建筑技術(shù)丨蒙屏高速K36+716~K36+875段滑坡成因機(jī)制與穩(wěn)定性研究

滑坡是我國最為常見的地質(zhì)災(zāi)害之一。在西南地形復(fù)雜山區(qū)，由于在修建高速公路過程中開挖路塹或修筑路堤，改變了斜坡巖土體的原始應(yīng)力狀態(tài)，再加上降雨充沛等誘發(fā)條件，極有可能在施工時或結(jié)束后產(chǎn)生滑坡，不僅影響施工進(jìn)度，還有可能造成嚴(yán)重交通事故。因此，對公路滑坡的成因機(jī)制與穩(wěn)定性進(jìn)行分析是修建過程中的重中之重。紅河州蒙自至屏邊高速公路位于云南省東南部紅河州境內(nèi)，全長40.425?km。蒙屏高速K36+716~K36+875段右側(cè)為一斜坡，斜坡坡向約273°，斜坡坡度約35°，擬建高速公路由北向南從斜坡中部穿過。2018年3月在開挖至設(shè)計標(biāo)高后邊坡出現(xiàn)滑移變形破壞，該邊坡頂面四周和坡頂120?m處的彈石路形成一條貫通裂縫，彈石路明顯下沉20?cm并形成寬約30?cm的裂縫。本文以該滑坡為研究對象，通過現(xiàn)場調(diào)查等方式確定滑坡的形態(tài)特征與成因機(jī)制，采用剛體極限平衡法對不同工況滑坡穩(wěn)定性進(jìn)行分析，并提出治理意見。1、滑坡的基本特征1.1地形地貌本滑坡區(qū)屬構(gòu)造侵蝕剝蝕低山斜坡地貌，由于公路修建需要，對斜坡進(jìn)行挖方，形成人工挖方邊坡，邊坡最大高度為22?m，采用分階放坡開挖形成二級平臺，邊坡坡角約33°，坡向86°，邊坡坡頂為自然斜坡，該斜坡上陡下緩，坡角20~30°，地形總體趨勢呈西高東低，起伏較大。1.2地層巖性該段滑坡坡體主要為第四系全新統(tǒng)崩坡積（Q4col+dl）塊石土、碎石土、殘坡積粉質(zhì)粘土（Q4el+dl），土層厚3.5~19.8?m，下伏基巖主要為震旦系屏邊群（Zpn）板巖。因基巖地層埋深較深，對滑坡的形成不構(gòu)成影響，故判斷滑坡為土質(zhì)滑坡，滑坡主要發(fā)生于巖土界面位置，滑體以崩坡積土層為主，滑面為巖土界面，滑床為下伏基巖。1.3形態(tài)特征滑坡前緣剪出口位于邊坡開挖邊坡坡腳位置，高程約1.110?m；滑坡左右側(cè)以變形體及裂縫范圍為界，滑坡后緣以變形裂縫為界，后緣高程1?175~1?185?m?；禄瑒臃较蚣s86°，橫向長139?m，縱向長474?m，滑坡體厚7~13?m，滑坡體體積約18×104?m3（圖1）。該滑坡屬中層中型土質(zhì)滑坡滑，滑坡體平面形態(tài)整體呈圈椅狀。圖1滑坡全貌照片2、滑坡成因機(jī)制2.1變形特征根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查和訪問，該滑坡區(qū)多處發(fā)育裂縫，其展布情況如圖2所示。據(jù)現(xiàn)場監(jiān)測，該邊坡開裂變形還在繼續(xù)發(fā)展，且大裂縫范圍內(nèi)的不穩(wěn)定土體形成了多道平行于路線方向的裂縫，邊坡坡面處的裂縫有地下水滲出。滑坡主要變形特征如下。圖2滑坡裂縫展布示意（1）裂縫4：拉張裂縫，位于滑坡前緣，人工邊坡頂部截排水溝附近，裂縫寬5~10?cm，長約58?m，走向約162°。（2）裂縫6：拉張裂縫，位于滑坡中部，裂縫寬2~5?cm，長約46?m，走向約27°。（3）裂縫7：上部土體滑移引起的剪切裂縫，位于滑坡右側(cè)邊界，裂縫寬3~5?cm，長約30?m，走向約82°。（4）裂縫8：拉張裂縫，位于滑坡后緣，裂縫寬5~10?cm，形成錯臺高差約20?cm，長約55?m，走向約160°，滑坡外側(cè)土體下錯。（5）裂縫10：拉剪裂縫，位于滑坡后緣~中部右側(cè)邊界，裂縫寬2~5?cm，長約70?m，走向約124°。（6）裂縫LF14：拉張裂縫，位于滑坡后緣，裂縫寬2~3?cm，長約27m，走向約151°。