究表明：運(yùn)用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)建立的各類邊坡穩(wěn)定性預(yù)測模型具有很好的適應(yīng)性和較高的精度[5]。李哲等采用數(shù)值模擬軟件GeoStudio中的SEEP/W（地下水滲流分析軟件）和SLOPE/W（邊坡穩(wěn)定性分析軟件）兩個(gè)軟件，對(duì)邊坡在四種不同降雨強(qiáng)度下的二維滲流與穩(wěn)定性進(jìn)行分析。結(jié)果表明：降雨歷時(shí)、降雨強(qiáng)度對(duì)坡體穩(wěn)定性均有不同程度的影響[6]。陶連金等采用通用離散元程序UDEC（Universal Distinct Element Code）模擬邊坡開挖，通過對(duì)治理前后邊坡位移圖進(jìn)行比較分析，表明采用預(yù)應(yīng)力錨索抗滑樁的治理措施安全有效，并通過抗滑樁與預(yù)應(yīng)力錨索抗滑樁的對(duì)比，揭示了預(yù)應(yīng)力錨索抗滑樁改變了傳統(tǒng)抗滑樁的受力狀態(tài)，變懸臂梁為類簡支梁，變被動(dòng)支護(hù)為施加預(yù)應(yīng)力，具有諸多優(yōu)點(diǎn)[7]。

本文對(duì)永吉高速第11合同段K48+957～K49+112段邊坡突然發(fā)生整體滑塌下挫的原因、滑坡的穩(wěn)定性以及滑坡的發(fā)展動(dòng)向進(jìn)行分析與評(píng)價(jià)。采用工程地質(zhì)測繪、鉆探、物探（微分電測探法）、坑探等多種勘察手段查明該滑坡的工程地質(zhì)條件，并對(duì)邊坡巖土結(jié)構(gòu)類型、滑坡現(xiàn)狀進(jìn)行分析評(píng)價(jià)，對(duì)該段滑坡進(jìn)行穩(wěn)定性分析，最后提出“錨固+排水+抗滑樁”的治理方法。

2 工程概況

K48+957～K49+112段滑坡位于湖南省永順至吉首高速公路第11合同段右側(cè)，該段路面原設(shè)計(jì)四級(jí)坡，縱坡為1.900%，坡率從下至上分別為1∶0.3、1∶0.5、1∶0.75、1∶1，第四級(jí)坡面采用SNS主動(dòng)防護(hù)網(wǎng)，其余為裸坡。2015年1月，在實(shí)施變更方案進(jìn)程中，右側(cè)山體突然整體滑塌下挫，形成一個(gè)巨大高陡邊坡，滑塌體瞬間產(chǎn)生的巨大沖擊荷載以及堆積后的重力荷載，在距路基中心線左約33 m，路基面以下12 m深的山坡面上產(chǎn)生一道滑移剪出口，其上坡體表面亦見鼓脹裂縫及扇形裂縫，最大縫寬約為30 cm，可視深約為80 cm?；聜?cè)面及俯視圖如圖1和圖2所示。

3 工程地質(zhì)條件

3.1 地形地貌

滑坡區(qū)域?qū)賱兾g低山丘陵地貌區(qū)，位于一低山東側(cè)單面坡，低山山脈走向近南北向，地勢(shì)西高東低。坡體人為開挖后不久，形成線路以及兩側(cè)路塹邊坡人工地貌，右側(cè)坡體整體滑塌，右側(cè)滑床與滑塌體完全剝離，滑塌體完全堆積在路基上，滑床光滑、平直。坡上植被發(fā)育，種植有大量茶樹，且伴有灌木、雜草，零散分布有少量墳堆。

3.2 氣象水文

滑坡區(qū)屬中亞熱帶季風(fēng)濕潤氣候，冬暖夏涼，四季分明，冬夏長，春秋短;降水充沛，光熱總量偏少;光熱水基本同季;氣候類型多樣，立體特征明顯，因而邊坡的坡體含水量較高。

3.3 地質(zhì)構(gòu)造

滑坡區(qū)巖層產(chǎn)狀118°～122°∠45°～54°，節(jié)理裂隙極為發(fā)育，巖石破碎，穩(wěn)定性條件較差。

3.4 地層巖性

根據(jù)野外地質(zhì)填圖及鉆孔揭露，滑坡區(qū)地層自上而下依次為第四系全新統(tǒng)（Q4del）滑坡堆積體，第四系全新統(tǒng)殘坡積（Q4dl+el）粉質(zhì)黏土，下伏基巖為元古界上板溪群五強(qiáng)溪組（Ptbnw2）變余凝灰?guī)r。

