某高速公路路段滑坡机理分析

程焕达　张国发

(贵州省交通规划勘察设计研究院股份有限公司　贵阳　550081)

某高速公路路段滑坡机理分析

程焕达张国发

(贵州省交通规划勘察设计研究院股份有限公司贵阳550081)

摘要山区高速公路高边坡的稳定性严重影响施工及营运后的安全，地质概况与岩土力学特征不同，高边坡的变形破坏机理也不同。文中根据某高边坡滑坡特性，分析了高边坡的地质特征、结构特征和破坏机理，根据破坏模式进行了稳定计算分析，为安全经济处治该段滑坡提出了有效的处治措施。

关键词滑坡破坏特征稳定分析高速公路

1滑坡概况

本文研究路段K105+445～K105+759位于贵州省中部，地处苗岭山脉北坡，地形起伏较大，高程1750～2 000m，相对高差达200～250m，原始斜坡坡度为25°～30°。坡体地表植被较发育，以灌丛林为主，局部上边坡发育松、杉等高大乔木。

该段边坡原始坡体为一突出山脊，山脊近南北走向，呈上陡(坡度20°～25°)-中缓(坡度13°～15°)-下陡(坡度20°～25°)的“椅状”地形。由于高速公路主线垂直穿越山脊，路基开挖形成高陡路堑边坡。该边坡沿公路纵向宽度约240m，高速公路垂直于原始山脊开挖，右侧边坡呈平行于公路主线的等边三角形，底宽240m，高56m。坡顶后缘为缓坡台地，横长70～80m，坡度13°～15°，可见3～4级陡坎，坎高1～3m，土地性质为农用耕地。边坡两侧为2条天然冲沟，沟源高程1 915m左右，沟道坡降450‰～700‰，切割深度7～8m，边坡西侧靠近冲沟位置发育一变形体，该变形体后缘高程 1 900m，顺坡长度70～80cm，纵向宽度90～100m，变形深度为10～15m，变形总量约8.5×103m。边坡东侧发育一浅表层滑坡，该滑坡呈伞盖形，顺坡长度80 m，底宽120 m，滑体表面松散，起伏较小，坡度约29°，滑体厚度3～4 m，总方量约2.2×104m3。斜坡上部为8～9 m厚残坡积含碎石黏性土，为黄褐色，硬塑～可塑状，下伏为强风化玄武岩，强风化带厚度节理裂隙发育，岩体呈碎块状，块径5～20 cm，棱角状，裂隙面锈染严重，局部夹泥化薄膜。因玄武岩内部发育一组倾坡外似层状节理面，边坡为似层状倾外坡体结构。 根据边坡开挖后出露节理裂隙特征统计，主要发育3组裂隙，其中第一组裂隙中～缓倾坡外，成为边坡变形控制结构面，见表1。从开挖边坡面可见多条发育于强风化玄武岩内的层间(内)错动带，厚度10～15cm，主要以灰黄色全风化玄武岩为主。其中一条较明显层内错动带沿坡面呈近水平出露(高程1 877m)，产状220°∠13°，底部为厚度2～3cm的软塑状粘性土，含水量较大，手搓呈长条状。沿该错动带，坡面局部有地下水渗出，但渗水量较小。坡底开挖后出露层间错动带(高程1 846m)，产状165°∠30°～33°，结构面粗糙，无填充，张开10～15cm。

表1　边坡节理裂隙统计表

2滑坡结构特征

2.1滑体特征

滑坡滑体物质主要是黄褐色、紫红色、灰白色碎石土，碎石为强风化斑状玄武岩、凝灰质玄武岩，碎石含量40%～60%，粒径3～10cm，土体厚度3～4m，十分松散，干燥～稍湿。

2.2滑动带特征

滑带土为灰白色夹紫红色粘性土，软塑～可塑状，手搓有滑腻感，厚度10cm左右，前缘剪出口测得滑面产状为158°～165°∠30°，该产状与顺坡向结构面产状一致。滑面平整，剪出口高程1 856m。

2.3滑床特征

滑床岩体为全～强风化黄褐色，紫红色凝灰质玄武岩，似层状构造，层厚1～2m，似层面产状155°～175°∠30°～40°。

3变形破坏特征

该段边坡主要有2处变形破坏体，分别位于边坡东、西两侧，东侧为全强风化玄武岩顺层滑坡，西侧为表部残坡积土变形体[1]。

(1) 变形体。变形体后缘发育多条张拉裂缝，裂缝多沿等高线自西向东延伸，至K105+600位置则转向坡面，与坡面斜交，分部高程1 887～1 898m。最远一条裂缝距路中线94m，距坡口约35m。裂缝30～45m，张开约10～20cm，下错10cm，可见深20～30cm。 裂缝与坡顶截水沟相交处，将截水沟错段，外错量5～8cm，下沉10～15cm。

(2) 滑坡。滑坡后缘边界位于原开挖边坡破口附近截水沟处，滑壁高8～10m，倾角50°～55°。滑壁后续坡体未见明显变形迹象。受滑坡影响，最顶级坡面拱形护坡骨架被损坏，随滑坡一起坍落，滑坡西边界外侧的部分拱形护坡骨架仍可见受牵引影响而形成的顺坡向张拉裂纹。滑坡前缘剪出口高出路面3～4m，部分滑体堆积至坡脚。

