肖學(xué)沛,蔣銳

(四川省公路規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司,成都 610041)

滑坡是山區(qū)自然災(zāi)害中最常見(jiàn)和最危險(xiǎn)的類型之一。全世界每年因山體滑坡事故導(dǎo)致數(shù)千人喪生并造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失[1-3]。據(jù)2016年聯(lián)合國(guó)難民事務(wù)高級(jí)專員(UNHCR)的報(bào)告，2009年有近3 600萬(wàn)人受自然災(zāi)害相關(guān)的災(zāi)難而流離失所，預(yù)計(jì)到2050年，這一數(shù)字將增加到至少5 000萬(wàn)[4]?；碌念愋?、大小、失效概率和變形破壞機(jī)制多種多樣，受地形地貌、地層性質(zhì)、水文路徑以及外部因素(例如大暴雨，地震和人工活動(dòng))的影響較多[5-9]。其中，層間巖石含軟弱夾層的斜坡在世界范圍內(nèi)分布廣泛，已成為眾多滑坡災(zāi)害的源頭[10]。很多學(xué)者對(duì)此展開(kāi)了研究[11-14],Nie研究了某露天礦南坡含軟弱夾層滑坡的變形特征及機(jī)理，認(rèn)為節(jié)理裂隙的發(fā)育促進(jìn)了滑坡的內(nèi)部機(jī)制，且開(kāi)挖觸荷載成為該滑坡的觸發(fā)因素[15]。馬婧佳等對(duì)露天煤礦地質(zhì)資料調(diào)查分析，基于邊坡穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果確定了邊坡最優(yōu)形態(tài)，并將含軟弱夾層邊坡潛在滑坡模式歸結(jié)為由地表裂紋剪斷至第四系底板[16]。陳觀明基于FLAC3D模擬分析了順層巖質(zhì)邊坡應(yīng)力場(chǎng)、位移場(chǎng)及剪切區(qū)分布情況，其結(jié)果表明邊坡順層帶的泥質(zhì)軟弱夾層存在剪應(yīng)力集中區(qū)[17]。陳芳平等結(jié)合安全系數(shù)K值反算邊坡的軟弱層面參數(shù)，表明同一安全系數(shù)K值反算出的結(jié)構(gòu)面黏聚力c值與內(nèi)摩擦角φ的正切值tanφ線性相關(guān)[18]。田宇等結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)工程實(shí)際，基于剛體極限平衡理論與數(shù)值模擬手段，研究了含多弱層-斷層構(gòu)造復(fù)合順傾邊坡的變形破壞特征、滑坡模式及不同弱層對(duì)邊坡穩(wěn)定性的影響程度[19]。

盡管不少學(xué)者采用剛體極限平衡法對(duì)邊坡進(jìn)行模擬和設(shè)計(jì)，但大多數(shù)無(wú)法考慮到軟弱夾層發(fā)育形態(tài)上的差異，使得模擬結(jié)果與實(shí)際有較大出入，對(duì)工程生產(chǎn)推進(jìn)及邊坡治理產(chǎn)生較大影響。因此，采用科學(xué)可行的方法對(duì)路塹邊坡進(jìn)行定性和定量分析仍是邊坡工程領(lǐng)域亟待解決的難題之一。

本文以遂廣高速公路K0+270 m～K0+400 m段路塹滑坡為例，采用勘測(cè)與監(jiān)測(cè)手段，在獲取場(chǎng)地工程地質(zhì)條件、滑坡概況與特征的基礎(chǔ)上，為厘清該滑坡的變形特征及形成機(jī)制對(duì)其展開(kāi)分析研究，并進(jìn)行天然及暴雨兩種工況下的推力計(jì)算及穩(wěn)定性分析，為今后類似邊坡工程的滑坡治理提供參考。

