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        巴鶴公路K164+650~+750段土質(zhì)滑坡發(fā)育特征及穩(wěn)定性分析

        2021-06-04 07:50:38曾慶波
        四川建筑 2021年2期
        關(guān)鍵詞:變形

        曾慶波

        (四川省交通勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司, 四川成都 610017)

        湖北省道巴鶴線(xiàn)S425北起巴東縣,南接鶴峰縣的一條重要二級(jí)公路,是恩施州向北入境的重要通道之一。在公路里程K164+650~ +750段,路基右側(cè)下方邊坡產(chǎn)生蠕滑變形,產(chǎn)生明顯變形拉裂縫,若得不到及時(shí)治理,隨著時(shí)間的進(jìn)行,后緣拉裂縫不斷往坡體內(nèi)部發(fā)展,剪切面可能貫通形成滑移面,導(dǎo)致邊坡整體性滑移破壞,將嚴(yán)重危脅公路和行車(chē)安全。為防止滑坡地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生,需對(duì)該滑坡進(jìn)行深入細(xì)致的分析,查明其賦存的工程地質(zhì)環(huán)境條件,分析其可能的變形破壞模式,科學(xué)合理的對(duì)其進(jìn)行穩(wěn)定性評(píng)價(jià),提出防治措施建議。

        1 基本地質(zhì)條件

        1.1 地形地貌

        巴鶴公路K164+650~ +750段下邊坡為半路塹土質(zhì)邊坡,在平面上呈直線(xiàn)型。路基上出現(xiàn)環(huán)狀裂縫,公路距下部河面高差約50~60 m,公路與該段河谷走向340~350°近平行。該潛在滑體在地貌上呈圈椅狀收攏,滑坡后緣較為平緩,約15~25°,坡面較陡呈直線(xiàn)形,中部及前緣約35~40°,高程455 m以下坡度變緩約22°左右,底部高程455 m以下為棲霞組基巖露頭,露頭可見(jiàn)高約3~5 m。坡面上植被茂盛,發(fā)育喬木、灌木及草本植物(圖1、圖2)。

        圖1 滑坡全貌照(鏡向南)

        圖2 潛在滑坡全貌圖(鏡向西)

        1.2 地層巖性及地質(zhì)構(gòu)造

        該段地層巖性為二疊系下統(tǒng)棲霞組(P1q)深灰色厚層~巨厚層微晶生物屑灰?guī)r,局部含燧石團(tuán)塊。邊坡位于八字山背斜末端,受區(qū)域構(gòu)造影響不大。地震基本烈度為Ⅵ度。

        巖體整體呈塊狀~次塊狀,局部節(jié)理裂隙較發(fā)育,呈層狀碎裂結(jié)構(gòu),巖層產(chǎn)狀一般為245~251°∠31~40°,厚層與巨厚層互層,層面間距0.60~1.2 m,局部可厚達(dá)3 m,平直粗糙,大多閉合,局部可見(jiàn)輕微張開(kāi),無(wú)充填。

        1.3 水文地質(zhì)

        據(jù)鉆孔揭露,本段邊坡主要發(fā)育孔隙水,受季節(jié)性影響明顯,含水條件和滲透性較好,賦存于第四系崩坡積等松散堆積層中,以潛水為主,水位埋深變化較大,含水層約3~5 m。依據(jù)GB 50021-2001《巖土工程勘察規(guī)范》II類(lèi)環(huán)境水判定:該區(qū)地下水對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)和鋼筋有微腐蝕。

        2 滑坡基本特征

        2.1 滑坡邊界、規(guī)模、形態(tài)特征

        潛在滑坡整體坡形呈直線(xiàn)狀,其滑動(dòng)后緣位于公路,路面高程496~500 m,滑坡前緣(剪出口)高程455 m,最大高差約45 m,左右兩側(cè)邊界均以季節(jié)性小沖溝為界,邊坡體均寬約60 m,縱長(zhǎng)約70 m,平面上的面積約42 000 m2,厚度約5~15 m,平均厚約12 m,為中層滑坡,體積約50.4×104m3,滑坡規(guī)模為中型。坡體坡度17~35°,潛在的主滑方向345°(圖2)。

