某山區(qū)公路碎石土滑坡成因及穩(wěn)定性分析

何維山，唐俊，宋正輝

摘? 要：以皖南山區(qū)某工程滑坡為研究對象，結(jié)合地質(zhì)勘察成果，從地形地貌、地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造、水文地質(zhì)條件及工程施工等方面分析了滑坡的成因.基于傳遞系數(shù)法分別計算原地面、開挖后邊坡在天然狀態(tài)和飽水狀態(tài)下的穩(wěn)定性系數(shù).結(jié)果表明：原地面自然邊坡基本穩(wěn)定;工程施工后，邊坡天然狀態(tài)下穩(wěn)定系數(shù)Fs為1.164，基本穩(wěn)定;遇暴雨或連續(xù)陰雨的飽水工況下，抗滑總力下降約6.3%，下滑總力增加約9.2%，穩(wěn)定性系數(shù)Fs為0.998，會再次發(fā)生滑動.

關(guān)鍵詞：山區(qū)公路;碎石土;滑坡;穩(wěn)定性;傳遞系數(shù)法;邊坡

中圖分類號：U416.163? ? ? ? ? ?DOI：10.16375/j.cnki.cn45-1395/t.2021.04.015

0? ? 概述

在山區(qū)修筑公路，因地層巖性，地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，地形條件變化大，加上工程施工，常引發(fā)滑坡地質(zhì)病害[1-12].

影響邊坡穩(wěn)定性的因素分為內(nèi)因和外因，其中內(nèi)因主要為地形條件和地質(zhì)條件，外因為降水、地震和人類活動影響[13];降雨是滑坡災(zāi)害產(chǎn)生的主要誘因之一[14];大面積臨空是造成公路路基失穩(wěn)的主要原因[15].

皖南山區(qū)某一級公路K10+404大橋于2017年11月—12月進行便道施工，2018年9月進行樁基施工.2019年5月左側(cè)邊坡發(fā)生滑坡，給橋梁和后期公路運營帶來危害，影響高速公路的正常通行和使用壽命，危及生命財產(chǎn)安全.本文就該滑坡的成因及原地面、邊坡開挖后的穩(wěn)定性進行深入分析，對與公路斜坡相關(guān)的設(shè)計和施工具有借鑒意義.

1? ? 滑坡工程地質(zhì)特征

根據(jù)地質(zhì)勘察，滑坡處地形總體趨勢上陡下緩，滑坡前后緣距離50～60 m，兩側(cè)距離60～100 m，面積約2 800 m2.后緣位于K10+404大樁號左側(cè)邊坡3級坡臺階處，后緣錯落10～20 cm，裂隙寬度約15～20 cm，裂隙近垂直地面，剪出口因受到較長時間的沖刷，特征不明顯，但坡體下方見明顯滑塌堆積體.滑坡體主要由碎石土組成，近似扇形，厚度一般為5～7 m，最大厚度為8～10 m，體積約1.8[×]104 m3.滑動面呈折線型，碎石土為松散狀，透水性較強.在地下水的作用下，滑坡體主要沿碎石土和強風化砂巖界面滑動，屬于小型中層牽引式堆積層滑坡.滑坡相關(guān)特征圖如圖1、圖2所示.

2? ? 滑坡成因分析

2.1? ?地形地貌因素

滑坡區(qū)屬皖南中低山區(qū)，地貌特征為上部較陡、下部較緩，原地貌自然邊坡基本穩(wěn)定.邊坡開挖后，在路線左側(cè)形成了3級高約8 m、坡度約50°的陡傾臨空面，同時滑坡體兩側(cè)地形較中部高，呈“U”型，有利于地表水及地下水的匯集，惡化了滑坡區(qū)的水文地質(zhì)條件.

2.2? ?地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造因素

滑坡段發(fā)育F1斷層，致原基巖較破碎.經(jīng)進一步風化、搬運后，在場地形成較厚的殘坡積成因的碎石土，呈松散狀，具孔隙比大、透水性較好、抗剪強度較低等特征.其天然狀態(tài)性質(zhì)一般，遇水則導(dǎo)致強度進一步下降，易于產(chǎn)生滑坡.下伏基巖工程性質(zhì)較好.

2.3? ? 水文地質(zhì)條件

水是誘發(fā)滑坡形成的主要外在因素.滑坡體段的地形、地層條件利于地表水的匯集與地下水的下滲.2017年11月—2018年9月經(jīng)歷過雨雪天氣，尤其是持續(xù)暴雨，大量雨水的滲入降低了土體抗剪強度，同時地表水和地下水的滲入增加了土體重量，這是滑坡形成的重要原因.