1 工程背景

1.1 工程簡(jiǎn)介

研究區(qū)位于遂寧市金橋鄉(xiāng)3村7社境內(nèi)，場(chǎng)地附近200 m有鄉(xiāng)村機(jī)耕道相通，交通便利。該區(qū)域內(nèi)遂廣高速公路K0+270 m～ K0+400 m段為深挖路塹，道路中心線上挖方最大高度36.35 m，左右兩側(cè)挖方最大厚度分別為36.80 m和 37.20 m。2013年4月份開(kāi)挖邊坡以來(lái)8個(gè)月內(nèi)，塹坡局部開(kāi)始變形、垮塌；次年1月初后，滑坡后緣便發(fā)生開(kāi)裂并形成錯(cuò)臺(tái)，有明顯的滑塌跡象。

1.2 工程地質(zhì)條件

1.2.1 地形地貌

研究區(qū)地屬構(gòu)造侵蝕、剝蝕丘陵地貌，區(qū)內(nèi)丘包呈渾圓狀，圖幅內(nèi)最高點(diǎn)和較低點(diǎn)標(biāo)高分別約345.40 m和287.40 m，相對(duì)高差58.00 m。場(chǎng)地內(nèi)植被不發(fā)育，斜坡坡度較小，坡度約20°，丘包上部為漂、卵石層，多被開(kāi)墾為旱地，丘底公路內(nèi)側(cè)見(jiàn)基巖裸露。

1.2.2 地層巖性

場(chǎng)地內(nèi)經(jīng)地調(diào)及鉆探揭露，地層為新生界第四系全新統(tǒng)坡洪積層(Q4dl+pl)、坡殘積層(Q4dl+el)、滑坡堆積層(Q4del)及第四系中更新統(tǒng)階地沖積層(Q2al)、中生界侏羅系上統(tǒng)遂寧組(J3s)。

1.2.3 地質(zhì)構(gòu)造

研究區(qū)屬于新華夏系四川沉降帶的川中褶皺帶，東南緊臨川東褶皺帶。區(qū)內(nèi)構(gòu)造形跡以近東西向?yàn)橹黧w，且區(qū)內(nèi)未見(jiàn)斷層，褶皺寬闊平緩，多表現(xiàn)為彼此排列有序的鼻狀背斜或箕狀向斜。場(chǎng)地位于橫山場(chǎng)背斜北翼東段末段，巖層傾向北，傾角約1°～3°，近水平狀。巖體中發(fā)育兩組節(jié)理，第一組節(jié)理產(chǎn)狀：250°∠75°～82°，節(jié)理間距約1.0～1.5 m，長(zhǎng)約0.5 m，深約0.5 m；第二組節(jié)理產(chǎn)狀：325°～345°∠70°～75°，間距約0.3～0.5 m，長(zhǎng)大于2 m，深約0.5 m。同時(shí)塹坡前緣發(fā)育兩條貫穿性較長(zhǎng)的軟弱結(jié)構(gòu)帶，一位于路線K0+250右側(cè)35 m附近，呈斜線展布，長(zhǎng)約63 m，產(chǎn)狀為：340°～350°∠17°～25°(圖1(a))；另一軟弱結(jié)構(gòu)帶位于路線K0+480右側(cè)34 m附近，呈斜線展布，長(zhǎng)約22 m，產(chǎn)狀為：35°～45°∠27°～35°(圖1(b))。

2 滑坡特征與成因分析

2.1 滑坡特征

2.1.1 滑坡的基本特征

遂廣高速公路K0+270 m～K0+400 m(CK0+447 m～CK0+673 m)段為深挖路塹，道路中心線上挖方最大高度36.35 m，左側(cè)挖方最大厚度36.80 m，右側(cè)挖方最大厚度37.20 m。挖方段上部為漂、卵石層，下部為粉砂質(zhì)泥巖。根據(jù)塹坡地表變形規(guī)模、特征及滑體結(jié)構(gòu)的不同，共分2級(jí)。其中Ⅰ級(jí)滑坡位于路線K0+245 m～K0+473 m右側(cè)30～140 m間，Ⅰ級(jí)滑坡主滑斷面長(zhǎng)約109 m，前緣寬約228 m，后緣寬約100 m，最厚約達(dá)29 m，平均厚約18 m，面積約16 650 m2，體積約299 700 m3，如圖2所示。

主滑方向約為6°，后緣標(biāo)高約為345 m，前緣剪出口標(biāo)高約310～315 m，相對(duì)高差約30～35 m，前緣路塹塹坡坡度53°?；虑熬壸冃?、滑塌，塹坡變形巖體往臨空面發(fā)生位移、剪出后垮塌。

