永吉高速路堑滑坡体定位探测及稳定性分析

唐鹏程， 刘涛影

(湖南省永吉高速公路建设开发有限公司， 湖南 吉首　416000)



永吉高速路堑滑坡体定位探测及稳定性分析

唐鹏程， 刘涛影

(湖南省永吉高速公路建设开发有限公司， 湖南 吉首416000)

摘要：滑坡是山区高速公路一种较常见的地质灾害，已严重威胁到山区已建和在建高速公路的运营与建设安全，进行滑坡体有效的探测定位及评价分析对于减小灾害损失、治理滑坡灾害有重要意义。基于永吉高速K79+915～K80+020段左侧路堑边坡滑坡工程，在查明滑坡场地地层岩性、地层结构、不良地质以及边坡水文地质条件的基础上，利用电磁法等综合物探法探测了滑坡范围、周界以及滑动面深度等滑坡要素，进行了滑坡的稳定性计算及评价分析，并提出了滑坡处治建议，研究为滑坡治理设计提供了相关依据。

关键词：路堑滑坡； 高密度电法； 探测定位； 稳定性计算； 评价分析

交通是经济发展的大动脉，高速公路对地区的发展具有十分重要的带动作用，近年来，随着我国交通基础建设的不断发展，越来越多的高速公路延伸到了山区，由于山区特殊的地形和地质环境，公路建设中遇到的高边坡与滑坡等复杂艰险的工程地质问题也越来越多[1]。在山区中修建高速公路时，斜坡上岩土体在重力作用下，常常容易沿一个或多个破裂滑动面向下作整体滑动，出现滑坡问题[2，3]，尤其在不利情况如强降雨等因素诱发下，更容易产生工程滑坡，山区高速公路建设中经常遇到此类情况[4]。在我省湘西及湘南山区高速公路地基条件复杂，岩溶、泥石流、滑坡、软土等不良地质现象均较发育，尤其高速公路开挖引起的路堑边坡滑坡较为常见。滑坡等地质灾害轻则增加投资、延长工期，重则导致建筑物倒塌甚至造成人员伤亡[5],为避免和尽量减少滑坡灾害造成的经济损失和人员伤亡以及对工程建设的影响，研究滑坡地质类型/成因机制及其稳定性显得尤为重要[6，7]，由于滑坡的产生条件、影响因素破坏机理的复杂性和多变性，其一直是世界各国研究的主要地质和工程难题[8-10]。

为指导滑坡的处治方案设计，保证工程的施工安全，对滑坡的规模、范围及空间分布状态的探查不可或缺。传统的纯钻探工艺在滑坡勘察中一般较难确定滑动面(带)的准确位置，高密度电法等综合物探法在滑坡勘察中有其独到的优点，在工程滑坡勘察中对滑动面的判定取得了较好的效果[11]。本文拟结合湖南永吉高速公路路堑边坡滑坡实例，在查明永吉高速路堑滑坡场地工程地质条件的基础上，开展路堑滑坡体定位探测及评价分析，为滑坡治理设计提供充分必要的工程地质依据。

1项目概况

1.1工程背景

永吉高速公路主线全长85.247 km，第16合同段K79+915～K80+020段路堑边坡位于吉首市已略乡龙午村，本段为全切方路段，左侧路堑边坡最大切深为24.6 m，设计防护型式为浆砌片石拱形骨架内草灌护坡，设计典型横断面见图1。

图1　K79+953路堑边坡设计断面图

该路段按原设计开挖完毕，两侧边坡及平台(一、二级)已全部成型，半年后开始出现大面积滑塌，坡口后缘山体出现张拉裂缝，滑坡趋势已经形成，如图2所示。

图2　K79+915～K80+020段左侧路堑边坡滑坡全景图

1.2工程地质条件

1) 地形地貌。永吉高速K79+915～K80+020段路堑边坡位于吉首市已略乡龙午村，地貌单元属风化剥蚀构造低山丘陵地貌，切割强烈，冲沟发育，地形起伏较大，勘察区地面高程220.0～490.0 m，相对高差约270 m，原始自然边坡坡度约为11°～28°，局部大于60°，坡面为单斜缓丘，坡体表层主要为松散坡积体，山坡坡面植被发育，主要为灌木、蕨类植物所覆盖。

2) 气象水文。本区属中亚热带季风湿润气候，具有明显的大陆性气候特征。夏半年受夏季风控制，降水充沛，气候温暖湿润，冬半年受冬季风控制，降水较少，气候较寒冷干燥。既水热同季，暖湿多雨，又冬暖夏凉，四季分明，降水充沛，光热偏少；光热水基本同季，前期配合尚好，后期常有失调，气候类型多样，立体气候明显。年降水量1010～1718.6 mm，年内气温-3.6～39.9 ℃；年径流量234亿m3。

