贵都高速公路K281滑坡变形分析及稳定性评价

（1贵州高速公路集团有限公司 贵州贵阳550004；2中铁西北科学研究院 有限公司 四川成都610031）

（1贵州高速公路集团有限公司 贵州贵阳550004；2中铁西北科学研究院 有限公司 四川成都610031）

受2011年10月上旬持续降雨影响，贵都高速公路K281+150~K281 +215段线路右侧局部出现路面下沉、开裂变形，路堤挡墙拉开下沉变形，墙身泄水孔出现渗水等现象。本文通过钻探勘察和地质测绘手段对K281段滑坡的工程地质条件、水文地质条件进行了勘察，同时利用地质雷达进行探测分析，并对滑坡产生的原因进行了分析。采用推力传递系数法，对滑动面抗剪指标和滑坡推力进行了计算，并对该滑坡进行了稳定性计算，同时提出了加固处理措施：微型钢管桩+锚索+排水工程设计方案，该方案对坡体扰动较小，并能确保坡体的长久稳定安全，对类似路基滑坡治理具有一定的借鉴意义。

滑坡贵都高速公路路基变形机制稳定性

1 前言

滑坡是山区公路的主要病害之一，在岩质或土质边坡开挖路堑或填筑路基，都可能因自然平衡条件被破坏、填筑加载或坡脚开挖等原因而促使坡体失稳，沿某一滑动面滑动，从而形成滑坡[1]。国内外学者对众多滑坡的形成机理和稳定性算法进行了研究，如：曹兴松等[2]对成南高速公路K28路段半挖半填路基边坡的稳定性及整治方案进行了研究；徐黎明等[3]对鹤大高速公路的二密滑坡的形成机制进行了研究；刘世锋[4]对青海阿通公路K109路段滑坡变形原因进行了分析，并对其发展趋势、规模及危害程度等进行了研究；赵瑜等[5]对高速公路的开挖边坡及填筑边坡进行了稳定性计算，分析路基边坡滑坡的产生机制，并对其稳定性进行了数值模拟计算。因此，路基开挖或填方的滑坡形成、变形机制及稳定性研究一直是线路工程地质灾害的热点问题，也是山区高速公路建设的一个主要工程地质问题，对提升线路工程建设过程中的地质灾害防治具有重要意义。

填方路基不仅会引起路基边坡破坏和路面变形，通常还会引起路基斜坡的整体失稳。国内外众多学者研究认为：填方路基诱发的滑坡通常与填方位置、下伏基岩的岩层岩性及产状、填方高度等因素有关[6-9]。本文选取贵阳-都匀高速公路中具有代表性的K281+150～K281+215段的路基滑坡为例进行分析，该路基滑坡受2011年10月上旬持续降雨影响，路基右侧局部出现路面下沉、开裂变形，路堤挡墙拉开下沉变形现象，墙身泄水孔出现渗水等现象。通过现场调查、工程地质勘察及现场监测，路面裂缝在不断变宽、变形范围扩大，路基变形病害恶化，变形表现为明显滑坡变形特征，具有形成整体滑动的趋势，危及路基和高架桥的安全，影响线路运营。因此，本文通过对滑坡的工程地质和水文地质的调查分析，对滑坡特征及滑坡稳定性进行分析计算，提升高速公路中的类似滑坡认识，对滑坡整治具有重要的理论意义。

2 滑坡区工程地质条件

2.1 地形地貌

贵都高速K281+130~K281+220段路基采用填方形式通过，最大填高10.2m，右侧路堤坡率为1:1.25，高8m，下设衡重式挡土墙(图1)，而受2011年10月上旬持续降雨影响使该路段具有发生滑坡趋势。K281路基滑坡宽度60m，长约53m，滑动面埋深最大为6~15m，滑动岩土体约4万m3，属于中层小型滑坡体。滑坡区路段位于贵州省龙里县大井关村，属低中山斜坡堆积地貌，相对高差约60m，滑坡区域主要位于该路段。受多期构造影响，岩层破碎，节理裂隙发育，风化强烈。附近岩层褶曲发育，场地（采空区）岩层产状略有变化，岩层的总体走向大致为NE向，倾向NW，产状300°~330°∠12°~32°，顺向坡倾斜和略向大里程端倾伏。自然坡度10° ~35°左右，岩层倾角与自然坡度基本一致。在滑坡区左侧（K280+950~K281+250）具有大沙坡老煤窑采空区，且距路基中线40~100m左侧山坡地表出现塌陷和裂缝，塌陷台阶最大1.2m。

图1 贵都高速公路K281段滑坡示意图Fig.1 The sketch map of landslide along K281 section in Guiyang-Duyun highway