4破坏机理分析

根据病害边坡形态特征、岩土体结构特征以及变形破坏特征综合分析，边坡病害形成与本身坡体结构特点以及人类工程活动有密切关系。

4.1边坡岩土体结构特点是病害形成的内在因素

(1) 坡体存在较厚的残坡积土，物理力学性质较差。根据边坡开挖后钻孔揭示，边坡上部普遍发育厚达5～17m的残坡积土。该层为粘土夹碎石，结构松散，物理力学性质较差，地界面(基覆界面)中倾坡外，倾角20°～30°，在边坡开挖临空和降雨的不利条件下，坡体容易沿该分界面产生蠕滑—拉裂和滑移—拉裂变形，该边坡西段的变形体主要受此因素控制。

(2) 坡体基岩内存在倾坡外的不利结构面。受区域构造影响，勘察区玄武岩普遍发育有倾外的层间和层内错动面，形成顺向坡体结构。部分结构面(如凝灰质层间错动带)力学强度较低，在边坡开挖结构面临空及地下水的孔隙水压力和软化作用下，坡体容易沿顺坡结构面产生滑移—拉裂变形破坏，该边坡东段的滑坡与此原因密切相关。

4.2边坡开挖和降雨是病害形成的诱发因素

由于路基开挖，形成高陡边坡，导致坡体临空和顺坡结构面的出露，使坡体的自重应力场和稳定条件发生了明显的改变，从而引发坡体的变形破坏，而降雨引起的坡体地下水状态的改变，又进一步降低了坡体的稳定性，加剧了坡体的变形破坏。

综上所述，该段边坡病害主要与其独特的坡体结构，人工开挖，降雨等因素密切相关。

5滑坡稳定性计算及处治

5.1参数取值[2]

见表2。

表2　稳定性计算参数取值表

5.2理论计算

(1)

(2)

Ri=Nitanφi+ciLi

(3)

Ti=Wisinθi

(4)

(5)

(6)

式中：Fs为滑坡稳定性系数；ψj为传递系数，第i条块的剩余下滑力传递至第i+1块时的传递系数(j=i)；Ri为作用于第i块的抗滑力,kN/m；Ti为作用于第i条块滑动面上的下滑分力,kN/m；Ni为第i条块滑动面的法向分力,kN/m；ci为第i条块的粘聚力,kPa；φi为第i条块的内摩擦角,(°)；Li为第i条块滑动面的长度,m；θi为第i条块底面倾角,(°)，反倾时取负值；Wi为第i条块自重与建筑等地面荷载之和,kN/m；γ为岩土体的天然容重,kN/m3；γsat为岩土体的饱和容重,kN/m3；Fi为第i条块所受地面荷载,kN/m。

5.3稳定分析[3]

当前边坡稳定性：选择变形最严重的断面计算分析。开挖后的边坡稳定性见表3，4。

表3　滑体区各种工况下滑推力计算结果表

表4　滑坡各级滑面滑动稳定性计算结果表

注：安全控制标准取值，天然工况下取1.25，暴雨工况下取1.15。

5.4处治措施[4]

由于该滑坡对公路造成破坏，必须进行彻底整治，通过对滑坡的计算分析，采取如下处治措施：

(1) 第一级边坡采用抗滑桩防护，抗滑桩截面尺寸为2m×3m，桩中心间距为6m。

(2) 第二、四级采用锚索框格梁支护，框格内植草。

(3) 第三级采用锚杆框格梁防护，框格内植草。

(4) 第五级采用拱形护坡，拱形内进行植草。

(5) 边坡外及平台设截排水沟，将坡面雨水及时排出。

6结论

(1) 深入分析滑坡的破坏机理、变形特征是有效处治滑坡的前提条件。

(2) 根据该段高边坡的地质特征、结构特征和破坏机理，采用传统的传递系数法计算边坡稳定性是可行的。

(3) 高边坡的处治措施是可行的。

参考文献

[1]马惠民，张中平.特殊条件下公路边坡病害变形类型和特征[J].公路交通科技，2005(6):10-14.

[2]马惠民，王恭先，周德培.山区高速公路高边坡病害防治实例[M].北京：人民交通出版社，2006.

[3]李海光.新型支档结构设计与工程实例[M].北京：人民交通出版社，2003.

[4]徐邦栋．滑坡分析与防治[M].北京：中国铁道出版社，2004.

收稿日期：2014-10-04

LandslideTreatmentAnalysisSectionofaHighway

Chen Huanda, Zhang Guofa

(GuizhouTransportationPlanningSurvey&designAcademeCo.,Ltd.,Guiyang550001,China)

Abstract：The high slope stability of the mountain highway seriously affects the safety of highway construction andoperating. Different high slope failure mechanism varies with the geological characteristics of high slope. According to the features of a high slope landslide, in-depth analysis of the high slope of the geological characteristics, structural characteristics and failure mechanism are researched. The stability calculation analysis is performed according to failure mode. For the safe and economic treatment of this landslide, effective treatment measures are put forward.

Key words:landslide; destruction characteristics; stability analysis; highway

DOI10.3963/j.issn.1671-7570.2015.01.027