平天高速秦州区赵家河段某滑坡稳定性分析

陆鹏、廖辉

（1.中交第二公路勘察设计研究院有限公司，湖北 武汉 430058；2.湖北交通工程检测中心有限公司，湖北 武汉 430058）

0 引言

G8513 平凉—绵阳高速是国家规划的一条南北纵向联络线，平凉至天水段北起平凉市四十里铺，与青（岛）兰（州）和福（州）银（川）国家高速公路共线段相连，途经华亭、庄浪、秦安至天水，与连（云港）霍（尔果斯）国家高速公路相接。

该项目所在地地形地貌复杂，地质构造活动强烈，是不良地质体集中发育地段。由于强烈的构造运动，使得沟谷侵蚀较深，基岩风化程度高，表层松散堆积物发育，路段内易形成岩土体的滑坡和崩塌等不良地质。其中崩塌发育频率低、规模小，对拟建公路无大影响，而滑坡则发育众多，其中不乏规模巨大者，从而对拟建公路造成影响。

1 工程概况

天水北互通立交所在区为河谷，地形开阔平坦，周边为黄土山地，互通区基底上部为浅层黄土，下部为砂土。天水北匝道收费站、隧道管理站和救援站场坪区原设计为挖方路基，该段挖方边坡上部为新黄土层，具有自重湿陷性，下伏基岩为半成岩状泥岩。CPK0+084～CPK0+320 段左侧深路堑原设计为五级挖方边坡，边坡最大高度为32m。

2020 年3 月18 日原设计第五级边坡发生了部分垮塌，拱形骨架防护脱落。结合地勘资料对边坡防护方案进行调整。

2020 年5 月28 日下午，在护坡桩施工过程中，天水北互通收费站CPK0+084～CPK0+320 左侧挖方边坡再次发生垮塌，下方第一级边坡坡脚隆起明显，剪出口形成，滑坡体高约40m，宽度约70m，长约200m（见图1）。经现场观察，滑坡体于6 月1 日基本趋于稳定。

图1 边坡全貌

2 工程地质条件

2.1 地形地貌

工程区属河流冲积沟谷地貌及侵蚀堆积黄土地貌区，鸡爪状地貌，边坡位于鸡爪状地貌的前缘，地面高程约1264.0～1307.0m，相对高差约43.0m。

2.2 地层岩性

根据钻孔揭露，开挖边坡地层主要为第四系更新统风积成因的（Q3eol）新黄土；下伏基岩为新近系泥岩（N1）。自地表往下，由新到老：

第①层：新黄土（Q3eol）：广泛分布，褐黄色，黄褐色，以粉粒为主，土质不均，底部可见姜石，揭露厚度0.0～17.2m。

第②层：泥岩（N1）：广泛分布，灰绿色、红色，泥质胶结，半成岩状，遇水易软化、崩解，失水龟裂。最大揭露厚度23.3m，未揭穿。

2.3 地质构造

据现场调查边坡区地质构造单一，场地内发育和黄土梁走向一致的向斜，向斜走向北向-北西西向，边坡位于向斜核部东北方向。

2.4 地震及新构造活动

根据相关区划图，桥址区地震动峰加速度为0.30g，地震反应谱特征周期(s)为0.4，相当于地震基本烈度8 度区。

2.5 水文地质

滑坡区地下水较为丰富，其类型主要有第四系孔隙水和基岩裂隙水，在施工拌和站后缘见地下水渗出。沿着边坡两侧冲沟均有常年地表水。

3 边坡变形破坏机制

地下水较发育：上部为黄土层，下伏基岩为半成岩状泥岩，黄土具有垂直节理发育、大孔隙比、高渗透性等特点，泥岩具有低渗透性特点，原地下水排泄通道泉眼被堵塞后，加之拌和站、钢筋厂及生活区等污水因未采取集中处理，随意排放在边坡上方，在地下水的长期浸润下，沿着黄土层及黄土与泥岩交界面形成一层饱水的软弱夹层[1]。

