G206国道宿州市夹沟段滑坡稳定性分析及治理方案

袁 利，李 婷

(安徽省地质环境监测总站，安徽 合肥 230041)

2020年4月20日，G206国道宿州市夹沟镇改建工程K844+200-K844+380段道路右幅边坡，由于修建道路工程进行切坡形成临空面，加之岩层节理裂隙，岩石破碎，受降雨等因素影响，发生滑坡地质灾害，塌方量约1600m3。滑坡体平面形状呈簸箕形，岩性为寒武系下统馒头组(∈1m)泥质砂岩，产状110°∠34°，滑坡体所在边坡垂向节理发育，岩体稳定性差，存在再次复发的可能，严重威胁过往车辆、行人的安全。因此，对该边坡开展稳定性分析和工程治理十分紧迫。

1 地质环境条件

1.1 地形地貌

滑坡体周边原始微地貌为侵蚀溶蚀低丘，西北部为八山自然山体，由于切坡修路等人类工程活动，山体已被开挖成宽约160m的人工边坡，形成现代人工地貌(图1)。人工边坡最大高差约18m，倾向152°，坡度约40°～55°，坡顶现状植被发育，以茅草、灌木为主，具一定的汇水面积。根据现场踏勘，边坡表层为前期客土喷播形成的覆盖土层，厚度0.4m～0.6m，结构较为松散，底部基岩裸露，以中厚层状灰岩为主，中部夹薄层状泥质灰岩、泥质砂岩。

图1 滑塌体现场照片Fig 1.Photo of CollapseBody

1.2 地层岩性

根据钻孔揭露情况，区内地层上部为第四系全风化残坡积层，下部主要为寒武系下统馒头组(∈1m)，按照岩性可分为4层，具体如下：

(1)第四系全风化残坡积层：厚0.2m～1.0m，岩性为棕黄色粘土夹碎石、砾石，碎石直径5 m～10cm，分选差，岩性主要为灰岩。

(2)寒武系下统馒头组3层泥质砂岩：厚11m～25m，呈浅黄至暗黄色，薄层状，强风化，局部夹泥质灰岩，灰岩内溶隙、溶洞发育，充填物为粘土和砾石。

(3)寒武系下统馒头组2层薄层状灰岩：厚7m～15m，与上覆地层整合接触，黄灰色，强风化，层厚1cm～8.5cm，岩芯呈片状、碎块状，溶蚀现象发育，溶洞发育，充填物为粘性土夹块石，块石分选差。现场钻探时漏水严重。

(4)寒武系下统馒头组1层薄至中厚层状灰岩：钻孔揭露厚度4m～8.7m，与上覆地层整合接触，棕灰、青灰色，层厚4cm～70cm，中等至弱风化，岩芯呈短柱-长柱状。

1.3 地质构造

滑坡区域大地构造单元位于中朝准地台淮河台坳，淮北陷褶断带宿州凹断褶束内。滑坡体所在边坡断裂构造活动强烈，表现为岩层裂隙发育，相互错切，产状各异。边坡上主要发育四组优势裂隙：裂隙L1产状245°∠75°，张开宽度2cm～5cm，间距0.2m～0.5m，延伸长1m～2m，裂隙中间有少量粘土填充；裂隙L2产状210°∠88°，走向延伸较远，现场可见延伸10m以上，间距25cm～30cm，垂直切割岩层面，裂隙张开很小，无填充；L3裂隙面产状145°∠80°，间距0.2cm～0.8m，延伸长2cm～4m，裂隙中间有少量粘土填充；L4裂隙面产状260°∠75°，间距0.2cm～0.8m，延伸长3cm～4m，裂隙中间有少量粘土填充。节理发育示意图见图2。边坡受节理裂隙及岩层面控制，形成倾向坡外、离散的块体，在降雨、外界振动等作用下，易沿层面产生滑移破坏。

图2 节理裂隙发育示意图

1.4 地下水及工程地质条件

滑坡区内地下水主要有第四系松散岩类孔隙水、裸露型碳酸盐岩夹碎屑岩岩溶裂隙水两种类型，主要接受大气降水垂直入渗补给，径流方向顺岩层倾向及裂隙、溶隙，侧向径流是地下水主要排泄途径。滑坡区位于当地侵蚀基准面以上，地表水可自然排水。滑坡体所处边坡岩性为中厚层状灰岩夹泥页岩，中部滑坡处岩性为薄层状泥质砂岩、灰岩，因受构造、风化、机械振动、溶蚀等作用影响，岩体破碎，软弱结构面分布较多，岩体稳定性较差。