2.4? ?工程施工因素

由于橋梁左側(cè)邊坡的施工切坡破壞了原坡體應(yīng)力平衡，降低了坡體阻滑段抗滑力，加之坡體開挖后未及時進行防護，上部開挖后棄渣未及時運出坡體（2級坡可見部分棄渣堆積于坡體上），上部截排水措施不及時，致滑坡體長時間處于臨滑狀態(tài)，最終在地下水的不利作用下引發(fā)了滑坡.

3? ? 穩(wěn)定性分析

3.1? ?定性分析評價

滑坡體主要由碎石土組成，呈松散狀，厚度較大，孔隙比大，透水性較好，抗剪強度較低，工程性質(zhì)差，下伏基巖工程性質(zhì)好.在暴雨或連續(xù)陰雨條件下，大部分降水入滲坡體，降低土體抗剪強度，增加滑坡體重量，同時增加動水壓力，使邊坡穩(wěn)定性變差，坡體上陡下緩，兼之施工切坡，降低阻滑段抗滑力.各不利因素綜合作用導(dǎo)致滑坡的發(fā)生.

3.2? ?定量分析評價

1）模型的概化

由于滑坡體的空間形態(tài)較為復(fù)雜，同時滑坡體內(nèi)物質(zhì)組成亦不盡相同，為一各向異性介質(zhì)，因此，為便于常規(guī)的力學(xué)計算，對計算對象進行如下假定： ①假定滑床為標準折線形且單折線滑面的力學(xué)性能均一;②按折線形狀將滑坡劃分塊段，且各塊段內(nèi)物理力學(xué)指標各向同性;③滑坡按整體滑移考慮;④暫不考慮地震力及動、靜水壓力.

2）滑坡巖土的物理力學(xué)指標

計算斷面是結(jié)合經(jīng)驗和工程類比分析，按照相關(guān)規(guī)范綜合選取強度參數(shù).由于該邊坡難以形成穩(wěn)定的地下水位，暴雨工況強度參數(shù)按照正常工況的強度參數(shù)進行折減.各斷面的強度參數(shù)取值如表1所示.

3）穩(wěn)定性計算評價

條塊劃分如圖3所示.

計算公式[16]如式（1）—式（3）所示：

[Fs=j=1n-1（Rij=1n-1ψj）+Rnj=1n-1（Tij=1n-1ψj）+Tn]? ? ? ? ? ? ? ? ?（1）

[ψj=cos（θi-θi+1）-sin（θi-θi+1）tanφi+1]? ? ?（2）

[Ri=Nitanφi+CiLi]? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（3）

式中：[Fs]為穩(wěn)定系數(shù);[Ri]為作用于第[i]塊的抗滑力，kN/m;[ψj]為第[i]塊段的剩余下滑力傳遞至[i+1]塊段時的傳遞系數(shù)，[j=i];[Ti]為作用于第[i]塊滑動面上的滑動分力，kN/m;[θi]為第[i]塊段滑動面與平面的夾角（°）;[φi]為第[i]塊段土的內(nèi)摩擦角（°）;[Ni]為第[i]塊段滑動面的法向分力，kN/m;[Ci]為第[i]塊段土的黏聚力，kPa;[Li]為第[i]塊段滑動面的長度，m.

穩(wěn)定性計算結(jié)果見表2—表3.

根據(jù)穩(wěn)定性計算結(jié)果，可以判明原地面在天然狀態(tài)、暴雨或連續(xù)陰雨狀態(tài)下處于穩(wěn)定狀態(tài);施工后在未設(shè)置防護的前提下，邊坡在天然狀態(tài)下處于穩(wěn)定狀態(tài)，如遇暴雨或連續(xù)陰雨狀態(tài)，會再次發(fā)生滑動.

相對于天然狀態(tài)，原地面或開挖后邊坡在飽水狀態(tài)下抗滑總力下降，下滑總力增加.其中，原地面飽水狀態(tài)相對于天然狀態(tài)抗滑總力下降約4.9%，下滑總力增加約9.1%;但開挖后飽水狀態(tài)下的抗滑總力下降約6.3%，下滑總力增加約9.2%.可見邊坡開挖后未進行及時防護時，地形、地層、構(gòu)造、水等因素的綜合影響引起抗滑總力下降和不足，導(dǎo)致滑坡的形成.

4? ? 結(jié)語

1）從工程地質(zhì)條件、施工等方面分析了滑坡的成因，并通過原地面和邊坡開挖后穩(wěn)定性系數(shù)的定性、定量分析，給出了坡體的穩(wěn)定性評價.

