高速公路滑坡成因機制分析與穩(wěn)定性評價論文
1.工程概況 谷城至竹溪高速公路K39+000~K39+250左側(cè)滑坡位于孔溪溝村附近,開挖邊坡最大高度為29.3米,已開挖至設(shè)計標(biāo)高。在持續(xù)三天的降雨之后,邊坡發(fā)生滑移�；飘a(chǎn)生錯臺、裂縫,對該段路基上的梁場安全構(gòu)成嚴重威脅。裂縫距離路基設(shè)計中心線上方約150米,裂縫貫通長度約200米,最大寬度約10米,錯臺最大高度2~3米。山體
滑移導(dǎo)致區(qū)域內(nèi)農(nóng)網(wǎng)雙柱式電桿多處發(fā)生傾斜,供電中斷,梁場地面局部隆起,軌道推移變形,靠近山體臺座破壞。
2.地質(zhì)條件
2.1 地形地貌
滑坡區(qū)屬構(gòu)造剝蝕侵蝕低山區(qū)。山體多呈尖棱狀,山勢陡峻,地形坡度一般20°~40°,局部近直立。
2.2 地層巖性
滑坡區(qū)出露的地層主要為第四系未分統(tǒng)殘坡積土(Q4el+dl)和元古界武當(dāng)山群片巖(Pt2wb),基巖順坡向,產(chǎn)狀290°∠35~60°。
2.3 地質(zhì)構(gòu)造
滑坡區(qū)屬于位于南秦嶺構(gòu)造帶中的武當(dāng)山復(fù)背斜次級構(gòu)造單元�；聟^(qū)基巖大多出露,總體產(chǎn)狀較穩(wěn)定,褶皺、揉皺發(fā)育、局部產(chǎn)狀凌亂,見有明顯的構(gòu)造跡象。
2.4 水文地質(zhì)
2.4.1 地表水
滑坡區(qū)屬亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū),氣候濕潤,雨量充沛,地表徑流發(fā)育,地表水與地下水均較豐富,屬漢江流域,路線所經(jīng)地區(qū)的主要河流為北河及其支流。
2.4.2 地下水
滑坡區(qū)地下水主要可分為第四系孔隙水、基巖裂隙水等二大類。第四系孔隙水主要賦存于山體表層與山澗盆地表層松散-半松散殘坡積層及沖積層內(nèi)的碎-塊石土、含礫粉土中�；鶐r裂隙水沿其細小的層間裂隙、巖體節(jié)理運動,水量不大,多為下降泉。
2.5 地震烈度
根據(jù)國家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局2001 年2 月發(fā)布的中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖(GB-18306-2001)及武漢地震工程研究院編制的《谷城至竹溪高速公路主控工程場地地震安全性評價報告》綜合分析可得,本合同段地震動反應(yīng)譜特征周期為0.35s,場地類型為中硬,地震動峰值加速度為0.05g,相當(dāng)于原地震基本烈度Ⅵ度區(qū)。
2.6 地質(zhì)勘探成果
根據(jù)滑坡特點,勘探孔采用一縱二橫網(wǎng)線布置來控制整個滑坡體,布置8 個鉆孔。綜合勘察[2]揭示,滑體主要為第四系未分統(tǒng)殘坡積土(Q4el+dl),滑床為元古界武當(dāng)山群片巖(Pt2wb),滑帶為含碎石粘性土�；挛镔|(zhì)組成可分為:
(1)粘性土:褐黃色,軟塑-硬塑狀,表層夾有少量植物根系,下部包含約10%~15%的碎石,碎石直徑一般1~4cm,多是菱角狀,局部含有少量鐵錳質(zhì)結(jié)核,切面較光滑,主要分布于滑體中上部。
(2)碎石土:灰黃色-灰褐色,稍濕。松散-中密狀,土石比4:6~2:8,碎石主要成分為強風(fēng)化片巖,碎石直徑一般2~10cm,局部夾有塊石,塊石直徑一般20~40cm,多呈次菱角狀,少量菱角狀,充填物為粘性土,稍濕,可塑,主要分布于滑體中下部接近滑帶位置。
(3)滑帶土:灰黃色~灰褐色,稍濕,軟塑狀,主要粘性土和碎石組成,碎石成分為全~強風(fēng)化片巖,粒徑一般1~2cm,次棱角狀,次圓狀。8個鉆孔均揭示有滑帶存在,揭示滑帶主要表現(xiàn)為含水量較其他層位豐富,局部見擦痕等。
(4)強風(fēng)化片巖:褐色-灰白色,變晶結(jié)構(gòu),塊狀構(gòu)造,主要礦物成分為石英、長石、云母等,裂隙發(fā)育,裂隙面可見大量鐵錳質(zhì)氧化物,局部可見條帶狀石英脈及溶蝕現(xiàn)象,巖芯多呈短柱狀、碎塊狀及塊狀,少量柱狀,為滑床。