2.2 地层岩性

表1 滑坡区地层岩性特征分布Table 1 The distribution of strata in K281 landslide

根据区域地质调绘资料和勘察钻探资料，滑坡区地层分布有筑路人工填土层（Qml），第四系坡残积（Qdl+el）成因的角砾土、碎石土，二叠系吴家坪组（P2w）泥岩、页岩、硅质岩、灰岩及煤层组成，具体的地层岩性特征分布见表1。

3 滑坡区水文地质条件

K281滑坡区段岩层受多期构造影响作用，岩层破碎，节理裂隙发育，岩层风化严重，风化裂隙发育，节理裂隙大部张开，因煤层出露浅，私采乱掘形成较大的采空区，造成斜坡塌陷，形成塌陷坑，地表裂缝发育，岩层顺倾，表水及雨水易沿变形裂缝和采煤巷道下渗，构成路基的储水构造和排泄通道。此外，施工便道和机耕改道施工的开挖，植被破坏，水土流失较严重，雨水易沿裂隙下渗岩土体；施工弃碴堆放形成局部低洼积水。K281段路堤挡墙上泄水孔雨后有水渗出，渗水孔分布在墙顶4~5米以及墙脚附近，地下水主要沿填挖接触带渗出。地下水的主要来源为降水补给，以及采煤巷道和基岩张节理裂隙水补给。

4 滑坡变形机制

K281滑坡区组成斜坡体岩层主要为强风化泥岩、页岩和软弱风化硅质岩，薄层状，岩层破碎，页岩和泥岩遇水易软化，为易滑岩组。岩层顺倾向外，存在沿页岩泥岩软弱夹层顺层滑动的可能性，斜坡体稳定性差。滑坡区的变形主要为路基变形及挡墙变形，而路基变形主要表现为路面出现裂缝，路面纵向裂缝最长约30m，裂缝宽约3cm，横向裂缝长约4m，宽约2cm；挡墙变形主要表现为坡脚挡墙沿伸缩缝开裂，出现明显裂缝，裂缝宽约3~5cm，另外挡墙向外错动，至墙角最为明显，向外错出约5cm。

K281滑坡区的路基位于大沙坡采空区上部，煤层埋深较浅，煤层产状较为平缓，一般在10°～30°之间，巷道大部未支护，形成较大的采空区，造成斜坡地表塌陷较为明显，形成塌陷坑，地表裂缝发育，表水及雨水易沿变形裂缝和采煤巷道下渗，构成路基的储水构造和排泄通道。组成路基坡体岩层顺倾向外，采空区上部岩层主要为强风化泥岩、页岩和软弱风化硅质岩，薄层状，岩层破碎，页岩和泥岩遇水易软化，岩土体强度降低较大，存在沿页岩泥岩软弱夹层顺层滑动面，从而造成滑坡。由于采空区的坑口未处理，雨水易于聚集，易沿采煤巷道和岩层裂隙下渗，同时利用地质雷达探测对路基下部及采空区进行探测，发现路基下部空隙、空洞明显（图2和图3）。

以现有地面线为基准面，埋深为0。依据雷达探测结果，结合地形地貌、地质调绘和路基施工处理及本次勘察钻探等资料，贵都高速K281+124~K281+250段内：

表2 贵都高速地质雷达检测结果汇总Table 2 Test results of geological radar along K281 section in highway

地质雷达检测的结果显示，在部分地段在处理过后仍存在部分区域填筑不密实，存有裂隙或空洞，处理结果未达到预期效果。根据现场调查和路基设计资料，目前路基变形范围基本上位于未能进行强夯的范围，该区段填土层较厚，斜坡上部堆载较大，造成路基斜坡整体稳定性降低，加之采空区采煤坑口、巷道和塌陷裂缝未能完全充填封闭和处理，易于雨水的下渗，顺岩层裂隙和采煤巷道在坡脚附近聚集与排泄，长期浸润岩体，岩土强度逐年降低，路基斜坡稳定性变差。路基坡体沿着堆填接触面和风化界面滑移，以及沿煤层顶部的软弱夹层产生顺层滑动变形，形成路基滑坡病害。

图2 贵都高速K281+220~K281+248段地质雷达彩图Fig.2 The geological radar colored image along K281+220~K281+248 in highway

图3 贵都高速K281+220~K281+248段地质雷达波形图Fig.3 The geological radar waveform image along K281+220~K281+248 in highway

