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        通江縣沙窩寺滑坡變形破壞分析及防治設(shè)計(jì)

        2018-09-28 01:58:42崔華麗王軍朝謝忠勝
        鉆探工程 2018年8期
        關(guān)鍵詞:后緣坡腳滑坡體

        崔華麗, 王軍朝, 謝忠勝

        (1.中國地質(zhì)科學(xué)院探礦工藝研究所,四川 成都 611734; 2.中國地質(zhì)調(diào)查局地質(zhì)災(zāi)害防治技術(shù)中心,四川 成都 611734)

        0 引言

        地震災(zāi)后重建中,遇到很多由于公路不正當(dāng)切坡而引發(fā)的滑坡現(xiàn)象,對于此類滑坡的治理,既要考慮到公路正常運(yùn)行的同時也要注意不引發(fā)次生災(zāi)害。通江縣兩河口鄉(xiāng)兩河口村沙窩寺滑坡是新增的一個災(zāi)害點(diǎn),由于加寬公路,不正當(dāng)開挖護(hù)腳,改變了坡腳處應(yīng)力狀態(tài),增加了應(yīng)力集中和下滑力,為滑坡提供了臨空面。在長期雨水浸潤下,表層土體的抗剪強(qiáng)度大幅降低,導(dǎo)致滑坡體變形過大。

        筆者調(diào)查發(fā)現(xiàn),此滑坡由三個小滑坡體組成,通過分析3個小滑坡堆積物、變形特征及誘因機(jī)制,并結(jié)合當(dāng)?shù)氐匦巍⒕用袂闆r,為徹底消除滑坡帶來的危害,提出采用坡腳設(shè)置樁板墻的防治措施。

        1 滑坡概況

        1.1 滑坡基本情況

        沙窩寺滑坡屬構(gòu)造侵蝕低山地貌,后緣高程630~654 m,前緣高程586~595 m,高差約60 m,總體坡向?yàn)?4°,平均坡度約35°,覆蓋層厚2~8 m,受后緣強(qiáng)烈下錯變形影響,滑坡縱向形狀基本保持了與原地形地貌相協(xié)調(diào)的特征,坡腳有公路通過,造成滑坡堆積物均在坡腳堆積,后期清理堆積物坡腳形成陡坎狀,坡體較陡,中上部平均坡度17°~35°,坡腳陡坎最大坡度接近80°?;聟^(qū)后緣接近山脊,形成西高東低的特征,平面形態(tài)呈下大上小圈椅狀(圖1)。

        1.2 滑坡變形跡象及特征分析

        3個小滑坡體變形歷史統(tǒng)計(jì)如表1所示。

        圖1 滑坡平面形態(tài)

        表1 滑坡發(fā)育歷史情況

        滑坡體的變形主要有以下幾各方面,分H1滑坡、H2滑坡、H3滑坡分別敘述如下。

        (1)H1滑坡區(qū)后緣高程646~646.68 m,前緣高程594.8~596 m,高差約51 m,平均坡度約35°,覆蓋層厚2~8 m,受前緣擠壓變形影響,滑坡縱向形狀基本保持了與原地形地貌相協(xié)調(diào)的特征。后緣以陡坎處錯落的巖、土界線分界,巖土分界高度約80 cm;左、右側(cè)可見明顯的巖土滑動現(xiàn)象,前緣以壟起土體為界?;轮骰较?yàn)?4°,長77 m,平均寬34 m,滑體平均厚度6 m(根據(jù)左、右側(cè)出露的基巖和前緣土體隆起估測),滑坡面積2.618×103m2,體積約1.57×104m3,為小型土質(zhì)滑坡。

        (2)H2滑坡區(qū)后緣高程653.98~654.43 m,前緣高程586~587 m,高差約70 m,總體坡向?yàn)?4°,平均坡度36°,覆蓋層厚3~8 m,滑坡體整體較陡,中后部平均坡度28°~40°,下部陡坎最大坡度達(dá)75°?;聟^(qū)后緣接近山脊,坡體平面形態(tài)呈現(xiàn)下大上小的喇叭形,H2滑坡邊界后緣以拉張裂縫為界,左右兩側(cè)均以巖土體錯動界面為界,前緣以垮塌陡坎為界。滑坡長105 m,寬42 m,滑體平均厚度8 m,體積約3.53萬m3,為小型土質(zhì)滑坡。

        (3)H3滑坡區(qū)后緣高程629~630 m,前緣高程589.05 m,高差約40 m,總體坡向?yàn)?03°,平均坡度39°,覆蓋層厚2~6 m,滑坡體整體上陡中緩下陡,后緣坡度接近60°,前緣陡坎坡度下部平均坡度25°~35°。H3滑坡邊界后緣以基巖陡坎為界,左、右側(cè)可見明顯的巖土錯動滑動現(xiàn)象,左側(cè)巖土體最寬錯動高度約150 cm,右側(cè)巖土體最大錯動高度約80 cm。主滑方向?yàn)?03°,滑坡長54 m,寬25 m,滑體平均厚度4 m,體積約0.54萬m3,為小型土質(zhì)滑坡。

