馮祿卿， 劉 潔

(河南省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院股份有限公司，河南 鄭州 451450)

0 引 言

本文研究的滑坡位于貴州省某高速公路,該滑坡位于K35+270-K35+540高填路堤之上,滑動(dòng)方向?yàn)閺穆返涛鱾?cè)往東側(cè)方向，如圖1所示。在碎石樁施工完92 684 m后,填方填筑高度約14 m處時(shí),填方段及東側(cè)至19-3#棄土場(chǎng)下方范圍出現(xiàn)滑移開(kāi)裂、地表7棟村民房屋出現(xiàn)不同程度受損、煤礦進(jìn)場(chǎng)道路隆起開(kāi)裂,煤礦進(jìn)場(chǎng)道路至19-3#棄土場(chǎng)之間范圍地表開(kāi)裂隆起,路堤主線邊坡、護(hù)腳墻、涵洞、原煤礦進(jìn)場(chǎng)道路,均出現(xiàn)不同程度的變形、破壞。

圖1 滑坡區(qū)地形地貌

1 工程概況

1.1 地形地貌

滑坡位于高填路堤段。該處山體陡峻,為剝蝕中山地貌[2],原始地面斜坡較陡,坡度18～37°,植被發(fā)育一般,主要以樹(shù)木為主,中下部種有農(nóng)田,主要以玉米、煙葉為主,斜坡上有基巖出露,而現(xiàn)狀高填路堤邊坡已形成。高填路堤施工之后,在2015年底一場(chǎng)大雨之后路堤主線邊坡、護(hù)腳墻、涵洞、原煤礦進(jìn)場(chǎng)道路,均出現(xiàn)不同程度的變形、破壞?；路植几叱淘? 779.77～1 715.83 m,相對(duì)高差64 m?；抡w坡度約15°,頂部填方區(qū)坡度較陡,臺(tái)階坡度40～45°,四級(jí)邊坡整體坡度22～25°,中下部相對(duì)較緩為3～5°。

1.2 地層巖性

1.2.1 第四系全新統(tǒng)人工填土層(Q4ml)

填筑土:雜色、灰色,路基填方,結(jié)構(gòu)松散～稍密,填料以碎石塊為主,碎石成份以砂巖、灰?guī)r為主,碎石含量70%～80%,砂質(zhì)充填。

雜填土:雜色,結(jié)構(gòu)松散,成分雜亂無(wú)序,主要以粉質(zhì)黏土、碎石塊為主,碎石含量為20%～40%,碎石成分以砂巖、灰?guī)r為主,砂質(zhì)充填。

1.2.2 第四系全新統(tǒng)人工坡積層(Q4dl)

粉質(zhì)黏土:黃褐色,黑褐色，可塑，韌性一般，切面稍有光澤,無(wú)搖振反應(yīng),夾少量角礫碎石,其含量小于20%。

粉質(zhì)黏土夾碎石層:黑褐色,黃褐色,結(jié)構(gòu)松散,粉質(zhì)黏土以可塑為主,含粉粒和砂礫較多,夾碎石,碎石成分以砂巖為主,含黏性土,碎石一般粒徑為2～6 cm,碎石含量30%～40%,碎石呈棱角狀,磨圓度較差。

1.2.3 二疊系上統(tǒng)龍?zhí)督M(Pl2)

主要由灰色、黃褐色黏土巖、頁(yè)巖、砂質(zhì)頁(yè)巖、細(xì)砂巖、粉砂巖及煤層巖組成,含煤30～50層,可采煤8～21層。本組厚度為165～480 m;巖性主要為砂質(zhì)泥巖,強(qiáng)風(fēng)化～中風(fēng)化,暗紫色或灰色,中～厚層狀,泥質(zhì)結(jié)構(gòu)。風(fēng)化裂隙不發(fā)育,巖體較破碎～破碎,巖芯多呈短柱狀、長(zhǎng)柱狀,少量塊狀,巖質(zhì)較軟。

1.3 地質(zhì)構(gòu)造及地震

1.3.1 斷層

場(chǎng)區(qū)附近發(fā)育F17正斷層,距離路基100～150 m,走向NE62°,傾向NW,傾角80°,破碎帶寬度1.0～5.0 m,破碎帶特征為構(gòu)造角礫巖夾斷層泥。

1.3.2 巖層產(chǎn)狀和裂隙

場(chǎng)區(qū)F17斷層上盤(pán)產(chǎn)狀為142°∠12°,且發(fā)育兩組裂隙,分別為:①310°∠80°,裂面粗糙,延伸長(zhǎng)度0.5～1.0 m,發(fā)育間距0.2～0.4 m,微張,局部粉質(zhì)黏土充填;②195°∠86°,裂面粗糙,延伸長(zhǎng)度0.3～0.6 m,發(fā)育間距0.2～0.4 m,微張,局部粉質(zhì)黏土充填。