        2.2 物質(zhì)組成特征

        地調(diào)、鉆探揭露地層如下(圖3):

        圖3 滑坡巖土體層次示意(勘探Ⅱ—Ⅱ’剖面為例)

        素填土(①):主要成分是碎石,分布于路基上的填土區(qū),深灰色碎石,結(jié)構(gòu)松散,母巖主要為微晶灰?guī)r、泥灰?guī)r,一般粒徑為10~30 cm,最大粒徑65 cm,級(jí)配較差,滲透性良好,土石比約1∶9。

        耕植土(②):主要分布于坡體表部較平緩的農(nóng)田耕植區(qū),厚約1~2 m,土體呈褐灰色,較疏松,稍濕,主要成份為粉質(zhì)黏土夾碎礫石,粉粘粒含量較高,碎石為次棱角狀,粒徑一般為10~55 cm,土石比約7∶3~8∶2。

        粉質(zhì)黏土夾碎塊石(③):這類(lèi)土層是滑體主要組成,厚約6.5~12 m,為褐灰色粉質(zhì)黏土,間夾塊礫石,其中黏性土含量較高,約占50 %;碎塊石大小不均,結(jié)構(gòu)凌亂,粒徑一般為12~35 cm,個(gè)別可達(dá)50 cm,約占20 %~40 %;角礫含量10 %~20 %,土石比約6∶4~7∶3。該類(lèi)土層按密實(shí)度、可塑性還可分為兩段亞類(lèi):其上部為褐灰色粉質(zhì)黏土(③-1),松散~稍密,多處于硬塑狀態(tài),碎塊石含量較下部高,土石比約6∶4;而下部為深灰、灰黑色粉質(zhì)黏土(③-2),中密結(jié)構(gòu),呈硬塑—可塑狀態(tài),土體含水率較上部高,且碎塊石含量相對(duì)較少。

        此外,在坡體上還零星散亂分布有崩積的巨塊石,可見(jiàn)最大塊徑2.5 m×2 m×1.5 m。除漿砌塊石擋墻以上為素填土外,從垂直分布上看,滑體其物質(zhì)分布為:滑體淺表層主要為耕植土,其下為呈褐灰色粉質(zhì)黏土、深灰色粉質(zhì)黏土;而從平面縱向上看,覆蓋層厚度呈現(xiàn)后緣薄,中前部深的規(guī)律,覆蓋層最大厚度一般在15.0~16.5 m,平均厚約12 m;從平面橫向上看,覆蓋層表現(xiàn)為中間厚,兩側(cè)相對(duì)薄的特征。

        2.3 滑床及滑帶土基本特征

        據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查和鉆孔揭露,基巖為潛在滑坡的滑床。后緣公路上邊坡出露的基巖壁較陡,在高程455 m以下基巖再次出露,巖性均為棲霞組厚層~巨厚層的微晶灰?guī)r,除擋墻以上基巖埋深為2.6~4.8 m外,坡體中埋深一般在8.7~16.5 m。

        滑體內(nèi)物質(zhì)成分較為單一,以粉質(zhì)黏土夾碎礫石為主,密實(shí)度從表到內(nèi)逐漸增大,整個(gè)滑體內(nèi)部無(wú)相對(duì)軟弱的層面,且基巖較完整堅(jiān)硬,滑體沿著基巖與覆蓋層接觸帶蠕滑,且形成厚約1~1.5 m的滑帶土。從鉆孔揭露的情況來(lái)看,滑帶土成份為黃灰色黏土,含少量角礫,稍濕,黏土礦物主要為高嶺土,呈可塑到軟塑狀。通過(guò)分析判斷,受地形條件、物質(zhì)結(jié)構(gòu)等因素的影響,其潛在的滑動(dòng)帶總體上上陡下緩,滑面呈折線(xiàn)狀。

        2.4 滑坡變形破壞特征

        滑坡的變形破壞現(xiàn)象主要集中于坡體后緣,滑坡中部與前緣由于植被茂盛且局部人工改造較大,變形破壞現(xiàn)象相對(duì)不明顯。在坡體后緣,路基發(fā)生沉陷,整體上靠近下邊坡方向沉陷量更大,路面上出現(xiàn)環(huán)狀微張拉裂隙,且每年裂隙不斷延伸擴(kuò)展。同時(shí),擋墻下部相對(duì)較平緩的農(nóng)田中,土體拉張裂隙發(fā)育已累積下挫達(dá)1.2 m左右,以致?lián)鯄ε潘聪虏康呐潘郯l(fā)生嚴(yán)重破壞,墻體上發(fā)育鼓脹微裂隙,見(jiàn)圖4、圖5。

