山区典型牵引式滑坡稳定性分析研究

李 鹏（中国电建集团中南勘测设计研究院有限公司，湖南 长沙 410014）



山区典型牵引式滑坡稳定性分析研究

李 鹏
（中国电建集团中南勘测设计研究院有限公司，湖南 长沙 410014）

摘 要：本文以山区某典型牵引式滑坡为例，结合该区域的具体情况，采用现场调研、数值分析和理论计算等多种手段相结合的方法对滑坡进行稳定性分析。结果表明：该滑坡为工程开挖坡脚引发的牵引式滑坡；坡体变形主要原因是坡体岩土工程性质不良，加上工程开挖而切削坡脚和降雨入渗导致边坡岩土体软化，降低了坡体稳定性。

关键词：高速公路；滑动机理；稳定性分析；治理措施

山区高速公路由于地质情况的复杂性，加之工程开挖等施工扰动，导致的滑坡问题很多，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，在这方面的研究越来越引起人们的关注。滑坡产生条件、影响因素、破坏机理的复杂性和多变性也一直是世界各国研究的主要地质和工程问题之一。

对于滑坡稳定性分析，我们取得了许多成果。例如：祝介旺等对滑坡体形成机理及受力、变形、破坏和运动规律，滑坡体稳定性计算方法与计算理论，滑坡体加固机理与治理措施等方面进行了研究。孙世国针对地下开采边坡岩体的滑移机制进行了探讨。李文秀针对柔性防护条件下露天矿山边坡稳定性进行了模拟分析，并结合模糊数学模型对急倾斜厚大矿体地下与露天联合开采岩体移动进行分析。滑坡稳定性分析成果较多，但有关滑坡滑动机理、稳定性分析、监控量测及治理措施比选的综合研究成果相对较少。

本文拟根据永吉高速黑潭坪复杂的滑坡现象，采取现场调研、深部测斜、数值分析和理论计算等多种手段相结合的方法，进行稳定性分析，研究其滑动机理，并进行治理措施比选。研究成果将对山区高速公路滑坡工程稳定性分析、安全评估及加固设计等产生重要借鉴意义。

1 工程概况

黑潭坪高架桥位于吉首市古丈县黑潭坪村境内，该区域的原始地貌属于剥蚀构造中的低山，山脊走向受构造控制，总体呈北东-南西向，桥位紧挨山体西面坡研究区域及其线路两侧方向，崩坡堆积碎块石在线路高程附近分布较广泛，在开挖影响下形成浅层堆积层滑坡。

研究区域属于中亚热带季风湿润气候，具有明显的大陆性气候特征，冬暖夏凉，四季分明，由于海拔的悬殊和地形、坡向等的不同，气候类型无论是在垂直方向上还是在水平方向上都存在较大差异。由前期详勘阶段路线工程地质勘察报告中水质分析可知，区内地下水对混凝土及混凝土中的钢筋具有微腐蚀性。

根据1∶20万幅区域地质图，研究区域在地质构造上隶属新华夏系第三隆起带扬子地台与江南古陆过渡带的武陵褶皱断束内临江南古陆边缘。古丈逆断层是桥位附近的对桥位地质影响最显著的地质构造，桥位区岩体受该断裂影响显著，岩层产状复杂多变，风化带厚度也呈较大变化。结合区域地质图、现场调查与钻探成果，场地分布的地层由上至下主要为：第四系全新统坡残积碎石粉质粘土，下伏基岩为元古界马底驿组板岩。

2 滑动机理

坡体上共发现与线路近平行方向的6条裂缝，缝宽为30cm～60cm，近期部分裂缝有所发展，最大宽度达3m，并沿该裂缝形成沉陷，滑坡后壁高度由高2.4m发展到4.15m。在补勘过程中，发现坡体裂缝仍处于持续变形阶段。坡体自底部到坡顶主要发育有四条连续性好的控制性裂缝。勘察剖面1-1基本位于滑坡中部，垂直于下部桥梁，该剖面布置了两个钻孔ZK1和ZK3。勘察时在钻孔ZK1、ZK3中埋设了测斜管，ZK1在4m和6.5m存在位移突变，ZK3在4m和13.5m存在位移突变。并且第四次测量时，发现ZK1和ZK3在6.5m 和13m测斜仪放不下去，因此可以判断ZK1的深层滑面深度为6.50m，ZK3的深层滑面深度为13.50m；综合现场地质调查成果和主要控制性裂缝分布特征，坡体主要形成了三个贯通性滑坡后壁错坎，形成了多级次级滑动变形。

根据现场调查，受古丈逆断层的影响，边坡岩体产状变化较大。从边坡左侧基岩出露情况来看，岩层倾向为100°～140°，倾角30°～55°，边坡总体坡向310°，因此边坡为反倾层状结构。坡残积碎石粉质粘土厚度不均，结构松散。由于构造与风化作用，岩层节理裂隙发育，岩体破碎，工程性质不良，因此边坡岩土体稳定条件差。桥梁工程便道开挖后，在山腰形成人工边坡，造成临空面，降低了坡体的抗滑力，加之坡体强风化层厚度大，适逢雨季，边坡土体含水量增加，基质吸力降低，土体抗剪强度下降，致使坡体稳定性降低而造成坡体变形失稳。从边坡变形破坏过程来看，边坡变形破坏具有从下往上扩展的趋势。坡体前缘岩土体由于坡脚开挖首先形成小规模浅层滑移，继而带动中后部岩土体依次产生多级牵引式滑移变形。