2.2滑坡變形影響因素2.2.1物質(zhì)組成斜坡體上物質(zhì)以崩坡積塊石土、碎石土及殘破積粉質(zhì)粘土層為主，厚度較厚，給滑坡體形成提供了物質(zhì)條件。滑體物質(zhì)孔隙比較高，上部土層塊石及碎石較多，滲透性較好且平均厚度較厚，地表水易入滲，易受地表降雨影響，深入下部軟弱層面間，會降低潛在滑面抗剪強(qiáng)度。2.2.2坡體結(jié)構(gòu)斜坡體整體坡度角較大，地形整體呈前緩后陡，使滑坡后緣滑體產(chǎn)生大量下滑力，推動滑坡體滑移。底部頁巖為相對隔水層，地表水下滲遇相對隔水層，聚集在巖土界面附近形成飽水帶，會降低土體抗剪強(qiáng)度。2.2.3降雨滑坡區(qū)屬低緯度亞熱帶氣候區(qū)，屬低緯亞熱帶濕潤山地季風(fēng)氣候類型，年平均降水量1?638.6?mm，滑坡區(qū)雨水充沛，降雨量大。滑坡中部和前緣地形較平緩，形成了面積較大的匯水區(qū)，匯水面積約0.14?k㎡，地表為果園，土質(zhì)松軟且多孔隙，降雨入滲迅速，加之無地表截排水系統(tǒng)，地表徑流排泄條件不佳，導(dǎo)致雨水滯留于滑坡區(qū)，使斜坡土體處飽和狀態(tài)，不但增大滑體土重度，且使斜坡巖土體軟化，降低其抗剪強(qiáng)度；地下水沿潛在滑動面運移又會產(chǎn)生向坡外的水平滲透壓力，引起斜坡土體沿軟弱面滑移變形破壞。2.2.4工程活動修建公路時進(jìn)行路基和邊坡開挖形成了臨空面，給滑坡形成提供了滑動的空間，場地開挖破壞山體的應(yīng)力穩(wěn)定平衡狀態(tài)，巖土體失去原有的平衡條件，在坡頂易形成卸荷裂隙，這是本滑坡最主要誘發(fā)因素之一?；聟^(qū)域頂部有大量耕地，耕種活動破壞地表排水體系，不利于邊坡地表水從滑坡區(qū)排出，造成地表水下滲，對邊坡穩(wěn)定性有一定影響。2.3成因分析根據(jù)變形特征分析，滑坡體中-前緣發(fā)育多組基本平行于邊坡的張拉裂隙和基本平行于滑動方向的剪切裂縫，滑坡體后緣變形較嚴(yán)重，地面出現(xiàn)大量貫通性拉裂縫，滑坡左右兩側(cè)出現(xiàn)大量剪切裂縫，其原因為開挖卸荷，導(dǎo)致前緣臨空，在降雨條件下，雨水進(jìn)入土體，使滑體土重度增大、強(qiáng)度降低，當(dāng)抗滑力小于下滑力時，滑坡體前段發(fā)生滑動變形，牽引后部滑體滑動，故滑坡主要屬于牽引式主導(dǎo)滑坡，判定邊坡處于滑動階段。3、滑坡穩(wěn)定性分析為進(jìn)一步定量評價滑坡的穩(wěn)定性狀態(tài)，選擇平行于滑坡主滑方向的典型剖面4-4與5-5（圖3）進(jìn)行穩(wěn)定性分析。（a）（b）圖3滑坡典型剖面示意（a）4-4剖面；（b）5-5剖面3.1穩(wěn)定性計算方法滑面形態(tài)呈折線形，根據(jù)JTGD30—2015《公路路基設(shè)計規(guī)范》，采用基于極限平衡理論的傳遞系數(shù)法對該滑坡的穩(wěn)定性進(jìn)行定量分析計算。計算公式如下：式中：Fs為穩(wěn)定安全系數(shù)；Wi為第i條塊重量；αi為第i條塊滑面傾角；φi為第i條塊內(nèi)摩擦角；Ci為第i條塊內(nèi)聚力；Li為第i條塊滑面長度；ψj=cos（αi-1–αi）–sin（αi-1–αi）tanφi，ψj為傳遞系數(shù)；Rn=Wncosαntanφi+CnLn；Tn=Wnsinαn?；峦屏τ嬎愎饺缦拢菏街校篍i為第i條塊剩余下滑力；Ks為抗滑安全系數(shù)，其余參數(shù)同前。根據(jù)室內(nèi)土工試驗結(jié)果，并對各參數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計分析，滑坡各巖土體主要的物理力學(xué)參數(shù)建議取值見表1。表1滑坡土體物理力學(xué)參數(shù)由于滑坡地處西南山區(qū)，降雨充沛，持續(xù)的降雨會使滑體和滑帶飽水增重并弱化其抗剪強(qiáng)度，因此考慮2種工況：（1）正常工況：自重+天然狀態(tài)；（2）非正常工況：自重+強(qiáng)降雨（連續(xù)降雨）狀態(tài)。3.2計算結(jié)果不同縱剖面的穩(wěn)定性計算結(jié)果見表2。根據(jù)GB/T