        圖4 土體下挫形成的拉張裂縫

        圖5 土體下挫排水槽破壞

        3 滑坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)

        3.1 穩(wěn)定性定性評(píng)價(jià)

        由于滑坡后緣、中部均出現(xiàn)拉張裂縫,這類(lèi)拉裂縫有利于地表水下滲,能使原有的滑動(dòng)面進(jìn)一步軟化,且滑體主要組成為粉質(zhì)黏土夾碎塊石,透水性較差,因此,在暴雨工況下,持續(xù)的降雨易使土體飽和排水不暢形成較高孔隙水壓力。況且潛在滑坡后緣存在不利荷載(汽車(chē)動(dòng)荷載)持續(xù)作用,會(huì)加劇土體蠕滑變形,甚至剪切面貫通成為滑移面,導(dǎo)致整體的滑移破壞。因此可宏觀判斷在自然工況下邊坡處于基本穩(wěn)定狀態(tài),在暴雨工況下,邊坡處于欠穩(wěn)定狀態(tài)。

        3.2 穩(wěn)定性定量評(píng)價(jià)

        3.2.1 計(jì)算模型與工況

        根據(jù)邊坡變形特征,選擇邊坡變形區(qū)內(nèi)的Ⅰ—Ⅰ′、Ⅱ—Ⅱ′、Ⅲ—Ⅲ′勘探剖面進(jìn)行邊坡整體穩(wěn)定性計(jì)算與評(píng)價(jià),選擇的計(jì)算剖面均具有典型性和代表性。計(jì)算模型如圖6所示。

        圖6 滑坡剖面計(jì)算模型

        選擇以下工況進(jìn)行滑坡穩(wěn)定性計(jì)算:

        工況一:天然工況+汽車(chē)荷載;

        工況二:暴雨工況+汽車(chē)荷載。

        3.2.2 計(jì)算方法與參數(shù)選擇

        根據(jù)前述邊坡變形破壞模式分析,當(dāng)邊坡沿巖土界面滑動(dòng)時(shí),其滑面結(jié)構(gòu)為折線(xiàn)型。根據(jù)規(guī)范要求選用簡(jiǎn)化Bishop法進(jìn)行穩(wěn)定性計(jì)算,剩余下滑推力選用傳遞系數(shù)法來(lái)進(jìn)行計(jì)算。計(jì)算程序選用理正5.6,并用Geo-slope7.0建模計(jì)算對(duì)其穩(wěn)定性做校核。計(jì)算中所選取的參數(shù)如下:

        3.2.2.1 潛在滑體重度

        邊坡體由粉質(zhì)黏土夾少量碎塊石,根據(jù)室內(nèi)試驗(yàn)資料,滑體的天然重度平均值為19.02 kN/m3;飽和重度平均值為21.07 kN/m3,現(xiàn)場(chǎng)重度實(shí)驗(yàn)的算術(shù)平均值17.26 kN/m3,根據(jù)滑體土室內(nèi)試驗(yàn)及現(xiàn)場(chǎng)重度試驗(yàn)測(cè)試結(jié)果,綜合確定滑坡穩(wěn)定性和滑坡推力計(jì)算中所采用的重度值為:滑體的天然重度γ=17.26 kN/m3;飽和重度γ=19.32 kN/m3。

        3.2.2.2 潛在滑帶取樣試驗(yàn)結(jié)果

        根據(jù)室內(nèi)試驗(yàn)數(shù)據(jù),天然直接快剪強(qiáng)度平均值:c=29.3 kPa,φ=13.6°;天然殘余快剪強(qiáng)度平均值:c=16.4 kPa,φ=10.0°;飽和直接快剪強(qiáng)度平均值:c=14.6 kPa,φ=10.9°;飽和殘余快剪強(qiáng)度平均值,c=11.40 kPa,φ=8.9°。

