劉少煒

(1. 山西省交通科學(xué)研究院;2. 黃土地區(qū)公路建設(shè)與養(yǎng)護(hù)技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室)

1 問題的提出

石炭系太原組煤系地層頂部發(fā)育一套第四系坡洪積物，呈不整合接觸，該套地層較為松散，覆蓋于傾斜的煤系地層上部，當(dāng)煤系地層傾向于臨空面時(shí)，如遇工程擾動(dòng)或極端氣候條件，極易發(fā)生滑移，造成上覆構(gòu)造物的塌陷及錯(cuò)移，對(duì)公路等建筑物形成危害，造成生命、財(cái)產(chǎn)的損失。

在山西的公路建設(shè)中，該類滑動(dòng)災(zāi)害時(shí)有發(fā)生，僅已建成臨大一級(jí)公路沿線就有多處同類災(zāi)害，科學(xué)分析煤系地層上部覆蓋物的巖性組成、探究其滑移原因、減小或消除其對(duì)公路工程的危害，無疑是有意義的。

本文試圖以臨大一級(jí)公路沿線最大的一處滑坡為例，分析研究上述相關(guān)問題，以期為本項(xiàng)目及同類工程災(zāi)害的處置與預(yù)防提供參考依據(jù)。

2 典型工程分析

2.1 工程概況

滑動(dòng)體處于山西臨汾至大寧一級(jí)公路沿線某處，在公路運(yùn)營(yíng)后一段時(shí)間后發(fā)生公路右邊坡雨后滑移，滑體沖破邊坡防護(hù)墻，侵入右半側(cè)路面，阻塞交通。

該滑體位于線路的右側(cè)，挖方形成該段的路堤，亦即路堤位于滑體前緣。滑體巖性構(gòu)成為第四系碎石土(含大量砂巖孤石)、炭質(zhì)泥巖狀物質(zhì)以及坡洪積粉土，滑坡沿第四系沉積物與太原組泥巖頂部的接觸面向前、向下滑動(dòng)，滑體沖破邊坡護(hù)墻，侵入道路凈空，占據(jù)右半側(cè)路面。

2.2 地層結(jié)構(gòu)分析

依據(jù)公路工程地質(zhì)勘察報(bào)告、滑坡專項(xiàng)勘察資料以及現(xiàn)場(chǎng)剖面測(cè)繪，該處地表25 米范圍內(nèi)地層結(jié)構(gòu)如下:

巖性組成主要為粉土、細(xì)砂及卵礫石土，局部見塊石，雜色，中密～密實(shí)，地層較為松散，沉積厚度一般為0.5 ～5 m，厚度變化大，主要分布在本滑體的前緣。

以粉質(zhì)黏土為主，黃褐色～淺紅色，可塑～硬塑，夾多層古土壤及鈣質(zhì)結(jié)核，局部夾礫卵石或碎塊石。分布于本滑體的上部，為構(gòu)成滑體的主要巖性。

(3)石炭系上統(tǒng)太原組(C3t):巖性主要為砂巖、泥巖及含燧石結(jié)核灰?guī)r，具體為:底部為灰白色中厚層狀中粒石英砂巖，泥質(zhì)膠結(jié)，節(jié)理裂隙發(fā)育，鐵質(zhì)充填，強(qiáng)風(fēng)化;其上為淺灰、灰白色薄、中厚層狀細(xì)粒砂巖，灰、灰黑色頁巖及薄煤層。中部以三層淺灰色中～厚層狀含燧石結(jié)核石灰?guī)r為主，中夾灰色、灰黑色泥巖、砂質(zhì)泥巖，灰、灰黑色頁巖及薄煤層組成。巖體總體為滑動(dòng)的滑床?？傮w來講，滑體主體巖土較松散破碎、巖性組成復(fù)雜，孔隙多，易充水坍塌及滑移。

2.3 地形地貌分析

滑動(dòng)區(qū)處于破碎的黃土覆蓋基巖中低山區(qū)，自然坡度為30° ～50°滑坡前后高差為74m，主軸方向?yàn)楸逼珫|33°，基巖頂部總體傾向于臨空面。

