永顺—吉首高速公路滑坡稳定性分析与评价

向启安

摘 要：湖南省永顺—吉首高速公路（以下简称“永吉高速”）第11合同段K48+957～K49+112段在建设中边坡发生较大面积的顺层滑塌、块状崩塌现象，滑塌体形成巨大的岩堆塌落于已开挖路基上，导致桥梁施工与路基施工进度受阻。研究者通过工程地质勘察，查明滑坡场地地层岩性、地层结构、不良地质、水文地质条件以及滑坡范围、周界、揭露厚度等滑坡要素。同时，根据勘察结果，分析滑坡产生的原因，评价滑坡的稳定性以及滑坡的发展动向，并根据该滑坡的性质特征，对其进行稳定性定量评价，并提出了“锚固+排水+抗滑桩”的工程治理措施。

关键词：滑坡;边坡稳定性;剩余下滑力;抗滑桩

中图分类号：U418.55文献标志码：A文章编号：1003-5168（2021）08-0109-04

Analysis and Evaluation of Stability of the Landslide along

Yongshun—Jishou Highway

XIANG Qian

（Zhongxiang Mine Technical Service Center，Zhongxiang Hubei 431900）

Abstract： During the construction of K48+957～K49+112 section of contract section 11 of Yongshun—Jishou Expressway （hereinafter referred to as "Yongji expressway"） in Hunan Province， a large area of bedding collapse and massive collapse occurred on the slope. The huge rock pile formed by the landslide collapsed on the excavated subgrade， which hindered the progress of bridge construction and subgrade construction. Through the engineering geological survey， the researchers found out the landslide site stratum lithology， stratum structure， adverse geological， hydrogeological conditions， landslide scope， perimeter， exposed thickness and other landslide elements. At the same time， according to the survey results， the causes of the landslide were analyzed， the stability and development trend of the landslide ere evaluated， and the stability was quantitatively evaluated according to the characteristics of the landslide， and the engineering treatment measures of "anchoring + drainage + anti slide pile" were put forward.

Keywords： landslide;slope stability;residual sliding force;anti slide pile

1 研究背景

近年来，我国高速公路建设快速发展。但是，在高速公路施工过程中出现了一系列问题，公路滑坡是严重威胁高速公路建设的问题之一，特别是在线路经过山区和丘陵地带时，滑坡问题较为严重。因此，分析评價高速公路的边坡稳定性并加强滑坡治理显得尤为重要。国内外诸多学者对公路滑坡影响因素及滑坡治理方法进行了研究。姚劲松等系统地介绍了边坡工程稳定性分析的全过程，从环境保护的角度提出了生态护坡的治理措施[1]。刘德平等对滑坡的稳定性进行了定量分析和验算，得出滑坡在非正常工况下处于变形失稳状态，并提出了短隧道、整体削方减载、锚索框架支护、抗滑桩、截排水、坡面防护等滑坡综合治理方案[2]。李新平等[3]采用传递系数法和有限元法对边坡进行了稳定性评价，并在此基础上构造出一定数量的抗滑桩加固方案，同时利用遗传算法在全局范围内快速搜索出最优的设计参数，选择合理的治理方案。赵瑜等通过仿真计算软件FLAC 3D（Fast Lagrangian Analysis of Continua）对滑坡稳定性的数值模拟，证明该滑坡是由于滑带强度低和开挖坡脚造成的，提出先进行压脚支护再继续开挖的施工方案[4]。姜德义等运用人工神经网络方法，以重庆地区大量高速公路边坡实例为样本对其进行学习和预测。研究表明：运用人工神经网络技术建立的各类边坡稳定性预测模型具有很好的适应性和较高的精度[5]。李哲等采用数值模拟软件GeoStudio中的SEEP/W（地下水渗流分析软件）和SLOPE/W（边坡稳定性分析软件）两个软件，对边坡在四种不同降雨强度下的二维渗流与稳定性进行分析。结果表明：降雨历时、降雨强度对坡体稳定性均有不同程度的影响[6]。陶连金等采用通用离散元程序UDEC（Universal Distinct Element Code）模拟边坡开挖，通过对治理前后边坡位移图进行比较分析，表明采用预应力锚索抗滑桩的治理措施安全有效，并通过抗滑桩与预应力锚索抗滑桩的对比，揭示了预应力锚索抗滑桩改变了传统抗滑桩的受力状态，变悬臂梁为类简支梁，变被动支护为施加预应力，具有诸多优点[7]。