        計(jì)算參數(shù)選擇根據(jù)實(shí)驗(yàn)值、類(lèi)比值綜合確定,天然狀態(tài)下c=35 kPa,φ=15.0°;飽和狀態(tài)下c=30 kPa,φ=13.0。

        3.2.3 計(jì)算結(jié)果與評(píng)價(jià)

        依據(jù)所選的參數(shù)值及計(jì)算公式,對(duì)各剖面及工況下的穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表1。

        表1 邊坡整體穩(wěn)定性計(jì)算成果匯總

        通過(guò)兩種軟件計(jì)算的成果分析可知以下幾點(diǎn):

        (1)最不利滑面經(jīng)計(jì)算機(jī)自動(dòng)搜索后均為沿基覆界面以上1~1.5 m的軟弱滑面滑動(dòng),與現(xiàn)場(chǎng)判斷較一致。

        (2)計(jì)算結(jié)果表明Ⅱ-Ⅱ’剖面在兩種工況下均處于欠穩(wěn)定狀態(tài),與野外調(diào)查潛在滑體中部的變形跡象更為顯著相吻合。

        (3)各剖面在暴雨工況下,穩(wěn)定系數(shù)都有顯著下降,剩余下滑推力均有較大提升,因此,暴雨為土體變形破壞,甚至潛在滑面貫通滑動(dòng)的主要誘因。

        (4)通過(guò)計(jì)算發(fā)現(xiàn),滑帶土和滑體土的內(nèi)摩擦角為敏感因素,參數(shù)取值對(duì)穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果影響較大,本次計(jì)算所選參數(shù)以室內(nèi)試驗(yàn)成果和工程類(lèi)比綜合取值,數(shù)據(jù)準(zhǔn)確可靠;

        (5)根據(jù)計(jì)算成果,該邊坡整體穩(wěn)定性在兩種工況下均處于基本穩(wěn)定—欠穩(wěn)定狀態(tài),邊坡有發(fā)生整體性失穩(wěn)的危險(xiǎn),與定性判斷的結(jié)果吻合較好。

        4 處治措施建議

        由于該段路基變形破壞的主要誘因是由于下邊坡土體地表水入滲,軟化并降低土體強(qiáng)度,發(fā)生蠕滑變形所致,因此防治的主要原則是抗滑和截水。根據(jù)場(chǎng)區(qū)的地形、地質(zhì)條件分析,建議選用“抗滑樁(挖孔樁)+截水槽”方案。

        (1)抗滑樁方案:采用挖孔樁方案,樁端穿過(guò)滑動(dòng)面進(jìn)入巖層不小于5.00 m(具體長(zhǎng)度根據(jù)設(shè)計(jì)計(jì)算確定)。

        (2)排水方案:影響滑坡穩(wěn)定性的主要誘因?yàn)楸┯?,其?shí)質(zhì)是由于地表水入滲,降低了土體的穩(wěn)定性。修復(fù)擋墻下的排水槽,并對(duì)已有排水槽進(jìn)行清理,清除溝內(nèi)的塊石及泥土,保證溝內(nèi)排水通暢。并從滑坡后緣修截水槽沿滑坡兩側(cè)邊界小沖溝修建排水槽將其引出滑坡外。

        (3)對(duì)于潛在滑坡范圍及周邊應(yīng)禁止切挖坡腳及爆破等人類(lèi)工程活動(dòng)。

        5 結(jié)束語(yǔ)

        (1)通過(guò)查明邊坡的邊坡結(jié)構(gòu)、地層巖性、水文地質(zhì)、地質(zhì)構(gòu)造等工程地質(zhì)條件可以得知,引起該段路基變形的原因是由于右下土質(zhì)邊坡的蠕滑變形造成。

        (2)通過(guò)定性分析和定量計(jì)算,在天然工況+汽車(chē)荷載或暴雨工況+汽車(chē)荷載條件下邊坡處于欠穩(wěn)定~基本穩(wěn)定狀態(tài),邊坡整體具有整體失穩(wěn)的危險(xiǎn)。

        (3)根據(jù)勘察結(jié)果,綜合該區(qū)工程地質(zhì)條件,提出了針對(duì)該滑坡病害的處理措施建議:“抗滑樁+截水槽”。

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