某高速公路K5+206~K5+385滑坡工程地质特征与稳定性分析评价|滑坡的工程地质问题

　　 摘要：针对大型滑坡在高速公路路线方案优化布置及选择的重要性，本文介绍了某高速公路K5+206~K5+385滑坡工程地质特征，并采用定性、定量两种方法对滑坡进行稳定性分析评价，提出对该滑坡进行绕避，如无法绕避则应采取适宜的工程措施进行加固处治的合理建议。
　　关键词：滑坡工程地质特征稳定性分析评价
　　中图分类号：F407.1文献标识码：A 文章编号：
　　某高速公路是包头至茂名国家高速公路的重要组成部分，在初步设计阶段发现K5+206~K5+385段右侧丘陵山体存在大型滑坡，为高速公路路线方案优化布置及合理选择，查明该滑坡工程地质特征、分析评价其稳定性显得十分重要。
　　1工程地质条件
　　1.1 地形地貌
　　K5+206~K5+385滑坡位于丘陵地貌区，地形起伏大，地面标高约192.97~300.01m，高差达107m。坡脚距右线轴线约146m为朱砂河，河宽约18m，勘察期间，水位标高约188m，洪水水位最高约195m。滑坡地貌明显，地形上陡下缓，呈矩形圈椅状，坡面局部见马刀树，见多条与等高线平行的高约1m的陡坎——滑坡错落台阶。滑坡舌端部已改造为水田。
　　1.2 地层岩性
　　滑坡所在山体地层岩性主要为坡残积粉质粘土、寒武系混合岩（∈γ3）全~中风化层。坡残积粘性土中高液限土局部分布。
　　1.3 水文地质
　　勘察区地下水类型主要为孔隙水及基岩裂隙水，钻孔地下稳定水位埋深约4.28~20.63m，水位标高约202.3~234.65m。
　　2 滑坡工程地质特征
　　2.1 滑坡形态
　　该滑坡平面位置相应高速公路里程为右线K5+206~K5+385，左70m~右136m，沿滑动方向滑动面整体上大致呈弧状或弓状，后段较顺直，滑坡后缘距右线轴线右侧约136 m，高程约271.33m，前缘距右线轴线左侧约70m，高程约193m，高差约78m。滑坡前缘宽度约97m，后缘宽度约156m，顺主滑方向长约206m，滑体最大厚度约12.5m。根据已圈定的滑坡范围及滑坡体平均厚度估算滑坡体积约为30.3万方，为大型滑坡。
　　 K5+342.5~K5+364段右136m滑坡后缘局部存在张裂缝，宽约0.2m，延伸长度约5m，已被坡积土体充填，见蕨类植物覆盖。
　　2.2 滑体岩土特征
　　坡脚滑坡舌部位揭露滑动带土体，层顶埋深6.6~8.8m，厚度1~2.3m，该土层与上部及下部土层比较，含水量较高，强度较低，力学性质较差，土质不均匀，并见未腐化的植物根茎，结构紊乱。滑动面主要为坡残积土层与全风化层分界面，埋深约6.4~12.5m，属中层滑坡。
　　组成滑坡体的岩土主要为原坡残积粉质粘土层，多呈灰黄色、棕红色、褐红色，稍湿~很湿，可塑状，切面粗糙，粘性差，土质不均一，夹少量砂粒及石英质碎石颗粒，局部见炭质结核。
　　滑坡体土层物理力学性质指标统计表（76g锥）表1
　　
　　
　　2.3滑坡变形破坏与成因分析
　　根据对当地村民的走访调查资料，1985年，当地连日暴雨发生山洪，朱砂河水暴涨，K5+300右侧丘陵地层受持续强降雨影响，发生失稳滑动，滑坡体冲出至距右线轴线左70m处，同时，滑床前缘大量地下水涌出。调绘揭示，右线左侧30m～70m为滑坡舌，已被人工改造，地表多为水田。该滑坡为老滑坡。
　　从总体上来看，造成滑坡的成因主要有以下两点：
　　1、坡体岩土性质、坡体结构是形成滑坡的重要物质基础。坡体地层——寒武系混合岩，矿物成分以长石、云母、石英为主，具条带状构造，矿物定向排列明显，节理裂隙发育，抗风化能力差。岩体风化强烈，坡残积土层及全~强风化岩厚度大，约24.1~29.9m，石英含量高，手搓易散，风化后土体高岭土等粘土矿物含量高，遇水后软化严重，抗剪强度下降剧烈。上覆坡残积土层结构较松散，易渗水，利于雨水向下渗透，下伏寒武系混合岩全风化层结构相对致密，相对隔水，雨水易通过坡残积土层下渗在相对隔水层——全风化岩层顶面积聚，从而形成顺向不利软弱带或软弱面，使其具备了滑动的物质条件。
　　2、连续暴雨是滑坡产生的直接诱因。大量的雨水降低了土体强度，尤其是形成了顺向不利软弱带或软弱面，同时土体自重增加，导致下滑力大于抗滑力，从而产生并形成滑坡。
　　根据滑坡体的体积、滑动面埋深、滑坡发生年代综合判定K5+206~K5+385滑坡为暴雨诱发的大型中层老滑坡。
