山区缓坡堆积体滑坡治理实例分析

张文勇 滕梓檬 朱仕望

(贵州省交通规划勘察设计研究院股份有限公司 贵阳 550018)

堆积体滑坡,其滑体组成物质一般具有较强的透水性而滑带土和滑床的透水性则比较低[1],多处于自然稳定状态,但在持续强降雨的诱发下易发生失稳[2]。其他类似案例研究,比如曹洪洋等[3]通过对四川省雅安市雨城区的滑坡统计,利用地形地貌因子对滑坡的贡献率进行分析。凌炳等[4]选取云南昭通市大关县为研究区域,定量地分析坡度、坡向因子中各区段对滑坡的敏感程度。王欢等[5]研究重庆黔江区斜坡坡度对滑坡发育的贡献程度。上述研究表明自然斜坡坡度15°～30°的区域是滑坡灾害最敏感的区域,该坡度范围值对滑坡发育的贡献程度最高。

目前,滑坡的治理研究从传统的野外勘察、试验仿真、数值模拟阶段,进入到了利用遥感、GPS、InSAR等技术对滑坡进行监测和预测的新阶段。本文所研究的山区缓坡地带的堆积体滑坡治理,是基于前人对众多不同坡度条件滑坡研究的基础上,借鉴前人的治理经验和成熟理论[6],特别地针对山区缓坡地形条件下的堆积体滑坡形成机理进行分析,在结合传统的地质、水文研究及现阶段利用高精度深部位移监测的基础上进行研究和治理。

1 工程概况

1.1 工程简介

贵州某高速服务区地处习水县某滑坡的前缘,该服务区于2013年投入使用。服务区位于一缓坡地带,为半挖半填场地,下行右侧广场边坡现状为三级坡,坡率从下至上为1∶0.75～1∶1.0,第一级边坡采用2.0 m桩径的抗滑桩支挡,之上采用框架梁植草、拱形骨架植草灌等防护。

2015年以来,习水县暴雨频发,服务区北侧古滑坡出现复活迹象,特别在2020年6月入汛以来,坡体出现蠕动变形,坡体上方民房及硬化路开裂,既有抗滑桩出现偏位、断裂(桩顶位移最大达20 cm,抽检的8根抗滑桩中5根出现不同程度断裂),服务区内挡墙局部出现鼓胀变形,广场与匝道路基路面鼓胀变形、开裂,服务区内汽修厂、综合楼等建筑物均呈现不同程度的开裂,主线左幅路基边沟沟底及沟帮鼓胀变形。

1.2 滑坡规模及变形特征

古滑坡发生蠕动变形后,相关管理方迅速组织了应急抢险工作,根据现场桩检报告,有5根抗滑桩(共抽检8根桩)呈多处断裂,其现状及钻孔成像见图1,其主要位于桩顶以下9～12 m 范围内,由此判定既有抗滑桩基本已发生剪切破坏。

图1 抗滑桩偏位、断裂

滑坡区坡体自然坡度角为12°～25°,根据调绘及监测,将滑坡分为I区、II区、III区及IV区,其分区见图2,滑坡体平面形态呈“圈椅型”。其中:I区为服务区西侧2条冲沟之间及后侧坡体区域,主滑方向为230°,滑体平均厚度15 m,滑坡体积为33.6万m3;II区为服务区广场及后侧坡体区域,主滑方向为205°,滑体平均厚度20 m,滑坡体积为95.8万m3;III区为沿服务区东侧冲沟区域,主滑方向大致为130°方向,滑体平均厚度15 m,滑坡体积为6.75万m3,IV区为II区后侧坡体区域,根据调绘及监测,该范围内坡体未有明显变形及开裂,为潜在滑坡区。结合滑坡体的深部位移监测数据,滑坡的整体变形趋势为中上部位移量及变形速率较前缘大,该滑坡为中上部岩土体挤压推移前缘岩土体滑动,属大型-中层推移式土质滑坡。

图2 滑坡范围

根据监测,滑坡滑带(面)多沿堆积块石土内部及强风化基岩面附近滑动。钻探显示,滑坡体滑带土为饱水的强风化炭质泥岩及堆积层块石土,岩芯在滑面上存在明显软化揉搓现象,多呈碎块状、砂状,滑面(带)埋深6～36.0 m,与基岩面的起伏密切相关,其监测曲线见图3、图4。

图3 深层位移监测曲线(JCK01)

图4 深层位移监测曲线(JCK07)