(5)中風(fēng)化石英片巖:褐色-灰白色,變晶結(jié)構(gòu),塊狀構(gòu)造,巖石斷面新鮮,局部可見條帶狀石英脈,巖芯多呈短柱狀、長柱狀,為滑床。
3.滑坡成因機制分析
3.1 滑坡范圍
現(xiàn)場調(diào)查發(fā)現(xiàn)該滑坡范圍較為清楚�；虑熬�、后緣及右側(cè)邊界明顯,均可在地面見貫通性裂縫;左側(cè)邊界(即斜坡西側(cè)區(qū))后部較為明顯(貫通裂縫),前部不明顯(僅在局部巖土界面存在滑移跡象)。表現(xiàn)為前緣剪出口明顯、后緣裂縫張開與錯落明顯,右側(cè)以剪切裂縫為主,左側(cè)靠后部發(fā)育剪切裂縫。
3.2 滑面分析
在地質(zhì)調(diào)查和地質(zhì)勘探中均揭示了滑面的存在。前緣、后緣和右側(cè)邊界滑面清晰,顯示后緣和側(cè)緣滑面產(chǎn)狀為334°∠25°,可以確定,滑坡后部按照25~30°傾角發(fā)生滑移;前緣剪出口裂縫清晰,擦痕方向不清晰。
3.3 監(jiān)測數(shù)據(jù)分析
滑坡發(fā)生后,在滑坡區(qū)布設(shè)了地表位移變形監(jiān)測點23 個,監(jiān)測數(shù)據(jù)結(jié)果表明滑坡位移特征如下:
(1)整體向北偏西方向(334°)運動;
(2)監(jiān)測整體位移量變化不大,基本上均小于0.1m,且從滑坡后緣至前緣的位移呈遞減特征;
(3)滑坡中后部鉛直方向位移下沉,量值小于0.1m;滑坡前部(靠前緣 區(qū))鉛直方向位移隆升明顯、量值小于0.1m,即滑坡中后部下沉、前部區(qū)隆升特征。 3.4 滑坡成因機制分析 據(jù)調(diào)查,該滑坡變形為工程開挖斜坡引起,滑坡范圍受地形地貌、地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造及水文地質(zhì)條件控制。其形成具有明顯的內(nèi)在原因——地形地貌與地質(zhì)條件,以及外在原因——路塹邊坡開挖及長時間的持續(xù)降雨。 3
.4.1 內(nèi)在原因
滑坡形成的內(nèi)在原因主要為滑坡所在斜坡區(qū)的地形地貌、地層巖性及水文地質(zhì)條件。
(1)地形地貌
滑坡所在的微地貌單元為坡向北偏西的斜坡,天然狀態(tài)下總體坡度25°左右,屬構(gòu)造剝蝕侵蝕低山區(qū)。該斜坡坡腳是山間沖溝,高程約350m、地勢相對較低,坡頂較高,地勢相對較高約510m,相對高差約160m�；缕旅嫫鸱黄�,后緣相對較緩,坡面中部平緩,前緣相對較陡。后緣緩坡地形坡度20°左右,中部地形坡度約為10°,前緣為開挖坡度45°的路基邊坡。后緣緩坡地形為地表水匯集下滲及徑流提供有利的條件,后緣匯集的地表水在坡面中部流速降低,有利雨水下滲進入坡體;前緣開挖至公路設(shè)計標(biāo)高,地勢較低,開挖坡面形成一陡峭的臨空面,為滑坡變形提供了良好的空間條件,有利于滑坡的形成。
(2)地層巖性
據(jù)野外實地調(diào)查和鉆孔揭露,滑坡區(qū)地層為雙層結(jié)構(gòu),下部為元古界武當(dāng)山群片巖(Pt2wb)、上部蓋層為第四系(Q)。第四系(Q)主要為殘坡積物,含有較多碎石,土體松散~稍密狀態(tài),有利于大氣降水的入滲。武當(dāng)山群片巖(Pt2wb)呈褐黃色、灰白色、青灰色,變晶結(jié)構(gòu),片狀構(gòu)造。該片巖層理發(fā)育,巖土界面處層理面被地下水長期浸泡后形成軟弱填充物,為滑坡提供了天然滑面。
(3)水文地質(zhì)條件
該滑坡分布于山梁以下的斜坡地帶,區(qū)內(nèi)地形縱坡較大,為地下水補給、徑流提供了有利條件。在淺層碎石土中為松散介質(zhì)的上層滯水、中下部主要為基巖裂隙水。地下水主要受大氣降水的季節(jié)性補給。地下水接受補給后總體由土層向基巖面、然后大部分順基巖面向坡腳排泄,一般具有就地補給、就近排泄的特點。上覆第四系未分統(tǒng)殘坡積土(Q4el+dl)是松散介質(zhì)的上層滯水,在持續(xù)降雨期間淺層碎石土易處于飽水狀態(tài)。
3.4.2 外在原因