前缘边坡挖坡脚：边坡开挖后形成临空面，边坡沿着黄土与泥岩交界面形成整体滑塌。

4 稳定性计算分析

4.1 计算方法

根据相关规范，对高陡斜坡的典型工程地质剖面进行基于刚体极限平衡方法的多剖面多工况的稳定性计算分析。所采用的稳定性计算方法主要为Janbu条分法。

计算公式如下：

式（1）中：k——稳定系数；

ci——第i条块滑动面上的黏聚力；

li——第i条块滑动面的长度；

Φi——第i条块滑动体滑动面上的摩擦角；

Wi——第i条块的自重；

θi——第i条块滑动面的倾角；

Δhi——第i条块两侧的剪力增量。

计算程序采用slide5.0 版本程序。该程序可以分析地表均布荷载、水压力、锚杆(索)及地震等因素对斜坡稳定性的影响[2]。

4.2 计算工况及安全系数

根据相关规范，安全系数按照以下确定：

一是正常工况（天然状态）为1.25；

二是非正常工况I（饱水状态）为1.15；

三是非正常工况II（饱水状态+地震荷载）为1.05。

4.3 参数选取

地勘报告提供的物理力学指标建议值见表1。

由于滑坡的变形破坏模式为沿着黄土与泥岩交界面的滑动变形，在滑动前后抗剪强度指标并无明显区别，因此采用表1 中滑动前的参数对该滑坡开挖前后以及反压前后的稳定系数进行计算[3]，计算结果见表2。

表1 物理力学参数表（地勘建议值）

表2 部分稳定系数计算结果（地勘建议值）

根据计算结果，三个剖面在开挖后安全系数均大于1.2，说明在开挖后该边坡处于稳定状态，与实际中开挖后边坡发生整体滑塌是不符合的，可见表1 中滑动前的抗剪强度指标偏高，与实际情况不符。为此对滑动面的抗剪强度指标重新进行反分析[4]。

参数采用反分析方法检验滑动面抗剪强度指标时，对正在滑动的滑坡，其稳定系数可取0.95～1.00；对处于暂时稳定的滑坡，稳定性系数取1.00～1.05。根据经验判断，滑面天然状况下反算时稳定系数取0.95～1.00，在饱水状况下反算时，稳定系数可取0.86～0.91。最后，根据经验调查和参数反算结果综合选取滑坡稳定性分析用物理力学参数见表3。

4.4 计算结果及分析

以表3 中参数对该滑坡开挖前后以及反压前后的稳定系数进行计算，计算结果见图2（取饱水+地震工况为例）和表4。

表3 边坡主要计算参数建议值

图2 （a,b,c,d）CKP0+240 剖面地震工况

表4 部分稳定系数计算结果

根据计算结果，在开挖之前三个剖面天然与饱水工况下稳定系数均大于1.2，边坡为稳定状态；地震工况下CKP0+240 剖面稳定系数小于1.05，CKP0+180剖面和CKP0+280 剖面稳定系数介于1.05～1.2 之间，边坡为欠稳定-基本稳定状态。开挖之后和前缘反压之前三个剖面各工况下稳定系数均小于1，为不稳定状态。反压之后三个剖面天然与饱水工况下稳定系数均大于1.2，边坡为稳定状态；在地震工况下，三个剖面稳定系数均介于1～1.05 之间，边坡为欠稳定状态。可见计算结果和现场实际情况是一致的。

5 结论

其一，边坡变形主要有两方面的原因：地下水较发育；前缘边坡挖坡脚。

其二，该工程滑动面抗剪强度参数依据参数反分析、规范推荐值及工程类比等方法获取，根据稳定性计算结果可知选取的参数符合工程实际。

其三，根据计算结果，在开挖之前三个剖面天然与饱水工况下稳定系数均大于1.2，边坡为稳定状态；地震工况下CKP0+240 剖面稳定系数小于1.05，CKP0+180 剖面和CKP0+280 剖面的稳定系数介于1.05～1.2 之间，边坡为欠稳定-基本稳定状态。开挖之后和前缘反压之前三个剖面各工况下稳定系数均小于1，为不稳定状态。反压之后三个剖面天然与饱水工况下稳定系数均大于1.2，边坡为稳定状态；地震工况下三个剖面稳定系数均介于1～1.05 之间，边坡为欠稳定状态。计算结果和现场实际情况是一致的。因边坡下方为收费站，需继续对边坡进行开挖，开挖后诱发再次滑坡的可能性较大，需采取必要的工程处理措施进行处理。

其四，建议在坡体后方设置排水盲沟，截断地下水向边坡渗流的径流途径，同时采用集水井、深部排水孔等手段加强坡体地下水的泄排，完善排水系统。