1.5 人类工程活动

滑塌地质灾害所在边坡主要为人工切坡修路形成，边坡坡顶后缘为自然山体，主要人类工程活动为开挖建坟；坡脚为G206国道，人类工程活动主要为过往车辆产生的振动。

2 滑坡灾害特征

2.1 滑坡物质组成及所在边坡特征

边坡表层为客土覆盖层，粘结性一般，内部出现空腔及张裂缝，下部基岩为寒武系下统馒头组(∈1m)灰岩、页岩、泥质砂岩。根据勘查、工程地质岩组变化、钻孔揭露，将边坡自西南向北东划分为A段、B段、C段(图3)，滑坡体位于B段。

A段：长度69.9m，地层产状与坡向斜交。岩性为中等-弱风化灰岩，局部夹薄层泥质灰岩青灰色，薄至中厚层状，单层厚度1cm～40cm，岩芯呈短柱-长柱状。

B段：长度约39.6m，地层产状与坡向斜交。岩性为强风化泥质灰岩、泥质砂岩，灰黄色，薄层状，单层厚度在1cm～8.5cm之间，节理裂隙发育，溶蚀现象发育，岩芯呈片状、碎块状。

C段：长度约28.8m，地层产状与坡向斜交。中等-弱风化灰岩，青灰色，中厚层状，岩芯呈短柱状，溶洞发育，孔径最大达2m，有粘土、碎块石充填。

2.2 滑坡形态特征

滑坡周界平面形状呈簸箕形，后缘有高约120cm的弧形陡坎。滑坡斜长约26m，宽约19m，滑坡主滑动面产状110°∠34°，与岩层面一致；右缘受裂隙L1(产状210°∠88°)控制，剪出口因修路切坡形成，滑坡最大高差18m。滑床为寒武系下统馒头组(∈1m)灰黄色薄层状泥质灰岩，地层产状与坡向斜交，由于垂向节理发育，岩层面成为滑动面，滑体为岩层面与垂向节理切割形成的楔形体，受降雨影响发生了小规模滑塌。其诱发原因为长时间降雨导致滑体饱水，下滑力增加，而降雨形成的地表坡面流冲蚀带走层面间泥沙，减小了摩擦力，最终导致滑坡产生。

图3 边坡现状及A-A'剖面图

3 边坡稳定性分析

3.1 定性分析

由边坡岩体裂隙与岩层面和坡向的赤平投影图(图4)可知，边坡岩层面受裂隙L1、L2、L5、岩层层面切割形成倾向坡外、离散的块体，易沿层面产生滑移破坏[1-2]。现场调查，滑坡所在边坡岩石节理裂隙发育，岩石呈破碎，异常天气下，存在进一步沿层面发生滑移破坏的可能[3]。坡体基本处于不稳定状态。

图4 优势结构面及坡面赤平投影图(a：A、C段边坡；b：B段边坡；下半球投影)

3.2 定量分析

3.2.1 计算模型和工况

(1)计算模型：通过滑坡稳定性定性分析及现场调查，滑坡破坏模式为简单平面破坏。图5。

图5 滑移式滑坡计算示意图

据《建筑边坡工程技术规范》(GB50330-2013)，岩质边坡采用平面滑动法计算其稳定系数，公式为：

式中：Fs-稳定性系数；W-危岩体单位宽度自重(KN/m)；θ-滑面倾角(°)；φ-滑面的内摩擦角(°)；c-滑面的粘聚力(kPa)；L-滑面与危岩体接触长度(m)；V-后缘陡倾裂隙面上的单位宽度总水压力(kN/m)；U-滑面单位宽度总水压力(kN/m)。

(2)计算工况的确定

根据滑坡地质灾害的特征和组合情况，计算中主要考虑自重、暴雨情况下坡体完全饱水等，不考虑地震力的影响，分二种工况。工况Ⅰ：自重(天然状况)；工况Ⅱ：自重+暴雨(坡体全部饱水)。

(3)计算参数确定：岩体的力学强度指标主要根据临近地区试验成果、并结合工程经验，采用工程地质类比法综合确定[4-5]，参数确定结果见表1。

表1 边坡稳定性计算参数一览表

3.2.2允许安全系数

根据《建筑边坡工程技术规范》(GB50330-2013)，本边坡岩体节理裂隙发育，结构面结合差，属Ⅳ类边坡，破坏后果严重，边坡安全工程等级二级，确定安全系数1.30。边坡稳定状态分级见表2。