路塹工程開挖斜坡是該滑坡形成的外在原因。邊坡開挖將原有的`緩坡(坡度不大于30°)改造成總體坡度約45°、高度約10m-30m的階梯狀邊坡,因此,坡度偏陡;同時,開挖部位在斜坡的坡腳區(qū),從而失去支撐,降低了斜坡穩(wěn)定性。
4.滑坡穩(wěn)定性評價
4.1 定性分析
根據(jù)開挖過程、現(xiàn)狀及地表位移監(jiān)測成果可知,原有邊坡在正常狀況和小型降雨情況下,保持穩(wěn)定狀態(tài);在強降雨的情況下,邊坡處于不穩(wěn)定狀態(tài),發(fā)生滑移;滑移后滑坡在天然狀況或小型降雨情況下,滑坡位移變化量不大,處于極限平衡狀態(tài)。同時,滑坡位移有如下特點:中后部位移量大、前緣區(qū)位移量小,這表明該滑坡處于蠕滑階段,表現(xiàn)為滑坡中前部滑體處于擠壓變形狀態(tài)。若在后續(xù)可能存在的強降雨或者地震的情況下,極可能加劇滑坡變形,從而導(dǎo)致路塹邊坡大規(guī)模整體性滑動。
4.2 定量計算
4.2.1 計算剖面
如前所述,滑坡周界、滑面、主滑方向清晰,以滑坡中心界I- I′作為滑坡主剖面(如圖1),并據(jù)此進行滑面參數(shù)反演和穩(wěn)定性計算。
圖1 I- I’剖面圖(滑坡主滑方向)
4.2.2 計算工況
根據(jù)《公路路基設(shè)計規(guī)范JTGD30-2004》[3]中路塹邊坡設(shè)計要求,滑坡擬考慮以下三種工況條件進行邊坡穩(wěn)定計算:
(1)正常工況:邊坡處于天然狀態(tài)下的工況;
(2)非正常工況Ⅰ:邊坡處于暴雨或連續(xù)降雨狀態(tài)下的工況;
(3)非正常工況Ⅱ:邊坡處于地震等荷載作用狀態(tài)下的工況。
4.2.3 計算參數(shù)的確定
采用以參數(shù)反演為主,同時參考土工試驗成果、工程地質(zhì)類比分析成果的方案來綜合確定滑帶土的強度參數(shù)及巖土參數(shù),結(jié)果如表1所示。
表1 滑坡穩(wěn)定性計算巖土力學(xué)參數(shù)計算取值
4.2.4 穩(wěn)定性計算分析
采用極限平衡法中簡布法和傳遞系數(shù)法[4]對滑坡穩(wěn)定性進行計算與評價,計算結(jié)果見表2。
表2 滑坡I- I’剖面穩(wěn)定性計算結(jié)果
計算工況穩(wěn)定性系數(shù)備注
正常工況1.123滑坡前緣反壓有3片20米T梁,量值小,本次計算不予考慮。
非正常工況Ⅰ0.986
? 非正常工況II0.992
由表可知,滑坡I- I’剖面在天然狀態(tài)下穩(wěn)定性系數(shù)為1.123,處于基本穩(wěn)定到穩(wěn)定狀態(tài);在暴雨或持續(xù)降雨狀態(tài)下,滑坡穩(wěn)定性系數(shù)為0.986,處于欠穩(wěn)定狀態(tài); 在地震荷載狀態(tài)下,滑坡穩(wěn)定性系數(shù)為0.992,處于欠穩(wěn)定狀態(tài)。綜合考慮可知,需要對該邊坡進行工程治理。 5.結(jié)論 通過對谷城至竹溪高速公路K39+000~K39+250 左側(cè)滑坡調(diào)查、形成機制、穩(wěn)定性計算與分析等,可得如下結(jié)論: (1)該滑坡前緣高程為386m,后緣高程為432m,高差47m,縱向長約210m,前緣區(qū)寬約120m
,滑坡區(qū)面積約2.6×104m2;滑體平均厚度為8.5m,滑坡體積為22.1×104m3;主滑方向為334°,滑面總體傾角為17°。
(2)滑坡為上覆第四系未分統(tǒng)殘坡積土(Q4el+dl)順巖土界面滑移的土質(zhì)滑坡。順層斜坡天然存在的巖土界面為滑坡產(chǎn)生的基本條件,路基工程開挖為滑坡形成的主要誘發(fā)因素,雨水入滲對巖土體,特別是對滑動面的軟化作用為滑坡形成的重要影響因素。
(3)在正常工況(天然狀態(tài))下,該滑坡處于基本穩(wěn)定到穩(wěn)定狀態(tài),但在非正常工況1 和非正常工況II 下該滑坡處于欠穩(wěn)定狀態(tài)。因此,需要對邊坡進行工程治理。
(4)對滑坡體提出如下防治建議[5]:在滑坡后緣修建截排水溝,防止后部地表水滲入滑坡體;在滑坡前部設(shè)一排抗滑樁,增加滑坡整體和局部的穩(wěn)定性。
參考文獻:
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