        1.3 滑坡誘因及變形機(jī)制

        (1)坡體結(jié)構(gòu):斜坡地表物質(zhì)較松散,為第四系殘坡積物,邊界出露的巖土風(fēng)化嚴(yán)重,多處可見卸荷裂隙,坡向?yàn)轫樒?,有利于滑坡形成?/p>

        (2)地形地貌:滑坡所處斜坡高度約70 m,平均寬度近130 m,平均坡度35°左右,這種地形較陡、匯水面廣的斜坡地形地貌條件,加劇斜坡不穩(wěn)定性,可導(dǎo)致滑坡的形成。

        (3)人類工程活動:2011年10月當(dāng)?shù)丶訉捚麦w前部的水空公路,開挖坡腳,為坡體變形提供了臨空面,由于加固措施不當(dāng),誘發(fā)了H1和H2滑坡,H3滑坡是由于居民修建房屋開挖坡腳而引起的。

        (4)水的因素:降雨是影響坡體穩(wěn)定的自然因素中最經(jīng)常發(fā)生的和最活躍的因素,是滑坡的重要觸發(fā)因素。2011年8月連降大雨后,直接浸泡表層土層,使得土體自重增加,增大下滑力;另一方面由于表層土體物質(zhì)結(jié)構(gòu)松散,孔隙度大,雨水入滲充滿裂隙或空隙時,形成靜水壓力;當(dāng)出現(xiàn)水頭差時,形成動水壓力,由于水的作用,急劇改變巖土體的受力情況;再者,由于雨水滲入,弱化巖體,泥化軟化滑帶導(dǎo)致粘著力降低;另外,坡體上的溝谷流水也成為坡體水源,當(dāng)遇到洪水期時,溝谷流水蔓延至整個坡體,也會導(dǎo)致坡體水體飽和。這些都造成滑面的抗剪強(qiáng)度降低,甚至完全喪失抗剪能力,導(dǎo)致坡體失穩(wěn),從而形成滑坡。

        3個滑坡前期主要是由于開挖坡腳而誘發(fā)的牽引式滑坡特征,目前,坡腳堆積了大部分松散固體物質(zhì),起到了壓腳作用,而后緣引開裂縫極利于雨水下滲,一旦后緣裂縫和滑體中松散的碎塊石孔隙中充水、加寬,將增大滑體的浮托力和水壓力,使得滑體進(jìn)一步向前緣臨空面發(fā)生滑移破壞,從而極易產(chǎn)生沿基覆界面的推移式滑動。從巖體結(jié)構(gòu)及變形情況來說滑坡已經(jīng)發(fā)生過較大變形,內(nèi)因是巖體結(jié)構(gòu)破碎,誘因是人為不正常切坡。再發(fā)生變形的觸發(fā)因素為暴雨,每年雨季H1滑坡均有不同程度的變形,暴雨已成為控制滑坡穩(wěn)定性的關(guān)鍵因素;從變形時序看,自2012年10月后,坡體沒有再發(fā)生大變形,只是在雨季產(chǎn)生小面積垮塌,初步判斷目前3個滑坡處于緩慢蠕動變形階段。

        2 防治措施的設(shè)計(jì)計(jì)算

        現(xiàn)場鉆探、槽探及巖土樣測試結(jié)果表明,滑坡后緣出現(xiàn)了較明顯的下錯,前緣出現(xiàn)明顯的臌脹,其前緣剪出口位于公路前,滑面形狀為折線形,如果該滑坡體再次滑動,將沿巖土層交界處呈折線型滑動,在防治措施選擇前首先選擇典型剖面根據(jù)目前變形情況,反演出滑面的抗剪強(qiáng)度參數(shù),然后選擇在自重加暴雨工況下驗(yàn)算剩余下滑力,進(jìn)而確定防治措施。

        2.1 計(jì)算模型及抗剪強(qiáng)度參數(shù)選取

        在劃分牽引段、主滑段和抗滑段的基礎(chǔ)上,選擇折線型滑坡計(jì)算模型,反演出滑面的強(qiáng)度參數(shù),再選擇典型剖面及局部下滑剖面計(jì)算在自重及自重加暴雨工況下剩余下滑力。計(jì)算模型選取如圖2所示,抗剪強(qiáng)度參數(shù)選取見表1。

        圖2 計(jì)算模型

        計(jì)算模型按式(1)計(jì)算:

        (1)