3) 场地地质构造。本线位区域地质构造隶属于扬子地块扬子准地台武陵褶皱断束内湘西帚状弧形构造带，位于古丈 — 吉首 — 风凰断裂带内，区内次级构造发育，受断裂构造的影响，区内岩体节理裂隙发育，岩体较破碎。

4)水文地质条件。勘察区地表水体是位于坡底的溪沟，平时水量较小，接受大气降水补给。山间冲沟平时无水，雨后有暂时性地表泾流；区内地下水主要为下卧基岩中的裂隙水，地下水的补给来源是大气降水与地下侧向泾流，向龙洞河排泄；钻孔揭露地下水位埋深0.40～21.70 m(高程225.0～234.00 m)，地下水向龙洞河泾流；依据路线工程地质勘察报告中的水质分析报告，区内地下水对混凝土及混凝土中的钢筋具微腐蚀性。

5) 地层岩性。本次主要利用边坡附近的前期勘察成果，参照相关资料提供边坡区岩土体的物理力学性质指标，如表1所示。

表1 边坡区岩土体的物理力学性质指标层号岩土名称湿密度(g·cm-3)承载力/kPa抗剪强度经验值凝聚力/kPa内摩擦角/(°)①粉质粘土1.982003018②碎石土2.2024015.025全风化砂质页岩2.0024025.020③强风化砂质页岩2.3040045.030中风化砂质页岩2.50100010035④泥质页岩夹层2.253003025

构成边坡的寒武系下统清虚组的砂质页岩受构造影响岩体节理裂隙极为发育，岩体破碎，其结构、成分和性质已产生了不同程度的变异，可定名为风化岩，属特殊性岩土。钻孔岩芯多呈块状，少量短柱状，局部砂质页岩已全风化呈土状与砾砂状，坡面与坡脚出露岩体极为破碎，裂隙面多呈张开状态，局部裂隙面充填软塑状态的粘性土。

2滑坡体探测定位

物探野外观测数据经采用专业物探软件转换成视电阻率-视深度等值线图，再经地形校正绘制成视电阻率等值线拟断面图。断面中的标注的数字是视电阻率值，表达了剖面上不同深度地电断面的分布特征。图中较大的突变界面，一般代表了地层界线、地层中不连续面或异常体，如滑坡体、塌陷松散带等地质异常。据此可推测地层结构与地质异常体分布，以及滑坡滑带土剖面分布等[12]。本次共布置3条微分电测深测线，测线位置如图3所示。

图3　物探测线及钻孔布置平面图

根据有关规范及实地条件，结合地表地质调查与工程地质勘察资料，将微分电测深各测线反映的地质剖面解释如下：

1—1′测线。该测线起点位于K80+036.96左209.98 m处，终点位于K79+969.90左38.27 m处，测线长度180 m，测点间距为1 m。根据测线视电阻率等值线拟断面图(见图4)，分析其电性特征可知：电性整体上分层较明显，上部为相对低阻，下部为相对高阻；未发现明显的滑动异常。

图4　高密度视电阻率图1—1′

2—2′测线。该测线起点位于K80+072.98左198.55 m处，终点位于K79+997.57左29.00 m处，测线长度180 m，测点间距为1 m。根据测线2—2′视电阻率等值线拟断面图(见图5)，分析其电性特征可知：在测线末段(大致为175～180 m)顶部出现较明显的相对低阻，结合地表调查，推测为滑坡体。

图5　高密度视电阻率图2—2′

3—3′测线。该测线起点位于K79+869.58左37.41 m处，终点位于K80+062.00左49.64 m处，测线长度180 m，测点间距为1 m。根据测线3—3′视电阻率等值线拟断面图(见图6)，分析其电性特征可知：电性整体上分层较明显，上部为相对低阻，下部为相对高；未发现明显的滑动异常。

图6　高密度视电阻率图3—3＇

总体看来，永吉高速K79+915～K80+020滑坡为牵引式、错落性质的强风化岩质切层滑坡。滑坡底宽105 m(里程桩号K79+915～K80+020)，高差25 m(226～251 m)，纵深38 m，滑坡体平均厚度13.5 m，体积38000 m3，属小型滑坡，滑动面深度5.0～19.0 m，属中层工程滑坡。滑坡正处于初始阶段 — 蠕滑阶段。

3滑坡稳定性计算分析及评价

3.1滑面抗剪强度反算

边坡岩土体主要为强风化砂质页岩，坡面覆盖一层前期滑塌体形成的松散碎石，滑动面为贯通的节理裂隙面，无法取得原状样进行试验，故滑面抗剪强度采用反算指标。采用极限平衡法，以《公路路基设计规范》计算公式。该计算式如下：