3 边坡稳定性分析

结合本边坡的地形地貌、物质组成、变形破坏现象及现场分析，可以判断该边坡处于不稳定状态。由于边坡变形仍在持续，其安全系数应处于0.98～1.05。

采用Bishop法结合计算分析软件Geo-slope对边坡的稳定性进行二维极限平衡分析。由于边坡岩土体为全风化、坡残积成因的碎石土、强风化和中风化板岩，采用常规试验方法难以获得准确的物理力学参数作为计算参数，因此对中风化和强风化板岩采用工程地质类比法确定其计算参数，对滑体，即全风化、坡残积成因的碎石土的抗剪强度参数采用反算法确定。以剖面1-1’为反算剖面，剖面中有三个滑坡后壁陡坎，根据坡体变形裂缝特征的现场调查和边坡变形破坏形成机制的分析，其剪出口均位于坡体前缘。对于坡体后部的后壁陡坎，前期勘察工作中采用测斜仪开展了深部变形测量确定了潜在滑动面的位置，根据后壁陡坎位置和前缘剪出口可以初步确定滑动面；对于中部和前部的次级滑坡，可以根据后壁陡坎的位置和工程地质剖面进行最小安全系数的滑动面自动搜索确定滑面。根据坡体目前变形状况和发展趋势，其计算安全系数应在1.00～1.05。

针对三个滑动面采用不同的c'、φ'值进行安全系数计算，确定全风化、坡残积成因的碎石土的抗剪强度参数为c'=12kPa、φ'=27°。发现以坡体安全系数分别为1.043，与坡体目前所处变形破坏状况和工程地质定性评价结果相符，说明反算参数合理。

根据上述计算结果可以看出，剖面的稳定性系数均偏低，坡体处于不稳定或临界状态。按照《公路路基设计规范》对高速公路滑坡规定的安全系数为1.20～1.30，需要对该边坡进行加固处理。

结论

本文在对山体稳定性的基本特性进行深入研究的基础上，结合黑潭坪山体滑坡的具体情况，采取现场调研和实地勘察，运用数值分析和理论计算等多种手段，完成了黑潭坪边坡稳定性分析，得出了以下结论：

（1）黑潭坪滑坡为工程开挖坡脚引发的牵引式滑坡，在开挖影响下形成浅层堆积层滑坡，坡体处在持续变形阶段，坡处于不稳定状态。

（2）由于坡体岩土工程性质不良，桥梁工程开挖便道，切削坡脚，降低了坡体稳定性，加之降雨入渗导致边坡岩土体软化和抗剪强度降低，导致坡体变形破坏。边坡变形破坏具有从下往上扩展的趋势。坡体前缘岩土体由于坡脚开挖首先形成小规模浅层滑移，继而带动中后部岩土体依次产生多级牵引式滑移变形。

参考文献

［1］侯伟龙，巨能攀，屈科，杨红兵，王科.厚层堆积层震裂斜坡变形特征及破坏机制［J］.山地学报，2011，29（4）：493-498.

［2］陈新民，罗国煜.基于经验的边坡稳定性灰色系统分析与评价［J］.岩土工程学报，1999，21（5）：638-641.

［3］薛锦春，李夕兵，董陇军.边坡稳定性的聚类未确知综合识别方法及应用［J］.岩土力学，2010，31（增1）：293-297.

［4］黄达，裴向军，张志刚，张永兴.某公路滑坡成因机制及稳定性［J］.山地学报，2008，26（6）：721-726.

［5］刘爱华，赵国彦，曾凌方，等.矿山三维模型在滑坡体稳定性分析中的应用［J］.岩石力学与工程学报，2008，27（6）.

［6］陈昌彦，王思敬，沈小克.边坡岩体稳定性的人工神经网络预测模型［J］.岩土工程学报，2001，23（2）：157-161.

［7］祝介旺，刘建友，伍法权，等.锦屏一级水电站左岸深部卸荷裂隙的加固方案及数值模拟研究［J］.岩石力学与工程学报，2007，26（12）.

［8］ Chai X J， Hayashi S. Effect of constrained dilatancy on pull-out resistance of nails in sandy clay［J］. Proceedings of the ICEGround Improvement， 2005， 9（3）: 127-135.

［9］ Grasselli G. 3D Behaviour of bolted rock joints: experimental and numerical study［J］. International journal of rock mechanics and mining sciences， 2005， 42（1）: 13-24.

［10］孙世国，蔡美峰，王思敬.露天转地下开采边坡岩体滑移机制的探讨［J］.岩石力学与工程学报，2000，19（1）：126-129.

［11］李文秀，郭玉贵，戴兰芳.柔性防护条件下露天矿山边坡稳定性模拟分析［J］.岩石力学与工程学报，2006，25（2）：246-249.

中图分类号：TU457

文献标识码：A