圖1 塹坡前緣軟弱結(jié)構(gòu)帶

圖2 Ⅰ級(jí)滑坡定位及全貌圖

Ⅱ級(jí)滑坡位于路線K0+391～K0+429右側(cè)50 m附近，長(zhǎng)約17～18 m，前緣寬約35～39 m，后緣寬約18～20 m，厚約2.0～4.0 m，面積約495 m2，體積約1 485 m3，平面上呈一半圓形，厚度薄，規(guī)模小。Ⅱ級(jí)主滑方向均為6°，后緣標(biāo)高為342.89 m，前緣剪出口標(biāo)高約328.23 m，相對(duì)高差為14 m，前緣橫向坡度為42°，后緣地勢(shì)平坦。如圖3所示。

滑坡右側(cè)拉裂縫總體特征系前緣張開(kāi)大，往后逐漸變小、消失，拉裂縫張開(kāi)寬達(dá)1 m，裂縫總體走向約為50°?；伦髠?cè)拉裂縫總體特征系前緣張開(kāi)大，往后逐漸變小，拉裂縫寬40～50 cm，拉裂縫總體走向約150°，裂縫至后緣附近發(fā)育呈多條，平面上呈辮狀。

滑坡后緣發(fā)育4條拉裂縫，幾乎將整個(gè)滑坡后緣全部貫穿，裂縫平面上呈扇形，兩側(cè)呈下錯(cuò)狀，裂縫近平行，總體走向約95°，尖滅于左側(cè)拉裂縫，止于滑坡后緣中部，未與右側(cè)拉裂縫相連，如圖4所示。

1.公路；2.拉裂縫； 3.潛在拉裂縫；4.鉆孔點(diǎn)位；5.房屋；6.GPS點(diǎn)位；7.開(kāi)挖面；8.滑動(dòng)方向；9.剖面線圖3 滑坡地質(zhì)剖面圖

圖4 滑坡體拉裂縫

2.1.2 滑體結(jié)構(gòu)、滑帶以及滑床的特征

I級(jí)滑坡的滑體結(jié)構(gòu)由上至下可分為兩層，表層為粗粒土，以卵石為主，厚約6.5～7.5 m；下部為基巖局部解體后形成塊石土，平均厚約18 m?；露逊e體的主要組成部分為塊石，為滑坡體沿北向臨空面變形、滑動(dòng)的主要物質(zhì)來(lái)源。Ⅰ級(jí)滑坡的滑體結(jié)構(gòu)厚度大，為基巖深層滑坡，該滑坡主要沿巖體內(nèi)部軟弱夾層滑動(dòng)。

Ⅱ級(jí)淺表層滑塌的滑體結(jié)構(gòu)主要由表層卵石強(qiáng)風(fēng)化變形巖體(塊石)組成，厚約3.0～5.0 m。Ⅰ、Ⅱ級(jí)組成了該滑坡右側(cè)滑體結(jié)構(gòu)，其上部的粗粒土結(jié)構(gòu)不均，密實(shí)度高；下部的粉砂巖塊石因巖體拉裂變形后形成，與滑坡后緣陡壁及滑床的基巖巖石物理力學(xué)性質(zhì)相近。

滑帶主要由軟弱帶及光滑結(jié)構(gòu)面組成。由鉆探揭露表明，滑坡前緣揭露位置最深達(dá)29.30 m，切滑帶傾角較緩，以軟塑狀粘土為主，少量光滑鏡面。而滑坡中部鉆孔揭露滑帶位置居中，一般深度為20～25 m，其滑帶以光滑鏡面為主，面帶擦痕；滑坡后緣本次勘察布孔較少，鉆孔CK0546R105揭露一陡角光滑面，傾角約75°～80°，面內(nèi)有新鮮擦痕。