根据现场调查和本次工程地质勘察情况，该区段填土层较厚，斜坡上部堆载较大，造成路基斜坡整体稳定性降低，加之采空区采煤坑口、巷道和塌陷裂缝未能完全充填封闭和处理，易于雨水的下渗，顺岩层裂隙和采煤巷道在坡脚附近聚集与排泄，长期浸润岩体，岩土强度逐年降低，路基斜坡稳定性变差。路堤下衡重式挡墙基础位于强风化泥岩、页岩中，岩层软弱遇水易软化，挡墙附近地下水易于富集，岩土体含水量相对较大，墙体荷载较大，基础岩土在长期载荷下可能产生蠕变，岩土强度逐步降低，造成墙体下沉形变作用，上部土体产生沉降，表水下渗，墙踵范围岩土含水量增大，加剧墙体基础的蠕动变形作用，以及沿煤层顶部的软弱夹层产生顺层滑动变形，形成路基滑坡病害，路面下沉开裂，最终演变成滑坡。

5 滑坡稳定性评价

国内目前常用的滑坡推力计算方法是传递系数法，在相关规范中也明确规定将其作为折线形滑坡稳定性分析和滑坡推力计算的方法[10-11]，本文选择K281+170和K281+191两个断面，利用推力传递系数法，对路基滑坡滑面进行了稳定性计算，对滑动面抗剪指标进行了反算和对滑坡推力进行了计算。

图4 K281+170断面稳定性计算条块划分示意简图Fig.4 Simplified Sketch map of bar in stability calculation along K281+170 section

根据工程地质勘探资料，并依据相关规定[12-13]，类比同地区同条件的工程经验确定滑坡稳定性计算所需的主要岩土物理力学参数值如表3所示。

表3 滑坡稳定性计算主要岩土物理力学参数Table 3 The physical mechanical parameters of rock in stability calculation of landslide

基于该滑坡变形现状所对应的稳定程度，选择软弱夹层参数，反算软弱夹层的主滑带力学参数。反算岩土物理力学参数如表4所示。

表4 岩土物理力学参数反算指标Table 4 The back-calculation physical and mechanical parameters of rock

通过对K281+170和K281+191两典型滑坡断面进行稳定性计算结果表明，K281+170断面滑带在正常工况下稳定性系数为0.981，暴雨工况为0.910，边坡均处于不稳定状态；K281+191断面滑带在正常工况下稳定性系数为0.973，暴雨工况为0.907，处于不稳定状态。结合现场调查可以看到路基滑坡病害变形处于挤压蠕动变形向滑动变形发展阶段，应及时进行治理。

该路基变形目前已经出现了明显的滑动变形迹象，而且，滑坡有向大里程端桥台向后部发展的趋势，如果引起较大规模的滑动变形很有可能会影响到高速公路的安全运营，甚至造成断道等危险。因此，本病害治理工程设计需适合抢险施工的需要，以便于施工，尽快处治为原则，尽量减小扰动以降低对滑坡整体稳定性的影响。基于以上设计思路，经过治理工程方案的比选，本病害治理工程设计采用微型钢管桩+锚索+排水工程设计方案，该方案在路堤下衡重式挡墙上设置预应力锚索加固路基，在挡墙墙趾前设置一排微型钢管桩注浆加固支挡，结合坡体疏排水措施综合治理。在应急临时坡体疏排水工程的基础上，首先施工锚索工程和桥台锥坡处微型桩，其次为挡墙前微型钢管桩工程，然后坡体疏排水工程，最后为挡墙和排水系统的修复完善以及路面的修复工程。

表5 滑坡稳定性计算结果Table5 Result of stability calculation along K281 landslide

6 结论

通过贵都高速公路K281滑坡的地质调查、理论分析及稳定性计算，可得到以下结论：

（1）本路基滑坡区段岩层受多期构造影响作用，岩层破碎，节理裂隙发育，岩层风化严重，风化裂隙发育，节理裂隙大部张开，对路基变形及挡墙变形产生了重大影响。

（2）本滑坡变形主要由于路基下方具有采空区，而且采空区采煤坑口、巷道和塌陷裂缝未能完全充填封闭和处理，易于雨水的下渗，顺岩层裂隙和采煤巷道在坡脚附近聚集与排泄，长期浸润岩体，岩土强度逐年降低，路基斜坡稳定性变差。路基坡体沿着堆填接触面和风化界面滑移，以及沿煤层顶部的软弱夹层产生顺层滑动变形，形成路基滑坡病害。

（3）本路基滑坡可采用微型钢管桩+锚索+排水工程设计方案，且在路堤下衡重式挡墙上设置预应力锚索加固路基，在挡墙墙趾前设置一排微型钢管桩注浆加固支挡，结合坡体疏排水措施综合治理。在应急临时坡体疏排水工程的基础上，首先施工锚索工程和桥台锥坡处微型桩，其次施工挡墙前微型钢管桩工程，然后在坡体进行疏排水工程，最后施工挡墙和排水系统的修复完善及路面的修复工程。

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■潘庆1张志强2

P642[文献码]B

1000-405X（2016）-10-451-4

潘庆（1972～），男，本科，高工，研究方向为高速公路技术管理。张志强（1971～），男，本科，高工，研究方向为岩土工程勘察设计。