关于公路倾倒岩层滑坡的分析和计算

王文辉

(中交第二公路工程局有限公司，陕西 西安 710075)

1 项目概述

本工程实例位于贵州省沿河县土地坳镇五一村，既有高速公路以挖方路基形式从斜坡中下部通过，对应公路测设里程为K53+830～K53+958。由于该段主要地层为砂质页岩及泥质砂岩，岩质软，岩体破碎，加之2020年4月初持续降雨影响，2020年4月19日上午该段右侧山体产生滑动变形，坡体前缘局部护面墙垮塌，后缘出现明显张拉裂缝，严重威胁该段高速公路的运营安全。

2 滑坡地貌形态及边界特征

该滑坡形态特征明显，周界清晰，明显为一山脊，主滑方向110°，与线路方向基本垂直。原设计一级为窗孔式护面墙，坡率1∶0.75，坡高8 m，二～三级锚杆框架，二级坡率1∶0.75，三级坡率1∶1.0，坡高8 m，四级人字形骨架，坡率1∶1.0，坡高8 m，五级一直到边坡陡缓交界处，设置三维网植草。

目前滑坡后缘位于第五级边坡后部陡缓交界处，可见错坎，后缘及两侧裂缝目前发生贯通，前部剪出口位于第一级边坡中上部3～4 m左右，滑坡左右以冲沟为界，坡体上植被发育。

滑坡所在坡体在区域早期构造应力及长期重力作用下，坡体上部岩体呈“倾倒”状，倾倒岩体的表现特征为节理、裂隙极发育(多呈张开性裂隙，上层裂隙见粉质粘土及岩屑填充)，岩体破碎，风化作用强烈，岩质较软(手掰易断)，工程性质较差。该滑坡滑体主要为坡体上部倾倒变形造成的破碎岩体，物质成分为砂质页岩、砂岩。

滑面的判断主要根据现场的深孔位移监测资料，以及钻孔中岩层倾角陡缓程度、岩芯的破碎程度、风化程度，并结合现场定点测量的滑坡侧界裂缝高程及滑坡前缘剪出口位置综合判断。根据勘察报告，滑面基本位于倾倒变形岩体与下部正常岩体的弯折面附近。

3 滑坡形成机制分析

地层原因：根据工程地质调绘及钻探揭示可知，滑坡区存在大量的砂质页岩，岩质软弱，地层呈陡倾状产出，且风化强烈，根据工程地质类比，此类地层易产生倾倒变形，工程性质较差。

区域构造影响：受区域早期构造应力及重力影响，坡体表层岩体节理裂隙极发育，风化强烈，极为破碎，岩体多呈碎、块状，地层工程性质较差。

雨水原因：由于该段坡体上部岩体较为破碎，节理裂隙发育，且多为张开性裂隙，坡面雨水极易沿此类裂隙入渗进入坡体内部，进而降低坡体的工程性质，加剧坡体岩层的风化作用，降低坡体的稳定性。

根据以上原因分析，该处坡体上部为受倾倒变形影响的破碎岩体，在区内连续强降雨诱发因素的作用下，坡体前部倾倒变形基岩沿弯折面产生滑动变形，进而危及下部高速公路的安全，若不及时治理，可能牵引上部边坡的发生滑动，造成危害性更强、规模更大的滑坡灾害，治理费用更高。

4 滑坡破坏模式分析

综合该滑坡变形特征，结合变形体发展过程和现场调查资料，该斜坡变形主要表现为地表裂缝增多，伴有局部崩塌，最终滑动面产生坍塌。因此，按照受力状态，滑坡属于牵引式滑坡。

5 滑坡稳定性分析

由于该处滑体主要为受倾倒变形影响破碎的岩块，其滑面沿倾倒变形弯折面展开，本次稳定性参数选取主要采用反算法选取，稳定性计算公式中需要确定的指标有：滑体的容重、滑动面(带)土的粘聚力和内摩擦角。根据滑体岩块容重，结合现场岩体的裂隙率，并类比类似滑坡的容重取值情况，本次计算滑体容重取值为：天然容重γ=21.0 KN/m3，饱和容重γsat=22.0 KN/m3；根据现场调查，滑坡滑动区在暴雨工况下滑动变形明显，后缘裂缝基本贯通，因此取其在暴雨工况下处于不稳定状态，正常工况下处于极限平衡状态。综合现场滑坡稳定性情况，并考虑到滑面处粘粒含量较少的特点(粘聚力≤5 KPa)，通过稳定性反算抗剪强度参数。经计算天然状态下粘聚力c=4.5 KPa，内摩擦角φ=23°；饱和状态下粘聚力c=4.0 KPa，内摩擦角φ=22.7°。

根据坡体形态结构特征、地层特征综合进行分析可知，该滑坡的潜在滑动面主要为风化界面和强风化岩体内部的软弱面。而根据地形和变形特征析可知，滑坡整体可能沿前缘第一级护坡中间处的剪出口剪出。

根据上述情况以及滑坡变形特征，建立计算模型如图1所示。

图1 滑动面计算模型图

按传递系数法的计算如下：

(1)稳定性系数计算公式

式中：Wi-第i条块的重量(KN/m)；i-第i条块滑面倾角(°)；φi-第i条块内摩擦角(°)；Ci-第i条块内聚力(KPa)；Li-第i条块滑面长度(m)；j-第i-1块的剩余下滑力传递至第i块的传递系数(j=i)，即j=cos(i-1-i)-sin(i-1-i)tani；Rn=Wncosntanφi+CnLn;Tn=Wnsinn。

(2)剩余推力计算公式

Ei=KsWisinαi+iEi-1-Wicosαitanφi-CiLi

式中：Ks-抗滑安全系数，取1.15、1.05和1.02分别计算。

其余符号意义同稳定系数计算公式。

(3)计算剖面的确定

根据勘查工作的布置及该滑坡的实际情况，以风化界面为主要的潜在滑动面。

(4)荷载组合及工况的确定

①基本荷载

作用在坡体上的基本荷载有：坡体自重，降雨入渗形成的地下水静压力。

滑体自重：天然状态下用天然重度计算，暴雨状态下用饱和重度计算。

②计算工况的确定

根据《滑坡防治工程设计与施工技术规范》(DZ/T0219-2006)，计算工况分两种：a天然状况：自重；b暴雨状况：自重+暴雨。

按照《岩土工程勘察规范》GB 50021-2001(2009年版)第5.7条、第5.8条的规定和《公路工程抗震规范》JTG B02-2013第1.0.5条的规定，该项目地震峰值加速度小于0.1，因此不必进行地震工况设计。

(5)防治工程等级与抗滑稳定安全系数的确定

根据滑坡危害对象、受灾人数、经济损失及施工难度按《滑坡防治工程设计与施工技术规范》(DZ/T0219-2006)规定，防治工程等级为二级，抗滑动安全系数为1.30(天然)、1.20(暴雨)。

根据上述工况、参数及计算模型，采用传递系数法对滑坡稳定性进行定量计算，稳定性计算成果见表1。

表1 稳定性计算结果

从表1中可以看出，该滑坡目前整体在天然状态下处于欠稳定状态，在暴雨状态下处于不稳定状态。

6 治理工程建议

(1)由于滑坡后缘以上为倾倒岩体，为了不产生更大规模次生灾害，建议采取强支挡措施对该滑坡进行治理，以保证该段高速公路的运营安全。

(2)建议对滑坡区裂缝采用粘土进行夯填，并加强滑坡区地表截排水措施。

(3)在施工中必须采取必要的安全保障措施，确保施工安全。