表2 边坡稳定性状态划分表

4 边坡稳定性分析结果

根据现场实测，本次边坡稳定性分析选取最陡剖面Ⅱ-Ⅱ'(见图2)进行边坡稳定性分析，结果见表3。该边坡在工况Ⅱ条件下最小安全系数=1.019，小于1.3，处于欠稳定状态。边坡在最不利的工况下存在较大滑坡风险，需要对该段采取边坡加固治理措施。

表3 稳定性计算结果

5 剩余下滑力计算

根据《滑坡防治工程设计与施工技术规范》(DZ/T0219-2006)，采用传递系数法显示解计算工况Ⅱ条件下的剩余下滑力(滑坡推力)，计算公式如下：

Pi=ψi-1·Pi-1+Fst·Ti-Ri

式中：Pi，Pi-1-分别为第i块，第i-1块滑体的剩余下滑力(kN/m)，当Pi、Pi-1为负值时取0。

Fst-滑坡推力安全系数，应根据滑坡现状及其对工程的影响等因素确定。根据防治工程等级，本次取Fst=1.3；Ti-作用于第i块滑动面上的滑动分力(kN/m)，出现于滑动方向相反时，Ti应取负值；Ri-作用于第i条块段落的抗滑力(kN/m)；

在给定安全系数Fst=1.3后，最下面一条块Pn即为剩余下滑力。经计算该段边坡剩余下滑力P余=179.22kN/m。

6 防治工程设计

滑坡所在坡体处于欠稳定状态，根据场地施工条件及边坡稳定性分析结果，结合周边相似工程治理经验，设计采取削坡放阶、锚杆格构梁护坡、截排水工程等措施对边坡进行治理，坡面采用植生袋方式绿化。

(1)削坡放阶：首先按坡度40°(坡比1∶1.18)对整个边坡分两级进行削坡，在高程58.5m(高路平面约7m)处放坡整平成3m宽平台，开挖后一级边坡高约7m，二级边坡最高约12m。

(2)锚杆格构护坡工程：机械结合人工削坡降坡后进行人工清坡，确保坡面平顺，采用锚杆格构进行加固。锚杆均采用全长粘结式砂浆锚杆，锚孔直径D=90mm。锚杆间距3m(水平)×3m(竖向、垂高)。注浆材料为M25水泥砂浆或水灰比为0.50的水泥浆，水泥级别不低于42.5级。格构梁采用井字形布置，节点处与锚杆焊接，横梁、纵梁截面尺寸均为宽0.3m×高0.3m。边坡坡顶设混凝土横梁，在平台坡脚设置混凝土支撑梁，采用C30混凝土制作，支撑梁尺寸为0.3m×0.3m。坡底设置混凝土矮挡墙，尺寸为0.3m(宽)×0.7m(高)，地面以下基底埋深0.3m。

图6 边坡治理工程完工现场照片Fig 6.Photo of Completion Site of Slope Treatment Project

(3)截排水工程：为减少边坡上方地表径流对坡面的冲刷，在边坡坡顶外1.0m处设截水沟，在一级边坡平台设排水沟。坡顶截水沟净断面为梯形(上口×下口×高=1.2m×0.8m×0.8m)，截水沟两端接入原排水沟，截水沟地基主要为岩石地基，地基施工为机械凿岩，C20混凝土浇筑。平台排水沟净断面为矩形(宽×高=0.5m×0.5m)，利用平台坡脚支撑梁作为截水沟一边，外扩0.5m处采用C20混凝土现浇排水沟另一边。

(4)坡面植生袋绿化：在坡面框格梁内垒砌植生袋进行坡面绿化，以完成的混凝土格构骨架为基础，将按适当条件配置好的种植土装入植生袋，摆放在边坡格构内。施工完成现状见图6。

8 结 论

(1)由于修建道路工程进行切坡，导致局部边坡高陡，加之节理裂隙及岩溶发育，岩石破碎，受降雨等因素影响，散落于坡面的块体顺层面发生滑移破坏，从而发生滑塌地质灾害。

(2)通过滑坡稳定性定性、定量分析，滑坡所在边坡岩层面受多组裂隙切割，形成倾向坡外、离散的块体，处于欠稳定状态，在降雨、外界振动等作用下，仍存在沿层面发生滑移破坏的可能。

(3)根据场地施工条件，结合周边治理经验，设计采用削坡放阶+锚杆格构梁+截排水系统+植生袋等方式进行滑坡地质灾害工程治理。