　　3 滑坡稳定性分析评价
　　3.1 定性分析评价
　　滑坡后壁下部滑坡裂缝被坡积土体充填，以及滑坡台阶均被蕨类植物覆盖，部分较大松树呈马刀状，反映了该滑坡自1985年发生滑动以来，目前处于基本稳定状态。
　　3.2 定量分析评价
　　3.2.1 计算方法
　　根据《岩土工程勘察规范》推荐的滑坡稳定性计算公式计算本滑坡的稳定系数。
　　（1）
　　其中
　　
　　式中:Fs—稳定系数；
　　ψ—滑坡推力传递系数；
　　wi—第ｉ块段滑体所受的重力(kN/m)；
　　Ri—作用于第ｉ块段的抗滑力(kN/m)；
　　Ti—作用于第ｉ块段的滑动分力(kN/m)；
　　ci—第ｉ块段土的粘聚力(kPa)；
　　i—第ｉ块段土的内摩擦角()；
　　θi—第ｉ块段滑动面倾角()；
　　Li—第ｉ块段滑动面长度(m)。
　　滑坡推力采用《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2002）推荐的计算公式计算，计算公式为：
　　（2）
　　式中:Ei—第i块剩余下滑力（kN/m）；
　　Ei-1—第i-1块剩余下滑力(kN/m)；
　　k—滑坡推力安全系数，考虑到拟建公路的等级及滑坡发生后的破坏性大小，取1.25，；
　　其余参数同前。
　　若所得某条块的滑坡推力为负值时，说明自该条块以上的滑体是稳定的，并考虑其对下一条块的推力为零。
　　3.2.2滑坡稳定性计算
　　选取滑坡主剖面（RK5+320横断面）计算稳定性，计算分块见图1。
　　
　　图1计算分块图
　　根据《公路路基设计规范》（JTG D30-2004），分别计算正常工况（天然状态）和非正常工况Ⅰ（饱水状态）下滑坡稳定性及滑坡推力。利用极限平衡法进行滑坡稳定性计算一般要提供滑坡土体的重度，滑动面的粘聚力和内摩擦角。该滑坡为土质滑坡，滑体土土质比较均匀，天然状态下滑体土的重度参考土工试验成果取18kN/m3；饱水状态下滑体土的重度取20kN/m3，地下水位以下取有效重度。
　　滑面强度参数取值根据滑坡体土体室内试验值及反算综合考虑。由于该滑坡为老滑坡，目前处于基本稳定状态，天然状态下稳定系数应在1.01-1.06之间，根据土工试验成果并结合经验给定滑坡舌段滑动面的抗剪强度c值为11.4 kPa，其余段滑动面的抗剪强度c值为12.4kPa，反算滑动面的值。在1.01-1.06之间给不同的稳定系数反算，反算结果如表2。
　　滑动面参数反算结果表 表2
　　
　　
　　根据试验结果及经验，滑动面强度参数取值如下：正常工况（天然状态）滑坡舌段c=11.4kPa，=11.7，其余段c=12.4kPa，=22.0；非正常工况Ⅰ（饱水状态）滑坡舌段c=11kPa，=11，其余段c=12kPa，=19。
　　运用公式1和公式2分别计算正常工况（天然状态）和非正常工况Ⅰ（饱水状态）下滑坡稳定性及滑坡推力。滑坡稳定系数及滑坡推力计算结果见表3和表4。
　　滑坡稳定系数及滑坡推力计算表（天然状态下）表3
　　
　　
　　滑坡稳定系数及滑坡推力计算表（饱水状态下）表4
　　
　　
　　由表3和表4可见，天然状态下，最终滑坡推力E1=1999kN/m，稳定系数为1.03，处于基本稳定状态；饱水状态下最终滑坡推力E2=3365kN/m，稳定系数为0.90，说明在持续强降雨饱水的前提下，可能失稳。
　　4 结语
　　1、K5+206~K5+385滑坡为暴雨诱发的中层大型老滑坡，目前在自然状态下处于基本稳定状态，但在持续强降雨饱水的前提下，可能失稳。
　　2、该滑坡滑向与路线正交，路线以路堤方式从老滑坡滑坡舌通过，老滑坡受地震、暴雨及后缘侧壁崩塌等不良因素影响失稳将会对高速公路造成严重破坏，危及运营安全。建议对该滑坡进行绕避，如无法绕避则应采取适宜的工程措施进行加固处治。
　　
　　参考文献：
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　　[3]常士骠，张苏民，等.工程地质手册（第四版）[M]. 北京：中国建筑工业出版社，2007.
　　[4]GB50007-2002，建筑地基基础设计规范[S].
　　[5]JTG D30-2004，公路路基设计规范[S].
　　注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。