滑坡堆積體：黑色、黃褐色等雜色，主要成分為強(qiáng)風(fēng)化凝灰?guī)r碎塊，巖質(zhì)軟，分布于整段路基上，厚度為0.80～16.80 m。

粉質(zhì)黏土：黃褐色為主，少量黑色，主要成分為粉黏粒，不均勻含少量風(fēng)化巖碎塊，碎塊質(zhì)軟，分布于山體表層，揭露厚度不大。

強(qiáng)風(fēng)化變余凝灰?guī)r：黃褐色為主，原色為青色，節(jié)理裂隙極發(fā)育，裂隙面鐵錳質(zhì)浸染，暗黑色，巖質(zhì)軟。分布于基巖表層，最大厚度為12.80 m。

中風(fēng)化變余凝灰?guī)r：灰青色，巖質(zhì)堅(jiān)硬，節(jié)理裂隙局部發(fā)育，裂隙面鐵錳質(zhì)浸染，鐵銹色，厚度大。該層中夾薄層泥質(zhì)含量較高的巖層，灰白色，抗風(fēng)化能力弱，溶蝕較強(qiáng)烈，局部沿裂隙面溶蝕呈黃褐色，巖質(zhì)較硬。

3.5 水文地質(zhì)條件

滑坡區(qū)地下水可分為孔隙水和基巖裂隙水兩種?？紫端x存在粉質(zhì)黏土層中，粉質(zhì)黏土層主要分布于山坡平臺(tái)上，厚度小，滲透性差?；鶐r裂隙水賦存在變余凝灰?guī)r基巖裂隙中，基巖裂隙富水性具有不均衡性。地下水主要為大氣降水垂直滲入補(bǔ)給。

4 滑坡變形與結(jié)構(gòu)特征

4.1 滑坡巖土結(jié)構(gòu)及類型

滑坡區(qū)從滑坡后緣至前緣為一閉合圈椅狀的周界，長度約為200 m。右側(cè)邊坡表層覆蓋層厚度不大，最大揭露厚度為5 m;其下為強(qiáng)風(fēng)化變余凝灰?guī)r，厚度不大，最大視厚度為3.80 m，該層巖體破碎，裂隙發(fā)育，隙面鐵錳質(zhì)浸染，一般呈碎裂塊狀;下伏主要下臥層為中風(fēng)化變余凝灰?guī)r，該層巖體完整性較好，局部位置裂隙發(fā)育有水蝕現(xiàn)象，巖體稍破碎。

4.2 變形破壞過程及特征

右側(cè)邊坡為典型的崩滑式滑坡，滑塌體與滑床完全剝離，滑塌體全部下挫堆積在路基上，滑床顯露清晰可辨，平面上基本呈規(guī)則圈椅狀，沿路基縱向上長約為130 m，滑坡后壁坡口線距離路基右側(cè)邊線最遠(yuǎn)約70 m，滑床平面橫寬約為30 m，滑床頂、底高差約為40 m，壁面光滑、平直，覆蓋一層黑色錳質(zhì)含量較高的軟弱夾層，為產(chǎn)狀面。場區(qū)滑坡主要為沿產(chǎn)狀的軟弱夾層產(chǎn)生的順層滑坡，軟弱夾層主要為含錳質(zhì)較高的風(fēng)化層，在雨水浸泡下極其軟弱。大里程側(cè)有厚度為10 cm的軟弱夾層，如圖3所示。

由于右側(cè)崩滑的巨大規(guī)模崩滑體塌至左側(cè)邊坡坡上，巨大的沖擊力瞬間導(dǎo)致左側(cè)坡體破碎，之后厚層堆積體重力超載產(chǎn)生的巨大壓力作用于左側(cè)下邊坡，左側(cè)下邊坡原始山坡K49+030～K49+060段產(chǎn)生推移式滑移，出現(xiàn)一道沿山體陡坎處平面呈微弧狀的滑坡剪出口。該剪出口距中心線約33 m，剪出口以上靠路基側(cè)坡體亦見鼓脹裂縫及扇形裂縫，最大縫寬約為30 cm，可視深約為80 cm，如圖4所示。