2）山區(qū)公路地質(zhì)條件復(fù)雜，邊坡開挖后破壞原有坡體平衡結(jié)構(gòu)，防護不及時將對邊坡的穩(wěn)定性產(chǎn)生不良影響，嚴重時可能引發(fā)工程滑坡，后續(xù)類似工程應(yīng)引以為戒.

3）邊坡開挖后未進行及時防護時，在地形、地層、構(gòu)造、水等因素綜合影響下，引起抗滑總力的下降和不足，導(dǎo)致滑坡的形成.

參考文獻

[1]? ? ?李全，金培杰，張紅利.云南元武高速公路滑坡穩(wěn)定性分析[J].鐵道建筑，2013（4）：109-112.

[2]? ? ?楊政武.山區(qū)高速公路路塹邊坡滑坡穩(wěn)定分析及治理研究[J].交通建設(shè)與管理，2015（8）：139-141，144.

[3]? ? ?王恭先.滑坡學(xué)與滑坡防治技術(shù)[M].北京：中國鐵道出版社，2004.

[4]? ? ?趙時勇，應(yīng)道喜，王家全，等.云南高原山區(qū)某滑坡災(zāi)害分析與治理[J].廣西科技大學(xué)學(xué)報，2020，31（4）：69-75.

[5]? ? ?趙永輝.雅魯藏布江公路滑坡發(fā)育特征及破壞機理研究[J].公路，2021，66（4）：6-10.

[6]? ? ?周圓兀，韓曉偉，陳鮑.基于不平衡推力法的邊坡穩(wěn)定性系數(shù)優(yōu)化計算方法[J].廣西科技大學(xué)學(xué)報，2016，27（1）：71-74.

[7]? ? ?劉博峰，梁璽，周坤.某滑坡成因機理及治理方案研究[J].路基工程，2021（2）：231-236.

[8]? ? ?汪軍輝，丁晨，陳進舉.某山區(qū)公路滑坡分析及治理策略分析[J].公路工程，2021，46（1）：248-253.

[9]? ? ?袁宏成.某山區(qū)公路滑坡滑坡穩(wěn)定性分析[J].新型工業(yè)化，2020，10（7）：165-166.

[10]? ?熊揚福，吳娟娟，王亞男.孫家莊滑坡失穩(wěn)機制分析[J].資源環(huán)境與工程，2019，33（3）：363-367.

[11]? ?羅勇，袁超，張宇飛，等.大型碎石堆積層滑坡加固治理分析[J].工程與建設(shè)，2018，32（5）：748-752.

[12]? ?湯羅圣，王云安，鄧長青.谷竹高速公路某滑坡成因機理及防治措施探討[J].災(zāi)害學(xué)，2018，33（S1）：124-129，133.

[13]? ?張莉.邊坡穩(wěn)定性分析及治理措施研究[D].長沙：中南大學(xué)，2009.

[14]? ?殷坤龍，汪洋，唐仲華.降雨對滑坡的作用機理及動態(tài)模擬研究[J].地質(zhì)科技情報，2002，21（1）：75-78.

[15]? ?馮玉濤，劉強.山區(qū)高速公路堆積體高切坡失穩(wěn)機理及其處治對策[J].公路，2019，64（8）：54-58.

[16]? ?中華人民共和國建設(shè)部.巖土工程勘察規(guī)范：GB 50021—2001[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2002.

Causes and stability analysis of gravel soil landslide on a mountain road

HE Weishan， TANG Jun， SONG Zhenghui

（Anhui Transport Consulting & Design Institute Co.， Ltd. ， Hefei 230088， China）

Abstract： Taking an engineering landslide in the mountainous area of Southern Anhui Province as the research object， combined with the geological survey results， the causes of landslide are analyzed from the aspects of topography， stratigraphic lithology， geological structure， hydrogeological conditions and engineering construction. Based on the transfer coefficient method， the stability coefficients of the? ? ? original ground and the slope after excavation in the natural state and the saturated state are calculated. The results show that the natural slope of the original ground is basically stable. After the construction， the slope is basically stable in the natural state with the slope stability coefficient Fs 1.164. In case of the saturated condition of rainstorm or continuous rain， the slope will slide again with the decrease of? ?total sliding resistance force by 6.3%， the increase of total sliding force by 9.2%， the slope stability? ? ? coefficient Fs 0.998.

Key words： mountain road; gravel soil; landslide; stability; transfer coefficient method; side slope

（責任編輯：黎? ?婭）