2020年7-8月持续降雨, 2020年8月6日(初始监测数据)-8月底变形速率较大,监测累积位移量达8 mm,9月雨季过后的变形速率及累计位移量明显放缓,滑坡变形及结构物裂缝发育均呈现出雨季变形较旱季明显的结果,其受降雨量影响明显。

1.3 工程地质条件

场区位于川黔南北向构造带与北东向构造带交接的复合部。根据区域地质资料及地质调绘,有一平移断层通过场区,岩层整体呈单斜产出,岩层产状310°～340°∠10°～18°。根据地震资料,滑坡区地震基本烈度为VI度。

滑坡范围内以块石土居多,杂色,主要由灰岩、泥质灰岩等组成,其间充填黏土。结构稍密、稍湿,厚0.5～41.8 m。下伏基岩以志留系炭质泥岩为主,强风化层为土黄色,岩体极破碎,厚4～8 m;中风化层呈黑色,岩体较破碎。根据取样试验,其Rc=18.5 MPa,c=0.65 MPa,φ=35.2°。

1.4 水文地质条件

1) 地表水。滑坡区地表水发育,滑坡两侧发育有数条季节性冲沟,其流量受季节性降雨影响大。

2) 地下水。场区地下水类型为第四系松散土层孔隙水、基岩裂隙水。

场区地下水的补给来源主要靠大气降水的垂直渗入,具有补给面积小、径流途径短、排泄速度快等特点。地下水受季节影响大,雨季基岩裂隙水较丰富,水量较大;枯水期补给差,水量较小。

滑坡范围内共发现4处泉点,流量Q=0.5～1.0 L/s,另根据勘察期间的钻孔水位测量,坡体范围钻孔的水位多位于坡面以下2.5～25.0 m,服务区广场附近水位很浅,仅距地面约2.5 m。受地形制约,场地水力梯度较大,无统一的潜水面,其水位受降雨影响较大,丰水期水位埋藏较浅,枯水期埋藏较深。

2 滑坡成因分析

2.1 工程地质因素

1) 地质构造。受断层影响,局部岩体完整性差,泉点较发育,且断层活动期间可能受区域断层的逆冲作用,为该处形成厚层古堆积体滑坡提供了条件。

2) 地形地貌。服务区位于单斜坡坡脚,坡体上部较陡,中下部较缓,坡度为12°～25°,该斜坡地表两侧发育有季节性冲沟,呈“双沟同源”状,后缘崩塌形成宽缓台地,利于地表、地下水往古滑坡汇集排泄。

3) 地层岩性。服务区位于堆积碎块石体坡脚,碎块石成分主要为灰岩与泥质灰岩,以碎(块)石为骨架,内充填少量黏性土,其中黏粒含量较低,而碎(块)石体积含量则高达70%～75%,且总体呈现稍密状,无分选、局部架空,该碎块石土均匀性差,透水性强。

2.2 水文气象因素

根据气象资料,2020年6月以来该地区持续强降雨,导致大量地表水下渗至古滑坡内,地下水位线伴随着降雨量的增大而上升,加大了透水层浮脱力和动水压力,地下水的渗流携带走岩土体内黏粒成分,使得岩土体的整体性及密实性变差,同时在滑体与基岩接触面上形成滞水带,导致岩土体、潜在滑移面软化,综合诱发坡体蠕动滑移。

2.3 其他因素

滑坡区内人类活动较为强烈,高速公路建成后在斜坡上修建了约30幢民房,地表大部分为耕地(旱地),少量为林地,民房下侧缓坡上有部分灌溉水田及灌溉水渠,由于水渠多处开裂、水田的蓄水均造成水流下渗至坡体内部,增大了坡体自重、软化了岩土体和滑移带(面),加剧了滑坡的失稳。

3 滑坡稳定性计算

考虑滑坡渐进动态变形破坏的演化规律,通过现场踏勘、施工开挖揭露、滑带土取样、深层位移监测等方法及手段对滑坡特征及变形破坏机理进行综合分析研究,对滑坡分级特征、滑面位置、地质断面及计算断面的明确,按推荐的岩土参数计算,上部(潜在滑坡)岩土体现状为稳定状态,对前侧滑坡体不产生推力作用,本次设计抗滑桩位置推力及抗力主要来源于滑坡II区的滑体作用,基于以上分析,对滑坡设计计算模型进行明确,本滑坡失稳模式为折线型滑移失稳。计算分析简图见图5。