微地貌為基巖中緩坡，滑坡地貌特征明顯:滑坡區(qū)地層與周邊錯(cuò)位;后緣陡壁清晰可見;兩側(cè)沖溝發(fā)育，向上交匯(即雙溝同源)，坡體中下部小沖溝發(fā)育;前緣擠出，有橫向裂隙。

2.4 滑動(dòng)規(guī)律分析

該滑坡災(zāi)害的主要表現(xiàn)形式為滑坡體向下、向外產(chǎn)生位移;在滑坡后緣以及坡體上產(chǎn)生兩級(jí)錯(cuò)臺(tái)以及大量地表裂縫;滑坡前緣沖毀路邊邊坡護(hù)墻并侵入路面，阻塞交通。此次地質(zhì)災(zāi)害由古滑坡和新生滑坡共同作用生成。古滑坡后緣較周圍陡峭，是古滑坡的明顯特征。

可以看到地層由上到下依次為碎石土、炭質(zhì)泥巖狀物質(zhì)和粉土。從挖探和鉆探資料也可以看到類似地層結(jié)構(gòu)。顯然上部較老的碎石土(含大量砂巖孤石)和炭質(zhì)泥巖地層是由于地層變動(dòng)而覆蓋到地質(zhì)年代較新的土體上的。

探井內(nèi)挖到的炭質(zhì)泥巖，黑色，質(zhì)軟，具有隔水性質(zhì)，遇水極滑，滑坡體沿此層滑動(dòng)。

探井開挖一天后取得的照片。從圖中可以看到探井壁泥巖層出現(xiàn)明顯的錯(cuò)動(dòng)，錯(cuò)動(dòng)產(chǎn)生于泥巖層與下部穩(wěn)定地層交界面。錯(cuò)動(dòng)面光滑，擦痕明顯。這是判定滑坡后半部分泥巖層為滑動(dòng)面的有力證據(jù)。

從鉆探和挖探以及滑坡前緣顯示的資料可見炭質(zhì)泥巖層埋深較淺，一般在地表以下8.0 米以內(nèi)。因其出露位置較高，其產(chǎn)生的滑動(dòng)力不足以沖破公路邊坡，使之在坡腳處產(chǎn)生較大的破壞。

滑坡前緣側(cè)面圖顯示前緣滑面應(yīng)在路面以下，向上將路面掀起。鉆探資料顯示靠近滑坡前緣土層較厚，下部有泥巖層，是軟弱面，且向外傾斜，角度較大，上部土體易在此地層滑動(dòng)。

(1)滑坡特征

從平面上來看滑坡整體呈圈椅狀，分為兩個(gè)臺(tái)階，依地勢(shì)向下、向外滑動(dòng)。

從地質(zhì)縱斷上來看滑坡后半部分較淺，破壞力較小;前半部分滑面埋深較大，破壞力較強(qiáng)，為滑坡體主體。

本滑坡具有很明顯的牽引式滑坡特征。

(2)滑坡體物質(zhì)構(gòu)成

滑體地層結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單:古滑坡上部為松散的坡積物，含大量孤石，較松散，下部為炭質(zhì)泥巖層。新滑動(dòng)部分上部為粉土，下部有泥巖層。

(3)滑體運(yùn)移分析

①滑坡由兩部分組成:第一部分為滑坡前半部的主滑動(dòng)部分，其滑動(dòng)面為粉土和泥巖交界處，滑面埋深較大，滑動(dòng)力強(qiáng)，破壞力大。第二部分為滑坡后半部因前部滑動(dòng)牽引后部古滑坡沿著古滑動(dòng)面滑動(dòng)。其滑動(dòng)面為土體和碎石土之間的炭質(zhì)泥巖，滑面埋深淺，破壞力小。

②滑坡主體下部泥巖層具有較大的向外傾斜度，滑體具有滑動(dòng)的趨勢(shì);公路修建后削弱了坡腳部位的抗滑能力，進(jìn)入雨季后降雨滲透滑體表層松散坡積物，浸泡、軟化泥巖，減小其強(qiáng)度;雨水增大了滑體的自重。