4.3 滑床

滑床為崩滑壁-滑床。由于滑體已剝離，俯視滑床呈月牙形?；脖砻娓街粚颖榆浫鯅A層，黑色，質(zhì)軟。

5 滑坡成因分析

5.1 右側(cè)崩滑

在路塹邊坡后緣山體內(nèi)部，存在一貫通性的大型節(jié)理面。該節(jié)理面傾向坡向，陡直，表面附著軟弱薄層。路塹邊坡開挖導(dǎo)致坡體卸荷松動(dòng)，前述后緣大型節(jié)理松動(dòng)張開，雨水下滲，進(jìn)一步軟化節(jié)理面附著的軟弱薄層，并在節(jié)理間產(chǎn)生水張力與潤滑結(jié)構(gòu)面。

5.2 左側(cè)滑坡

區(qū)域內(nèi)淺表基巖破碎，工程性質(zhì)不良;右側(cè)崩滑的巨大規(guī)模崩滑體塌至左側(cè)邊坡坡上，巨大的沖擊力瞬間導(dǎo)致左側(cè)坡體破碎，之后厚層堆積體重力超載產(chǎn)生的巨大壓力作用于左側(cè)下邊坡。左側(cè)山坡坡度較陡，本身的穩(wěn)定性條件較差，不堪右側(cè)崩滑的沖擊與堆積體土壓力。右側(cè)崩滑后，大體積的崩滑堆積體覆于左側(cè)邊坡之上，因崩塌體呈碎散狀，存在大量的架空與孔隙，降雨導(dǎo)致孔隙充水，產(chǎn)生較大的靜水壓力以及較長時(shí)間地向下邊坡滲水。

6 滑坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)與治理措施

6.1 滑坡抗剪強(qiáng)度的計(jì)算

根據(jù)該滑坡的性質(zhì)特征，結(jié)合室內(nèi)試驗(yàn)（本次在滑床上取軟弱夾層進(jìn)行殘余剪切試驗(yàn)）及附近參數(shù)經(jīng)驗(yàn)取值：取滑帶抗剪強(qiáng)度指標(biāo)值：黏聚力[C]=10 kPa，內(nèi)摩擦角[φ]=12.5°。

6.2 剩余下滑力計(jì)算

計(jì)算滑坡剩余下滑力時(shí)進(jìn)行如下假設(shè)：①假設(shè)抗滑支擋結(jié)構(gòu)設(shè)置在原開挖一級(jí)平臺(tái)內(nèi)側(cè)，坡體保持現(xiàn)坡面形態(tài);②滑坡穩(wěn)定安全系數(shù)（[Ks]）按《公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG D30—2015）對(duì)高速公路滑坡的規(guī)定（1.20～1.30）取值，取[Ks]=1.25;③對(duì)滑體巖土，地下水位以上取其天然重度，地下水位以下取其飽和重度，本次計(jì)算均未考慮動(dòng)水壓力和浮托力、坡面上靜水壓力和地震作用力;④滑帶抗剪強(qiáng)度指標(biāo)取反算指標(biāo)：黏聚力[C]=10 kPa，內(nèi)摩擦角[φ]=12.5°，各計(jì)算剖面如圖5所示。

采用《公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG D30-2015）推薦的折線形滑面?zhèn)鬟f系數(shù)法計(jì)算滑坡推力，計(jì)算公式為：

[Ti=FsWisinαi+ψiTi-1-Wicosαitanφi-ciLi]? ? ? ? ? （1）

式中：[Ti]和[Ti-1]為第[i]和[i-1]滑塊剩余下滑力，kN/m;[Fs]為穩(wěn)定安全系數(shù);[Wi]為第[i]滑塊的自重力，kN/m;[αi]和[αi-1]為第[i]和[i-1]滑塊對(duì)應(yīng)滑面的傾角，°;[φi]為第[i]滑塊滑面的內(nèi)摩擦角，°;[ci]為第[i]滑塊滑面的黏聚力，kN/m;[Li]為第[i]滑塊的滑面長度，m;[ψi]為傳遞系數(shù)。

經(jīng)計(jì)算得出，1-1剖面的[Ti]=1 761.457 kN/m;2-2剖面的[Ti]=2 100.400 kN/m;3-3剖面的[Ti]=1 786.051 kN/m。