本文对永吉高速第11合同段K48+957～K49+112段边坡突然发生整体滑塌下挫的原因、滑坡的稳定性以及滑坡的发展动向进行分析与评价。采用工程地质测绘、钻探、物探（微分电测探法）、坑探等多种勘察手段查明该滑坡的工程地质条件，并对边坡岩土结构类型、滑坡现状进行分析评价，對该段滑坡进行稳定性分析，最后提出“锚固+排水+抗滑桩”的治理方法。

2 工程概况

K48+957～K49+112段滑坡位于湖南省永顺至吉首高速公路第11合同段右侧，该段路面原设计四级坡，纵坡为1.900%，坡率从下至上分别为1∶0.3、1∶0.5、1∶0.75、1∶1，第四级坡面采用SNS主动防护网，其余为裸坡。2015年1月，在实施变更方案进程中，右侧山体突然整体滑塌下挫，形成一个巨大高陡边坡，滑塌体瞬间产生的巨大冲击荷载以及堆积后的重力荷载，在距路基中心线左约33 m，路基面以下12 m深的山坡面上产生一道滑移剪出口，其上坡体表面亦见鼓胀裂缝及扇形裂缝，最大缝宽约为30 cm，可视深约为80 cm。滑坡侧面及俯视图如图1和图2所示。

3 工程地质条件

3.1 地形地貌

滑坡区域属剥蚀低山丘陵地貌区，位于一低山东侧单面坡，低山山脉走向近南北向，地势西高东低。坡体人为开挖后不久，形成线路以及两侧路堑边坡人工地貌，右侧坡体整体滑塌，右侧滑床与滑塌体完全剥离，滑塌体完全堆积在路基上，滑床光滑、平直。坡上植被发育，种植有大量茶树，且伴有灌木、杂草，零散分布有少量坟堆。

3.2 气象水文

滑坡区属中亚热带季风湿润气候，冬暖夏凉，四季分明，冬夏长，春秋短;降水充沛，光热总量偏少;光热水基本同季;气候类型多样，立体特征明显，因而边坡的坡体含水量较高。

3.3 地质构造

滑坡区岩层产状118°～122°∠45°～54°，节理裂隙极为发育，岩石破碎，稳定性条件较差。

3.4 地层岩性

根据野外地质填图及钻孔揭露，滑坡区地层自上而下依次为第四系全新统（Q4del）滑坡堆积体，第四系全新统残坡积（Q4dl+el）粉质黏土，下伏基岩为元古界上板溪群五强溪组（Ptbnw2）变余凝灰岩。

滑坡堆积体：黑色、黄褐色等杂色，主要成分为强风化凝灰岩碎块，岩质软，分布于整段路基上，厚度为0.80～16.80 m。

粉质黏土：黄褐色为主，少量黑色，主要成分为粉黏粒，不均匀含少量风化岩碎块，碎块质软，分布于山体表层，揭露厚度不大。

强风化变余凝灰岩：黄褐色为主，原色为青色，节理裂隙极发育，裂隙面铁锰质浸染，暗黑色，岩质软。分布于基岩表层，最大厚度为12.80 m。

中风化变余凝灰岩：灰青色，岩质坚硬，节理裂隙局部发育，裂隙面铁锰质浸染，铁锈色，厚度大。该层中夹薄层泥质含量较高的岩层，灰白色，抗风化能力弱，溶蚀较强烈，局部沿裂隙面溶蚀呈黄褐色，岩质较硬。

3.5 水文地质条件

滑坡区地下水可分为孔隙水和基岩裂隙水两种。孔隙水赋存在粉质黏土层中，粉质黏土层主要分布于山坡平台上，厚度小，渗透性差。基岩裂隙水赋存在变余凝灰岩基岩裂隙中，基岩裂隙富水性具有不均衡性。地下水主要为大气降水垂直渗入补给。