該滑坡滑床巖性以侏羅系上統(tǒng)遂寧組(J3s)中風(fēng)化粉砂質(zhì)泥巖為主，屬薄層狀-中厚層狀構(gòu)造，主要發(fā)育兩組節(jié)理巖石具有脫水風(fēng)化開(kāi)裂特征。礦物成份以粘土礦物為主，鈣泥質(zhì)膠結(jié)，粉泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)不均，延伸性差，透水性差，成阻水構(gòu)造。同時(shí)侏羅系上統(tǒng)遂寧組(J3s)粉砂質(zhì)泥巖較純，夾薄層砂巖透鏡體少，滑床為粉砂質(zhì)泥巖易積水。

2.2 滑坡成因分析

滑坡區(qū)內(nèi)出露地層表層以第四系中更新統(tǒng)階地沖積層(Q2al)粗粒土為主，巖性以漂、卵石為主，這有利于地表水的排泄；其下伏的侏羅系上統(tǒng)遂寧組(J3s)中層理發(fā)育，存在貫穿性較好的軟弱夾層。由此形成的滑移面是該滑坡形成的基礎(chǔ)，在重力及其它因素下易產(chǎn)生蠕滑變形。

巖體中主要發(fā)育兩組規(guī)則節(jié)理，兩組節(jié)理近直交，傾角較陡；同時(shí)右側(cè)塹坡前緣發(fā)育兩條貫穿性較長(zhǎng)的軟弱帶，受風(fēng)化作用，地下水易通過(guò)節(jié)理、層面滲入滑帶，為滑坡的變形破壞提供了有利的條件。由于巖體陡傾裂隙發(fā)育，在雨季時(shí)候，雨水沿節(jié)理進(jìn)入巖體，遇相對(duì)隔水的粉砂質(zhì)泥巖，在其面上將產(chǎn)生富水帶；此外，松散土層中的孔隙水易在此帶向下逕流、補(bǔ)給、運(yùn)移，由于滑面為相對(duì)不隔水的粉砂質(zhì)泥巖，地下水運(yùn)移至此后，改變方向沿層面、裂隙及軟弱帶向下運(yùn)移、逕流，粉砂質(zhì)泥巖遇水易軟化，抗剪強(qiáng)度大大降低。另一方面土體飽水后，滑體增重，孔隙水壓力增大，下滑力增大，向下移動(dòng)的可能性增大。

塹坡開(kāi)挖后，路線左右兩側(cè)塹坡均以路基開(kāi)挖路塹段為臨空面，兩側(cè)巖土界面及巖層層面均暴露于臨空面?；麦w內(nèi)滑帶為不規(guī)則折線型，局部呈臺(tái)階狀；滑坡體在前緣兩組貫穿性較好的外傾裂隙(軟弱夾層)及巖層層面、兩組短小規(guī)則裂隙切割下呈一“楔形體”狀，滑體在后緣靜水壓力作用下易往臨空面發(fā)生滑移。在后期強(qiáng)降雨及人工爆破開(kāi)挖路基影響下，塹坡前緣易往臨空面發(fā)生滑塌，繼而牽引塹坡中后部土層滑面下滑。

3 滑坡穩(wěn)定性定量計(jì)算

3.1 計(jì)算工況選取

通過(guò)上述分析，塹坡前緣兩貫穿性較長(zhǎng)的軟弱夾層暴露于臨空面，巖體陡傾裂隙發(fā)育，在雨季，雨水沿節(jié)理進(jìn)入巖體，極大降低了滑帶的抗剪強(qiáng)度，且因場(chǎng)地地震烈度小于Ⅵ度，故穩(wěn)定性計(jì)算分析按天然狀態(tài)及暴雨工況兩種情況計(jì)算。

3.2 計(jì)算參數(shù)選取

由于僅鉆孔中取到軟弱夾層及滑帶土，且滑帶土樣結(jié)構(gòu)不均，土樣太少。因此，需要通過(guò)反算來(lái)獲取強(qiáng)度參數(shù)，從而計(jì)算滑坡穩(wěn)定性及推力。因滑坡體的變形特征各處不同，滑坡兩側(cè)變形較大，滑帶已完全貫穿，其反算穩(wěn)定性相對(duì)較低；而滑坡體中部變形相對(duì)較小，其反算穩(wěn)定性略高，故各橫剖面采用不同的反算參數(shù)。