32864—2016《滑坡防治工程勘察規(guī)范》：當(dāng)穩(wěn)定系數(shù)K<1.0為不穩(wěn)定狀態(tài)；1.0≤K<1.05為欠穩(wěn)定狀態(tài)；1.05≤K<Fst為基本穩(wěn)定狀態(tài)；k≥Fst為穩(wěn)定狀態(tài)。表2滑坡穩(wěn)定性計算結(jié)果計算結(jié)果表明，滑坡體在正常工況處于基本穩(wěn)定狀態(tài)，非正常工況下處于不穩(wěn)定~欠穩(wěn)定狀態(tài)。計算結(jié)果與現(xiàn)場調(diào)查實際變形情況基本一致。定性與定量評價結(jié)果表明，滑坡在天然工況條件下處于基本穩(wěn)定狀態(tài)，但在雨季特別是久雨后滑坡穩(wěn)定性大大降低，滑坡體處于不穩(wěn)定～欠穩(wěn)定狀態(tài)。4、滑坡治理4.1治理方案4.1.1圓形抗滑樁+方形抗滑樁K36+700~K36+778右側(cè)邊坡坡腳上設(shè)置1排共17根圓形接方形抗滑樁，圓形部分抗滑樁直徑2.2?m，長13?m；方形部分尺寸為2.4?m×2.4?m，長8?m；樁距5.5?m。K36+778~K36+836右側(cè)邊坡坡腳上設(shè)置1排共7根圓形接方形抗滑樁，圓形部分抗滑樁樁身直徑2.2?m，長15?m；方形部分尺寸為2.4?m×2.4?m，長6?m；樁距5.5?m。K36+836~K36+853右側(cè)邊坡坡腳上設(shè)置1排共5根圓形接方形抗滑樁，圓形部分抗滑樁樁身直徑2.2?m，長10?m；方形部分尺寸為2.4?m×2.4?m，長6?m；樁距7?m。所有方樁后掛均擋土板，樁頂以上邊坡三維網(wǎng)植草防護(hù)（圖4a）。4.1.2圓形抗滑樁+樁頂連系梁（擋墻）K36+700~K36+778右側(cè)一級平臺上設(shè)置1排共17根圓形抗滑樁+樁頂連系梁，樁身直徑2.2?m，樁長21?m；樁頂采用2.4×0.5?m尺寸連系梁；樁距5.5?m。K36+778~K36+836右側(cè)邊坡坡腳上設(shè)置1排共7根圓形抗滑樁+樁頂擋墻，樁身直徑2.2?m，樁長17?m；樁頂采用6?m高C20片石混凝土擋墻；樁距5.5?m。K36+836~K36+853右側(cè)邊坡坡腳上設(shè)置1排共7根圓形抗滑樁+樁頂擋墻，樁身直徑2.2?m，樁長10?m；樁頂采用6?m高C20片石混凝土擋墻；樁距7?m。一級邊坡采用錨桿框格梁植草，二級邊坡采用三維網(wǎng)植草（圖4b）。（a）（b）圖4滑坡治理方案斷面（a）方案一；（b）方案二4.2方案比選方案一的優(yōu)點是圓形抗滑樁施工方便，安全性較好且樁板墻方案可在坡腳種植爬藤，景觀效果好。缺點是土體開挖和回填較多。施工造價約615.69萬元。加固后滑坡安全系數(shù)為1.246。方案二的優(yōu)點是主線段抗滑樁位于一級平臺上，無需開挖土方即可施工。缺點是加固、支擋和防護(hù)方案過多，施工程序繁瑣，景觀也較差。施工造價約為628.59萬元。加固后滑坡安全系數(shù)為1.231。由于滑坡前期已施工了應(yīng)急處治工程，包括坡腳反壓臨時加固，具備大型機(jī)械進(jìn)場條件，故考慮采用圓形抗滑樁加固?？够瑯栋踩煽浚┕すに囕^簡單，且其安全性大于混凝土擋墻，綜合考慮施工方便性、景觀綠化需求和經(jīng)濟(jì)性，推薦采用圓形抗滑樁+方形抗滑樁+擋土板+三維網(wǎng)植草加固方案。同時在滑坡周界外5m處設(shè)置截水溝，對裂縫采用回填