③滑坡次要部分同樣受到雨水的浸泡，泥巖軟化，自重增加;同時(shí)滑坡主體滑動(dòng)后為次體滑坡的移動(dòng)提供了臨空空間。

(4)滑體發(fā)展趨勢(shì)

滑體滑動(dòng)后產(chǎn)生大量裂縫，雨水更容易滲透滑體，軟化泥巖，增大滑體自重?？梢灶A(yù)見未來降雨天氣將極大影響滑坡穩(wěn)定。

2.5 滑體穩(wěn)定性分析評(píng)價(jià)

(1)計(jì)算方法選擇

綜合野外調(diào)查和室內(nèi)分析的軟弱面來計(jì)算，滑面大體呈弧型，其穩(wěn)定性計(jì)算可近似采用折線滑動(dòng)面計(jì)算方法——傳遞系數(shù)法來計(jì)算;傳遞系數(shù)法只滿足條塊間力的平衡而不滿足力矩平衡，可利用GEO－SLOPE 軟件的student 版中Morgenstern－Price 法、Corps of Engineers－1 法、Corps of Engineers－2 法和Sarma－vertical slices 來進(jìn)行驗(yàn)證計(jì)算。

(2)計(jì)算工況和參數(shù)選擇

綜合分析該滑坡的工程特征，選定如下三種計(jì)算工況計(jì)算評(píng)價(jià)滑坡的穩(wěn)定性:天然狀態(tài)、暴雨?duì)顟B(tài)和地震狀態(tài)。

滑體物質(zhì)組成為上部的碎石土和粉土，天然重度粉土取18 kN/m3、碎石土取20 kN/m3。

根據(jù)勘察資料進(jìn)行穩(wěn)定性計(jì)算得到計(jì)算指標(biāo)及穩(wěn)定性系數(shù)見表1。

表1 主剖面滑面計(jì)算指標(biāo)及穩(wěn)定性系數(shù)表

3 類似工程處治建議

對(duì)于石炭系太原組之上的松散破碎滑體，在適宜的巖層產(chǎn)狀、工程開挖及特殊氣候條件下，將會(huì)發(fā)生滑移，形成地質(zhì)災(zāi)害，處治此類災(zāi)害，由于其松散破碎，傳統(tǒng)的抗滑樁、錨索等固定措施對(duì)滑體的止滑效果甚微，地表及地下水體對(duì)其的影響是災(zāi)害發(fā)生的重要因素，因此，做好防排水措施的細(xì)微設(shè)計(jì)，并對(duì)滑體進(jìn)行卸載與支擋處治，是同類工程的有效手段。

4 結(jié)論與建議

本滑坡位于石炭系太原組地層頂部，滑體由較松散破碎的第四系雜亂沉積物組成，在下伏基巖產(chǎn)狀不利、極端氣候條件及坡腳開挖的共同作用下形成滑移。為滑坡為牽引式，目前處于不穩(wěn)定狀態(tài)，降雨入滲及浸泡誘發(fā)坡體滑動(dòng)，通過變形計(jì)算、巖土試驗(yàn)及反算驗(yàn)證，采用的指標(biāo)進(jìn)行危害評(píng)價(jià)及災(zāi)害治理較適宜。

處治本滑坡及同類工程設(shè)計(jì)中，首要重視的就是降水對(duì)工程的影響，防排水措施要科學(xué)合理，因而，此類滑坡的處治應(yīng)以嚴(yán)格排水措施與減載為主要措施，傳統(tǒng)的抗滑樁與錨索等處治措施對(duì)此類滑坡效果較差。

［1］ 建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范(GB 50330—2002)［S］.

［2］ 林宗元.巖土工程治理手冊(cè)［M］.沈陽:遼寧科技出版社.

［3］ 徐邦棟.滑坡分析與防治［M］.北京:中國(guó)鐵道出版社，2011.

［4］ 中華人民共和國(guó)建設(shè)部. 巖土工程勘察規(guī)范(GB 50021—2001)［S］.北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2002，2.

［5］ 張悼元，等. 工程地質(zhì)分析原理［M］. 北京:地質(zhì)出版社，1994.

［6］ 馮俊林. 我國(guó)公路滑坡與高邊坡病害防治現(xiàn)狀［J］.山西交通科技，2009，(4).