主滑剖面橫剖面4-4′(如圖5所示)，位于滑坡體中部，分析后取天然狀態(tài)下穩(wěn)定性系數(shù)為1.05，飽和狀態(tài)下取0.99進(jìn)行反算分析。橫剖面3-3′(位于滑坡體左側(cè))及橫剖面5-5′(位于滑坡體右側(cè))，分析后取天然狀態(tài)下穩(wěn)定性系數(shù)為1.05，飽和狀態(tài)下取0.98進(jìn)行反算分析，具體參數(shù)見(jiàn)表1。因滑坡坡體結(jié)構(gòu)系基巖局部變形后產(chǎn)物，其天然重度及飽和重度參照巖體天然密度試驗(yàn)值；飽和狀態(tài)下其密度參照巖體飽和密度。

3.3 滑坡穩(wěn)定性計(jì)算分析

3.3.1 天然工況

取碎石土自然條件下重度為24 kN/m3、滑帶土參數(shù)選用反算計(jì)算參數(shù)，后將斜坡條分后采用傳遞系數(shù)法計(jì)算。計(jì)算公式如式(1)所示，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2。

圖5 4-4' 剖面圖

表1 滑坡穩(wěn)定性計(jì)算參數(shù)取值表

表2 天然工況下斜坡推力計(jì)算結(jié)果

Pi=Pi-1φi-1+γtTi-Ri

(1)

式中,Pi、Pi-1分別為第i塊、第i-1塊滑體的剩余下滑力，φi-1=cos(θi-θi+1)-sin(θi-θi+1)tanθi+1；γt為滑坡推力安全系數(shù)；Ri為作用于第i塊段的抗滑力。

3.3.2 暴雨工況

取碎石土暴雨條件下重度為24.5 kN/m3、滑帶土參數(shù)選用反算計(jì)算參數(shù)，后將斜坡條分后采用傳遞系數(shù)法計(jì)算。采用式(1)計(jì)算，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 暴雨工況下斜坡推力計(jì)算結(jié)果

結(jié)合兩種工況下的計(jì)算結(jié)果分析對(duì)比可知，同一剖面在暴雨工況下計(jì)算所得的斜坡推力大于天然工況。暴雨工況下，3組坡面的安全系數(shù)漲幅分別達(dá)到13.56%、8.17%、13.57%，其中以5-5′剖面增長(zhǎng)的幅度最大。因此，以暴雨工況下的滑坡推力進(jìn)行計(jì)算較為安全。

4 結(jié)論

(1) 遂廣高速公路K0+270～K0+400段為深挖路塹，路基開(kāi)挖前為丘包地貌；開(kāi)挖后斜坡坡體結(jié)構(gòu)為上層土質(zhì)下層巖質(zhì)的復(fù)合型斜坡?？傮w上塹坡屬紅層地區(qū)典型的二元結(jié)構(gòu)斜坡(上為土、下為基巖)，因巖土界面近水平、巖層產(chǎn)狀近水平同時(shí)路基開(kāi)挖前塹坡無(wú)臨空面，斜坡及丘包整體穩(wěn)定。

(2) 路基開(kāi)挖后，路線右側(cè)塹坡前緣發(fā)現(xiàn)兩貫穿性較好的軟弱夾層(裂隙)，斜坡體內(nèi)發(fā)育兩組近直交節(jié)理裂隙。在后期強(qiáng)降雨及人工爆破開(kāi)挖路基影響下，塹坡前緣往臨空面發(fā)生滑塌，繼而牽引塹坡中后部土層滑面下滑。

(3) I級(jí)滑坡體有變形和破壞跡象且左、右邊界及后緣邊界明顯。后緣拉裂縫呈圈椅狀展布，拉裂縫僅局部小段未完全貫通，滑坡體處于蠕滑變形階段，天然狀態(tài)下整體欠穩(wěn)定，飽和狀態(tài)下不穩(wěn)定。II級(jí)淺表層滑塌主要系塹坡坡體結(jié)構(gòu)及開(kāi)挖坡率過(guò)大造成，但滑塌范圍較小，滑塌體淺表層穩(wěn)定性較差，在雨季或爆破路基開(kāi)挖時(shí)，坡表土體易往臨空面滑塌。