Ti=FsWisinαi+Ti-1ψi-Wicosαitanφi-cili

(1)

式中：Ti为坡体下滑力；Fs为滑坡稳定系数；Wi为条块重度；αi为条块倾角；ψ为滑坡面内摩擦角；ci为滑坡面粘聚力；li为条块长度。

计算设定与主要方法如下：

1)分别设定滑坡稳定系数Fs为0.983(1-1′)、0.953(2-2′)，如图7所示。

2)对滑体岩土，地下水位以上取其天然重度，地下水位以下取其饱和重度，不计动水压力和浮托力，没有坡面上静水压力。

分别以1-1′、2-2′两个工程地质剖面为反算模型可以求得滑面抗剪强度平均值:c=6.0 kPa，

图7　滑面抗剪强度反算计算模型

ψ=13.0°。

3.2剩余下滑力计算

滑坡剩余下滑力计算进行如下假设：

1) 假设抗滑支挡结构设置在路堑边坡坡底路基排水沟外侧位置，保持现坡面形态。

2) 滑坡稳定安全系数取Ks=1.25。按《公路路基设计规范》对高速公路滑坡规定的1.20～1.30区间取值。

3) 对滑体岩土，地下水位以上取其天然重度，地下水位以下取其饱和重度；不计动水压力和浮托力；没有坡面上静水压力；未考虑地震作用力。

4) 滑带抗剪强度指标取反算指标c=6.0 kPa,ψ=13.0°，计算剖面取2条工程地质剖面，计算的剩余下滑力分别为T1=886 kN/m，下滑力角度1.3°；T2=604 kN/m，下滑力角度5.8°，如图8所示。

3.3滑坡体评价分析

结合现场调研、滑坡体定位探测及稳定性计算分析，永吉高速K79+915～K80+020滑坡为牵引式、错落性质的强风化岩质切层滑坡，滑坡底宽105 m，高差25 m，纵深38 m，滑坡体平均厚度13.5 m，体积38 000 m3，属小型滑坡，滑动面深度5.0～19.0 m，属中层工程滑坡，滑坡体正处于滑动的初级变形阶段——蠕滑阶段。同时参考该合同段或相邻工点岩土层物理力学试验结果及相关规范经验数值，对边坡加固设计所需的岩土参数建议采用表2数值。

图8　剩余下滑力计算模型

表2 岩土加固设计参数砂质页岩岩土重度/(kN·m-3)抗剪强度凝聚力c/kPa内摩擦角φ/(°)容许承载力[σ0]/kPa岩石锚固体粘结强度特征值/kPa基底摩擦系数μ水平地基系数K/(kPa·m-1)强风化23.045304001000.450.8×104中风化24.51003510003000.551.5×105

4结论与建议

1) 永吉高速K79+915～K80+020滑坡为牵引式、错落性质的强风化岩质切层滑坡，滑坡正处于滑坡的初始阶段 — 蠕滑阶段，滑坡处治应本着 “一次根除，不留后患”的原则，建议对K79+915～K80+020段左幅路堑边坡一级坡脚设锚杆(索)抗滑挡墙进行支护，挡墙之上分级放缓边坡(一级坡1∶0.75，二级坡1∶1)，并采用锚杆+框架梁，锚索抗滑挡墙的基础宜进入中风化砂质页岩一定深度，框架内植草防护，抗滑挡墙施工前不得清除挡墙前堆积体与土石方，采用超前支护方式，并分段施工；边坡锚杆+框架梁防护应由上至下，分级开挖、分级防护。

2) 滑坡的剩余下滑力应根据支挡结构的位置，放缓后的坡面形态重新核算，并与支挡结构前的主动土压力比较，取主动土压力与剩余下滑力的大值进行支挡结构验算；该边坡后缘汇水面积较大，建议做好地表截水沟、坡级平台排水沟排除地表水，一级坡设置仰斜式泄水孔疏排坡体内地下水。

3) 建议对本边坡进行长期监测，除现有深部位移监测外，应增加地表位移，抗滑挡墙应力应变、位移监测等项目，必要时应还增设深部位移监测点；同时边坡处治工程应遵循“动态设计与信息化施工”理念，对工程中遇到的前期未预计的问题和现象，进行及时的反馈，以便采取及时有效的应对措施。

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文章编号：1008-844X(2016)02-0014-04

收稿日期:2016-04-19

基金项目:湖南交通科技计划项目( 201201)

作者简介:唐鹏程( 1977-) ，男，主要从事地质勘察、工程检测等研究。

中图分类号：U 416.1

文献标识码：A