图5 稳定性计算简图

对于深层滑动面,中前部滑带物质为全、强风化炭质泥岩,且均位于地下水位以下,故可认为滑带参数一致;后缘物质组成为块石土,其参数较中前部滑带参数高。根据取样试验结果,结合工程经验对取样试验结果进行折减,综合确定滑坡前缘及滑坡后缘计算参数如下。

滑体(暴雨)。γsat=21.0 kN/m3。

潜在滑坡区饱和块石土。c=6.0 kPa,φ=26.0°。

主滑段滑面参数(饱和块石土)。c=4.5 kPa,φ=12.8°。

潜在滑坡区天然块石土参数。c=6.0 kPa,φ=30.0°。

抗滑段滑面参数(饱和炭质泥岩)。c=15.0 kPa,φ=9.5°。

滑体(天然)。γ=20.0 kN/m3。

主滑段滑面参数(天然块石土)参数。c=4.5 kPa,φ=14.0°。

抗滑段滑面参数(天然炭质泥岩)。c=15.0 kPa,φ=11.0°。

按JTG/T 3334-2018 《公路滑坡防治设计规范》,选取暴雨工况下滑坡稳定安全系数K=1.15和正常(自然)工况下K=1.20对滑坡剩余下滑力进行计算,计算时考虑深部排水、水改旱等综合改善措施的影响,滑面参数φ提升1°～2°,计算结果见表1。

表1 计算结果表

4 滑坡治理方案及成效

4.1 应急抢险方案

结合滑坡特征分析,综合考虑安全、工期等因素,拟先对滑坡体采取深部降、排水治理,对滑坡体上方的水田进行水改旱处理,灌溉水渠改管涵处理,场坪内增设集水井进行抗滑段降水处理,对周边的排水系统进行修复、裂缝封堵。

4.2 永久治理方案

由于滑坡推力巨大,滑坡工程处治规模大,设计考虑综合采取一定的地表、地下排水措施(一期)来改善滑体及滑面的物理特性,提高坡体自身抗滑力,降低工程措施的设计抗力。按照滑坡的分期治理原则,结合其他大型复杂滑坡的治理经验,本期治理设计在充分分析滑坡现状的情况下,暂不考虑潜在滑坡区(IV区)及远离服务区的I、III区的影响。本次设计基于滑坡II区的变形特征和现状建立的计算模型,旨在通过控制滑坡II区的稳定来防止IV区的复活,后续还需结合滑坡治理过程及运营期监测动态调整设计。

在结合监测及应急抢险方案降排水的基础上,采取永临结合的方式,在服务区内侧边坡既有挡墙及抗滑桩位置设置一排抗滑桩,将既有抗滑桩与设计抗滑桩通过挡墙、竖梁连接,形成整体受力构件,同时抗滑桩挖孔产生的石渣用于反压回填。其治理方案见图6。

图6 永久治理方案(典型断面图)

4.3 实施效果

实施完成后,滑坡范围内裂缝封闭后未见新增开裂迹象,坡体上方民房区裂缝未见增大及延伸迹象,坡体上方硬化路改铺为沥青路面后未见明显开裂迹象。

2021年4-7月为雨季,同时也是抗滑桩施工期间,随着抗滑桩施工完成,边坡变形速率得到有效减缓,其监测曲线见图7、图8,抗滑桩部分于10月份完工,经过2个水文年的深部位移监测,各监测点无明显位移变形,表明滑坡已得到有效控制,目前处于稳定状态。

图7 监测孔累计位移变化曲线(JCK06)

图8 监测孔位移-时间变化曲线(JCK06)

5 结论

1) 本文所研究的某高速公路服务区滑坡的自然坡度角为12°～25°,与当前其他类似滑坡采用地形因子对滑坡失稳的贡献度研究结果相符。

2) 对于缓坡地形下的堆积体滑坡,持续的强降雨作用,人类活动过程中的加载、地表水渗漏是打破堆积体稳定现状,发生破坏失稳的主要诱发因素。

3) 增加了降低地下水位如降水井、降水隧洞等处治措施的滑坡,根据类似工程经验,可适当提高水位降低影响范围内的岩土物理力学参数,以降低整个滑坡的处治规模。

4) 运营期公路受滑坡影响,应运用综合的勘察手段进行分析,在利用现有的工程措施,结合综合排水措施降低地下水位,提升岩土体抗剪参数指标的思路下,合理采用支挡工程进行治理。