F17斷層下盤(pán)產(chǎn)狀為190°∠21°,且發(fā)育兩組裂隙,分別為①170°∠82°,裂面粗糙,延伸長(zhǎng)度0.5～1.3 m,發(fā)育間距0.7～1.0 m,微張,局部粉質(zhì)黏土充填;②75°∠82°,裂面粗糙,延伸長(zhǎng)度0.1～0.4 m,發(fā)育間距0.3～0.7 m,微張,局部粉質(zhì)黏土充填。

1.3.3 地震

據(jù)歷史記載,工程區(qū)及其鄰近地區(qū)自14世紀(jì)以來(lái),曾多次發(fā)生地震,地震較強(qiáng)的地區(qū)位于普安山字形西翼反射弧與新華夏系的活動(dòng)斷層帶上。據(jù)《中國(guó)地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖》(GB 18306-2001),工程區(qū)地震動(dòng)峰值加速度為0.05g(對(duì)應(yīng)的地震基本烈度為6度),地震動(dòng)反應(yīng)譜特征周期為0.45 s,設(shè)計(jì)地震分組為第三組。

1.4 水文地質(zhì)條件

場(chǎng)區(qū)溝谷分布眾多季節(jié)性沖溝,絕大部分為干溝,僅在暴雨季節(jié)方有地表徑流?；潞缶壙梢?jiàn)泉水水井出露。

滑坡區(qū)部分原始地貌為山體斜坡,為粉質(zhì)黏土夾碎石土層,透水性較好,在接收大氣降水補(bǔ)給后,大部分以面流形式向下排泄,部分入滲后,也向下運(yùn)移,并向沖溝排泄,最終排向河流。根據(jù)鉆孔資料,地下水位為2.3～7.8 m。

2 滑坡地質(zhì)評(píng)價(jià)

滑坡后緣出現(xiàn)輕微錯(cuò)動(dòng)變形極限,小平臺(tái)處出現(xiàn)2條裂縫,前緣和兩側(cè)均未見(jiàn)有變形跡象,現(xiàn)狀條件下滑坡整體基本穩(wěn)定。但在滑坡坡度較陡處,中上部堆積厚度較大,根據(jù)鉆探和地面調(diào)查,該滑坡有較明顯的推移特征,可見(jiàn)該滑坡尚處于發(fā)育發(fā)展初期,在有利的條件下滑面將逐漸形成,滑坡有進(jìn)一步發(fā)育發(fā)展的可能。

圖2 滑坡剖面圖

3 滑坡穩(wěn)定性計(jì)算

本次選擇滑坡主滑方向縱剖面1-1′作為計(jì)算剖面,如圖2所示?；聴l塊劃分主要考慮滑動(dòng)面傾角及地形變化,將1-1′滑坡變形堆積區(qū)分成7個(gè)條塊,如圖3所示。在計(jì)算中,條塊面積和滑動(dòng)面長(zhǎng)度、滑面傾角等形態(tài)參數(shù)均從1∶1000工程地質(zhì)剖面圖上直接量取。

圖3 計(jì)算模型

3.1 計(jì)算工況

勘察區(qū)屬?gòu)?qiáng)震外圍區(qū),屬地震基本烈度為6度區(qū),按規(guī)范無(wú)須考慮地震因素對(duì)滑坡穩(wěn)定性的影響;斜坡前緣開(kāi)挖及降雨也會(huì)對(duì)斜坡的穩(wěn)定性產(chǎn)生較大影響。故本次考慮2種工況:① 工況1,天然狀態(tài);②工況2,暴雨?duì)顟B(tài)[2]。

3.2 荷載組合

(1) 自重:基本荷載主要為斜坡體自重。

(2) 地下水作用力:斜坡體主要為滲透性較強(qiáng)的碎石土、塊石土,降雨容易在斜坡入滲。因此,計(jì)算時(shí)應(yīng)考慮暴雨對(duì)斜坡體穩(wěn)定性的影響。

3.3 計(jì)算參數(shù)的確定

本次滑坡穩(wěn)定性計(jì)算參數(shù)(表1)的確定采用室內(nèi)土工實(shí)驗(yàn)和工程地質(zhì)類比相結(jié)合的方式進(jìn)行綜合確定。

表1 滑帶土容重、抗剪強(qiáng)度參數(shù)取值表

3.4 滑坡穩(wěn)定性計(jì)算方法及公式

滑坡為堆積層滑坡,滑動(dòng)面呈折線型,故可采用傳遞系數(shù)法公式進(jìn)行穩(wěn)定性驗(yàn)算[3]。

(1)穩(wěn)定系數(shù)計(jì)算公式:

K=∑n-1i=1(((Wi((1-rU)cosαi-Asinαi)-RDi)tanφi+CiLi)∏n-1j=iψj)+Rn∑n-1i=1((Wi(sinαi+Acosαi)+TDi)∏n-1j=iψj)+Tn

式中:Wi為第i條塊的重量,kN/m;Ci為第i條塊的內(nèi)聚力,kPa;φi為第i條塊內(nèi)摩擦角,(°);Li為第i條塊滑面長(zhǎng)度,m;αi為第i條塊滑面傾角,(°);βi為第i條塊地下水流向,(°);A為地震加速度,g;K為穩(wěn)定性系數(shù)。

其中:Rn=(Wn(1-rU)cosαn-Asinαn)-RDn)tanφn+CnLn;

Tn=(Wn(sinαn+Acosαn)+TDn;

滲透壓力平行滑面的分力:TDi=γwhiwLitanβicos(αi-βi);

滲透壓力垂直滑面的分力:RDi=γwhiwLitanβisin(αi-βi);

傳遞系數(shù):ψi=cos(αi-αi+1)-sin(αi-αi+1)tgφi+1;

(2)剩余下滑力計(jì)算公式:

Pi=Pi-1×ψi-1+Fst×Ti-Ri

式中:Pi、Pi-1為第i條塊、第i-1條塊的剩余下滑力,kN/m,如果Pi-1<0,則計(jì)算Pi時(shí)式中Pi-1取0;Fs t為滑坡剩余下滑力計(jì)算安全系數(shù)。

下滑力:Ti=Wi(sinαi+Acosαi)+γwhiwLitanβicos(αi-βi);

抗滑力:Ri=Wi(cosαi+Asinαi)-NWi-γwhiwLitanβicos(αi-βi)tanφi+CiLi。

4 滑坡穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果

通過(guò)對(duì)選定計(jì)算方法及參數(shù),以1-1′縱剖面作為最不利計(jì)算剖面,分別計(jì)算該條剖面中滑面在天然狀態(tài)、飽和狀態(tài)下的穩(wěn)定性。并分別計(jì)算自重、自重+暴雨工況下安全系數(shù)Fs t=1.10、1.15、1.20、1.25的剩余下滑力。計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2、表3。

表2 滑坡1-1’剖面滑體自重工況下滑坡推力計(jì)算結(jié)果表

表3 滑坡1-1’剖面滑體自重+暴雨工況下滑坡推力計(jì)算結(jié)果表

通過(guò)以上計(jì)算分析,滑坡整體現(xiàn)狀條件下自重工況下K值為1.138,處于基本穩(wěn)定狀態(tài);自重+暴雨工況下K值為1.007,處于欠穩(wěn)定狀態(tài)[4],滑坡在這2種工況下均可能發(fā)生輕微蠕動(dòng)變形。

取安全系數(shù)為1.2時(shí)[2],在暴雨工況下6號(hào)塊剩余下滑力為2 458 kN/m,滑坡深度約11 m,設(shè)計(jì)以剩余下滑力2 458 kN/m控制。建議在坡腳進(jìn)行填土3～5 m反壓,再設(shè)置抗滑樁,抗滑樁采用方形截面,截面尺寸3 m×4 m(沿滑坡推力方向長(zhǎng)度為4 m),樁間距6 m,共設(shè)置24根樁,最長(zhǎng)樁長(zhǎng)26 m,最短樁長(zhǎng)18 m。

5 結(jié) 論

根據(jù)以上滑坡穩(wěn)定性分析可以得出以下結(jié)論:

(1) 該滑坡為沉降-推移式滑坡,高填路堤位于滑坡后緣,會(huì)發(fā)生沉降變形,對(duì)滑坡后緣有加載作用,將進(jìn)一步加大滑坡后緣的下滑推力,對(duì)滑坡穩(wěn)定性不利。

(2) 通過(guò)計(jì)算分析,滑坡自重工況下K值為1.138,處于基本穩(wěn)定狀態(tài),自重+暴雨工況下K值為1.007,處于欠穩(wěn)定狀態(tài)在,滑坡在這2種工況下均可能發(fā)生輕微蠕動(dòng)變形。穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果與現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查的結(jié)論基本一致,說(shuō)明參數(shù)取值是基本合理的。

(3) 原地基處理采用碎石沖擊樁,可提高地基承載力不足,但對(duì)斜坡路段的路基穩(wěn)定性提高有限。

(4) 在擬建公路左側(cè),滑坡中下部部采用填土反壓+抗滑樁進(jìn)行支護(hù),對(duì)滑坡起到良好的支護(hù)作用下,滑坡將逐漸穩(wěn)定。