6.3 工程治理措施與建議

由于K48+957～K49+112段右側(cè)坡體滑坡壁表層為不穩(wěn)定危巖體，建議以現(xiàn)有的滑床面為延展面，清除延展面表部的浮土、松石，對(duì)邊坡采用錨固防護(hù)。

在原路基右側(cè)排水溝外側(cè)一線位置設(shè)樁板墻，支擋右側(cè)滑塌堆積體邊坡，并在堆積體內(nèi)設(shè)仰斜式排水孔，堆積體邊坡表面需要修整為向路基方向傾斜的緩坡，表層夯實(shí)鋪蓋約60 cm的黏性土，植被防護(hù)，內(nèi)設(shè)截、排水溝。

取消K49+030～K49+060段左側(cè)下邊坡排衡重式路肩擋墻，改為稍向外（下）側(cè)一線移位設(shè)置一排嵌固于滑動(dòng)面以下穩(wěn)定中風(fēng)化巖層一定深度的埋入式抗滑樁。

右側(cè)抗滑樁施工建議采用超前施工方式，跳樁開挖，護(hù)壁采用鋼護(hù)筒。待抗滑樁施工完成產(chǎn)生作用后再對(duì)路基側(cè)的堆積體進(jìn)行清除。

根據(jù)本次勘察，參考相鄰工點(diǎn)巖土層物理力學(xué)試驗(yàn)成果資料，并依據(jù)相關(guān)規(guī)范以及類比工程經(jīng)驗(yàn)，對(duì)邊坡處治設(shè)計(jì)給出所需的巖石參數(shù)如表1所示。

7 結(jié)語

本文通過對(duì)永吉高速公路某段滑坡的成因及穩(wěn)定性進(jìn)行分析，得出以下結(jié)論。

①路段右側(cè)崩滑主要為邊坡開挖產(chǎn)生，為后緣大型貫通（夾軟弱薄層）順向較陡節(jié)理面控制的滑塌。路段左側(cè)下邊坡滑坡主要因右側(cè)崩塌堆積體作用產(chǎn)生，破壞模式為推移式滑坡，其平面形態(tài)微弧型。

②路段右側(cè)山體（崩塌壁后緣）表面覆蓋層及強(qiáng)風(fēng)化層厚度薄，下伏中風(fēng)化基巖較完整，但存在順坡向的構(gòu)造節(jié)理面等較不利結(jié)構(gòu)面，邊坡具有潛在的局部失穩(wěn)可能。路段左側(cè)下邊坡強(qiáng)風(fēng)化層厚度大，坡度陡，邊坡穩(wěn)定性條件差。

③滑坡滑塌影響公路施工，從工程總體考慮，應(yīng)對(duì)滑坡采用錨固防護(hù)、設(shè)板樁墻支擋、設(shè)截排水溝、埋入抗滑樁、超前施工等治理措施，遵循“動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)與信息化施工”理念，才能保證施工與運(yùn)營期間的安全。

參考文獻(xiàn)：

[1]姚勁松，曹平.高速公路邊坡穩(wěn)定性分析及與環(huán)境保護(hù)相協(xié)調(diào)的治理措施研究[J].巖土工程技術(shù)，2015（1）：9-12.

[2]劉德平，陳濤.甘南某高速公路滑坡穩(wěn)定性分析及治理研究[J].災(zāi)害學(xué)，2019（1）： 174-179.

[3]李新平，王濤，謝全敏，等.高速公路滑坡穩(wěn)定性分析及治理優(yōu)化研究[J].巖土力學(xué)，2007（5）：981-985.

[4]趙瑜，王鐵成，李維朝，等.高速公路滑坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)及其治理模擬[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2008（11）：2340-2346.

[5]姜德義，李光揚(yáng)，謝世平，等.基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法預(yù)測重慶高速公路邊坡穩(wěn)定性[J].地下空間與工程學(xué)報(bào)，2008（1）：152-156.

[6]李哲，王亞靜，黃帆，等.降雨強(qiáng)度、降雨歷時(shí)對(duì)高速公路邊坡穩(wěn)定性的影響[J].青海交通科技，2019（2）：60-63.

[7]陶連金，沈小輝，王開源，等.某大型高速公路滑坡穩(wěn)定性分析及錨樁加固的模擬研究[J].工程地質(zhì)學(xué)報(bào)，2012（2）：259-265.