4 滑坡变形与结构特征

4.1 滑坡岩土结构及类型

滑坡区从滑坡后缘至前缘为一闭合圈椅状的周界，长度约为200 m。右侧边坡表层覆盖层厚度不大，最大揭露厚度为5 m;其下为强风化变余凝灰岩，厚度不大，最大视厚度为3.80 m，该层岩体破碎，裂隙发育，隙面铁锰质浸染，一般呈碎裂块状;下伏主要下卧层为中风化变余凝灰岩，该层岩体完整性较好，局部位置裂隙发育有水蚀现象，岩体稍破碎。

4.2 变形破坏过程及特征

右侧边坡为典型的崩滑式滑坡，滑塌体与滑床完全剥离，滑塌体全部下挫堆积在路基上，滑床显露清晰可辨，平面上基本呈规则圈椅状，沿路基纵向上长约为130 m，滑坡后壁坡口线距离路基右侧边线最远约70 m，滑床平面横宽约为30 m，滑床顶、底高差约为40 m，壁面光滑、平直，覆盖一层黑色锰质含量较高的软弱夹层，为产状面。场区滑坡主要为沿产状的软弱夹层产生的顺层滑坡，软弱夹层主要为含锰质较高的风化层，在雨水浸泡下极其软弱。大里程侧有厚度为10 cm的软弱夹层，如图3所示。

由于右侧崩滑的巨大规模崩滑体塌至左侧边坡坡上，巨大的冲击力瞬间导致左侧坡体破碎，之后厚层堆积体重力超载产生的巨大压力作用于左侧下边坡，左侧下边坡原始山坡K49+030～K49+060段产生推移式滑移，出现一道沿山体陡坎处平面呈微弧状的滑坡剪出口。该剪出口距中心线约33 m，剪出口以上靠路基侧坡体亦见鼓胀裂缝及扇形裂缝，最大缝宽约为30 cm，可视深约为80 cm，如图4所示。

4.3 滑床

滑床为崩滑壁-滑床。由于滑体已剥离，俯视滑床呈月牙形。滑床表面附着一层薄层软弱夹层，黑色，质软。

5 滑坡成因分析

5.1 右侧崩滑

在路堑边坡后缘山体内部，存在一贯通性的大型节理面。该节理面倾向坡向，陡直，表面附着软弱薄层。路堑边坡开挖导致坡体卸荷松动，前述后缘大型节理松动张开，雨水下渗，进一步软化节理面附着的软弱薄层，并在节理间产生水张力与润滑结构面。

5.2 左侧滑坡

区域内浅表基岩破碎，工程性质不良;右侧崩滑的巨大规模崩滑体塌至左侧边坡坡上，巨大的冲击力瞬间导致左侧坡体破碎，之后厚层堆积体重力超载产生的巨大压力作用于左侧下边坡。左侧山坡坡度较陡，本身的稳定性条件较差，不堪右侧崩滑的冲击与堆积体土压力。右侧崩滑后，大体积的崩滑堆积体覆于左侧边坡之上，因崩塌体呈碎散状，存在大量的架空与孔隙，降雨导致孔隙充水，产生较大的静水压力以及较长时间地向下边坡渗水。

6 滑坡稳定性评价与治理措施

6.1 滑坡抗剪强度的计算

根据该滑坡的性质特征，结合室内试验（本次在滑床上取软弱夹层进行残余剪切试验）及附近参数经验取值：取滑带抗剪强度指标值：黏聚力[C]=10 kPa，內摩擦角[φ]=12.5°。

6.2 剩余下滑力计算

计算滑坡剩余下滑力时进行如下假设：①假设抗滑支挡结构设置在原开挖一级平台内侧，坡体保持现坡面形态;②滑坡稳定安全系数（[Ks]）按《公路路基设计规范》（JTG D30—2015）对高速公路滑坡的规定（1.20～1.30）取值，取[Ks]=1.25;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，本次计算均未考虑动水压力和浮托力、坡面上静水压力和地震作用力;④滑带抗剪强度指标取反算指标：黏聚力[C]=10 kPa，内摩擦角[φ]=12.5°，各计算剖面如图5所示。