        式中:ψ——傳遞系數(shù);Ti——滑動力;R——抗滑力。

        共計(jì)選擇4個剖面進(jìn)行計(jì)算,滑面抗剪強(qiáng)度參數(shù)選取見表2。

        表2 滑面抗剪強(qiáng)度參數(shù)選取

        2.2 穩(wěn)定性計(jì)算

        滑坡體所受到的力有自身重力、地表水下滲形成的滲透力及滑面間的粘聚力,剩余下滑力的計(jì)算選擇傳遞系數(shù)法,抗滑安全設(shè)防等級為Ⅲ級。按自重狀態(tài)下進(jìn)行設(shè)計(jì),安全系數(shù)取1.15,按自重及20年一遇暴雨工況下進(jìn)行校核,最小安全系數(shù)取1.05。根據(jù)反演得到的抗剪強(qiáng)度指標(biāo),計(jì)算各剖面的安全系數(shù)見表3。

        表3 計(jì)算剖面的穩(wěn)定性系數(shù)

        此計(jì)算結(jié)果反映坡體在自重荷載作用下處于基本穩(wěn)定狀態(tài),但是如果遭遇20年一遇持續(xù)降雨,則處于欠穩(wěn)定的狀態(tài)而出現(xiàn)滑動。

        2.3 剩余下滑力計(jì)算

        抗滑設(shè)防安全等級為Ⅲ級,且在20年一遇暴雨工況下欠穩(wěn)定,有可能產(chǎn)生滑動,采用最小安全系數(shù)1.15,選取4個典型剖面計(jì)算整體及局部下滑力,采用計(jì)算模型如圖3所示,滑坡剩余下滑力計(jì)算結(jié)果見表4。

        圖3 傳遞系數(shù)法計(jì)算模型

        表4 滑坡剩余下滑力計(jì)算結(jié)果kN

        傳遞系數(shù)法下滑力計(jì)算:

        Pi=Pi-1ψ+KsTi-Ri

        (2)

        式中:Pi——第i條塊的推力,kN/m;Pi-1——第i條的剩余下滑力,kN/m;ψ——傳遞系數(shù);Ks——安全系數(shù);Ti——滑動力;R——抗滑力。

        3 防治措施的探討

        根據(jù)沙窩寺滑坡破壞特征、滑坡分區(qū)及威脅對象的分布范圍,提出治理方案為:樁板墻(抗滑樁+擋土板)+裂縫夯填+后緣排水溝。

        3.1 樁板墻工程設(shè)計(jì)

        根據(jù)滑坡的穩(wěn)定性、滑坡推力的大小、滑面特征、土層的厚度、場地的地形條件等,抗滑樁布設(shè)在滑坡前緣,抗滑樁承擔(dān)滑坡推力后,樁后的土體基本處于穩(wěn)定狀態(tài)。根據(jù)受力不同,設(shè)置A、B型2種樁型,其中H1和H3滑坡體前緣設(shè)置A型樁10根( H1坡體前緣布置6根,H3坡體前緣布置4根),A型樁樁間距均為6 m,樁長為8 m,樁截面為1.0 m×1.2 m;H2滑坡體前緣設(shè)置B型樁11根,樁間距為5 m,樁長12 m, 樁截面為1.5 m×2.0 m。A、B型樁均采取懸臂樁設(shè)計(jì),樁間設(shè)置擋板,擋板高4.0~5.0 m,厚30 cm。樁板墻設(shè)置縱橫剖面如圖4、圖5所示。

        3.2 裂縫夯填及坡體后緣設(shè)置排水溝

        對沙窩寺滑坡H3滑坡后緣的拉陷裂縫進(jìn)行夯填。采用粘土生石灰填縫,生石灰與粘土按3∶7的比例均勻混合,填縫前清除裂縫內(nèi)淤埋的松散土體,清方量為60 m3,用粘土生石灰混合物填埋并夯實(shí),裂縫封填方量約40 m3。根據(jù)坡體地形,在裂縫后面布設(shè)一條排水溝,減輕斜坡上地表水、雨水的匯集。

        圖4 樁板墻布置縱剖面圖

        圖5 樁板墻布置橫剖面圖

        4 結(jié)語

        (1)本文以沙窩寺滑坡為例,對公路修建引起的巖質(zhì)滑坡成因機(jī)理進(jìn)行了分析,得出該滑坡如果在遭遇20年一遇降雨情況下,將發(fā)生再次滑動。通過滑坡推力計(jì)算,提出采用樁板墻加后緣裂縫夯填及設(shè)置排水溝的方式來治理,可以有效的控制邊坡變形產(chǎn)生的次生災(zāi)害,也為同類邊坡病害治理提供了依據(jù)。

        (2)切坡開挖公路時應(yīng)該盡量根據(jù)地質(zhì)地形條件和巖土性質(zhì),充分研究邊坡穩(wěn)定性,開挖后及時采取支護(hù)措施,避免形成次生災(zāi)害。

        (3)對采取的反演抗剪強(qiáng)度指標(biāo)與傳遞系數(shù)法計(jì)算滑坡推力均與實(shí)際存在一定的差別,工程治理設(shè)計(jì)要采取偏安全措施。

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