采用《公路路基设计规范》（JTG D30-2015）推荐的折线形滑面传递系数法计算滑坡推力，计算公式为：

[Ti=FsWisinαi+ψiTi-1-Wicosαitanφi-ciLi]          （1）

式中：[Ti]和[Ti-1]为第[i]和[i-1]滑块剩余下滑力，kN/m;[Fs]为稳定安全系数;[Wi]为第[i]滑块的自重力，kN/m;[αi]和[αi-1]为第[i]和[i-1]滑块对应滑面的倾角，°;[φi]为第[i]滑块滑面的内摩擦角，°;[ci]为第[i]滑块滑面的黏聚力，kN/m;[Li]为第[i]滑块的滑面长度，m;[ψi]为传递系数。

经计算得出，1-1剖面的[Ti]=1 761.457 kN/m;2-2剖面的[Ti]=2 100.400 kN/m;3-3剖面的[Ti]=1 786.051 kN/m。

6.3 工程治理措施与建议

由于K48+957～K49+112段右侧坡体滑坡壁表层为不稳定危岩体，建议以现有的滑床面为延展面，清除延展面表部的浮土、松石，对边坡采用锚固防护。

在原路基右侧排水沟外侧一线位置设桩板墙，支挡右侧滑塌堆积体边坡，并在堆积体内设仰斜式排水孔，堆积体边坡表面需要修整为向路基方向倾斜的缓坡，表层夯实铺盖约60 cm的黏性土，植被防护，内设截、排水沟。

取消K49+030～K49+060段左侧下边坡排衡重式路肩挡墙，改为稍向外（下）侧一线移位设置一排嵌固于滑动面以下稳定中风化岩层一定深度的埋入式抗滑桩。

右侧抗滑桩施工建议采用超前施工方式，跳桩开挖，护壁采用钢护筒。待抗滑桩施工完成产生作用后再对路基侧的堆积体进行清除。

根据本次勘察，参考相邻工点岩土层物理力学试验成果资料，并依据相关规范以及类比工程经验，对边坡处治设计给出所需的岩石参数如表1所示。

7 结语

本文通过对永吉高速公路某段滑坡的成因及稳定性进行分析，得出以下结论。

①路段右侧崩滑主要为边坡开挖产生，为后缘大型贯通（夹软弱薄层）顺向较陡节理面控制的滑塌。路段左侧下边坡滑坡主要因右侧崩塌堆积体作用产生，破坏模式为推移式滑坡，其平面形态微弧型。

②路段右侧山体（崩塌壁后缘）表面覆盖层及强风化层厚度薄，下伏中风化基岩较完整，但存在顺坡向的构造节理面等较不利结构面，边坡具有潜在的局部失稳可能。路段左侧下边坡强风化层厚度大，坡度陡，边坡稳定性条件差。

③滑坡滑塌影响公路施工，从工程总体考虑，应对滑坡采用锚固防护、设板桩墙支挡、设截排水沟、埋入抗滑桩、超前施工等治理措施，遵循“动态设计与信息化施工”理念，才能保证施工与运营期间的安全。

参考文献：

[1]姚劲松，曹平.高速公路边坡稳定性分析及与环境保护相协调的治理措施研究[J].岩土工程技术，2015（1）：9-12.

[2]刘德平，陈涛.甘南某高速公路滑坡稳定性分析及治理研究[J].灾害学，2019（1）： 174-179.

[3]李新平，王涛，谢全敏，等.高速公路滑坡稳定性分析及治理优化研究[J].岩土力学，2007（5）：981-985.

[4]赵瑜，王铁成，李维朝，等.高速公路滑坡稳定性评价及其治理模拟[J].岩石力学与工程学报，2008（11）：2340-2346.

[5]姜德义，李光扬，谢世平，等.基于神经网络法预测重庆高速公路边坡稳定性[J].地下空间与工程学报，2008（1）：152-156.

[6]李哲，王亚静，黄帆，等.降雨强度、降雨历时对高速公路边坡稳定性的影响[J].青海交通科技，2019（2）：60-63.

[7]陶连金，沈小辉，王开源，等.某大型高速公路滑坡稳定性分析及锚桩加固的模拟研究[J].工程地质学报，2012（2）：259-265.