邵怀高速公路K129+900～K130+000段 滑坡稳定性分析与治理-论文网

分类：建筑设计论文发表 时间：2011-05-18 09:25 关注：(1)

邵怀高速公路K129+900～K130+000段

滑坡稳定性分析与治理

许 平

摘要：对邵阳至怀化高速公路K129+900～K130+000段滑坡进行详细地质勘察，然后根据工程地质条件分析其边坡稳定性以及确定治理方案。工程实践证明，治理方案效果很好。

关键词：滑坡；稳定性；治理

1工程简介

邵阳至怀化高速公路K129+900～K130+000段滑坡为路堑边坡。边坡原设计方案为二级边坡，边坡最大切深约为16m，按1:1.25坡比放坡,在坡高10m处设一宽2m的台阶。2004年12月边坡开挖后，该边坡坡面呈“M”形产生滑移，滑移面积约为90×40m2，坡顶原已完成截水沟砌体沿坡面滑移达4.5m，坡面上产生较多的张拉裂缝，其中滑坡体后缘壁高差一般为0.5～2.0m左右，最大高差在K129+922左30达到2.4m。滑坡体内产生多级滑坡台阶，各台阶之间多为宽约5～30cm不等的张拉裂缝，裂缝长5～15m不等，可测深度多为0.4～1.2m。坡体中下部及破裂缘附近产生较多的扇形裂隙及少数剪切裂缝，扇形裂缝一般长约1.0～2.2m，宽5～20mm不等。由于边坡产生滑移破坏后，历经多次暴雨，坡面裂缝多为坡面面流所携带泥质充填或为上部滑动土体所覆盖。本次勘察采用了野外工程地质调查与测绘、钻探、原位标准贯入试验、取样及室内土工试验等多种勘察手段。

2边坡工程地质条件

2．1地形地貌

本边坡位于洪江市大崇乡唐家盘村山体斜坡上, 地貌类型为低山地貌，地形起伏较大，斜坡坡底高程为266.80m，斜坡坡顶高程为402.5m，相对高差为135.70m，地面高程一般为260.0～370.0m。植被发育不良，其中路线左侧约110m以外山体自然坡度约为38°，主要种植一些桔树等经济作物。路线左侧约110m处至路线中线附近山体自然坡度约为26°,其间梯田广布，主要为水稻田。田内可见大量坡积形成的大孤石，其粒径多为50～100cm，最大粒径可达200cm。路线中线至山坡坡脚山体自然坡度约为33°，山坡上主要种植玉米、红薯等农作物，坡面上可见大孤石，孤石母岩以弱～微风化砂质板岩为主，岩质坚硬。

2．2区域地质构造

场地地层为震旦系江口组地层，总体为单斜构造，岩层产状存在一定的变化，岩层产状为356°∠36°，岩层节理裂隙很发育，间距一般为30～70cm，节理产状主要为45°～70°∠41°～67°、10°～35°∠35～41°及170°～180°∠70～85°。

本次勘察于ZK07-1、ZK08、ZK09及ZK10段揭露断层破碎带，岩性以压碎岩及少量糜棱岩为主，岩石很破碎，部分岩芯呈泥夹碎石状，其中ZK09揭露的压碎岩硅化现象明显。根据钻孔破碎带的埋置深度及邻近钻孔揭露地层情况推测断层倾向NW，倾角约为60°。

2．3地下水

边坡地表水不发育，主要为边坡面流，边坡上部为水稻田，由于边坡截水沟已毁，在雨季，边坡上部所汇聚雨水经坡面以面流的形式的排泄。由于边坡发生滑移后，滑坡体内产生多级滑坡台阶，各台阶之间产生较多长5～15m、宽5～30cm的张拉裂缝，面流易在裂缝处下渗而转化为地下水,并于滑坡坡体内中部及坡脚处以下降泉的形式排泄，如ZK07及ZK08-1旁在雨后有泉水出露，其中于某日上午测得ZK07旁泉水流量达15.8ml/s，下午测得ZK08-1旁泉水流量达9.4ml/s。

场地内地下水主要为赋存于亚粘土及全风化岩层内的孔隙水及基岩裂隙水，其中孔隙潜水主要赋存于第四系覆盖层及全风化岩层中。第四系覆盖层透水性一般较弱，其中亚粘土结构较松散，其透水性较弱；一般山坡处地下水位埋深较大，且地下水位随地形起伏而变化，主要接受大气降水补给，流向斜坡坡脚处。坡脚处地下水位埋深较浅，于K129+960右侧80m可见泉水出露，流量很小。

基岩裂隙潜水主要赋存于基岩节理裂隙及岩层破碎带中。由于基岩节理裂隙一般仅在浅部微张，往下多为闭合，其富水性和透水性弱，水量不大；其与上部孔隙水连通一般较差。

根据该合同段详勘资料，边坡内地下水对混凝土无结晶类腐蚀及分解类腐蚀。由于地表为含砾石的亚粘土，土质较松散，雨水易渗入坡体内，加之场地处于斜坡中下部，属地下水排泄区，地下水对边坡的稳定性易产生不良影响。

2．4岩土物理力学性质

本次勘察在全风化页岩及碎石层所夹粘性土层中采取了原状土样63组，室内土工试验除常规项目外，土的抗剪强度（峰值及残余值）试验采用了重塑土饱和快剪的试验方法。岩石主要进行了单轴极限抗压强度试验。

表1 标准惯入试验成果统计表

测试土层 测试次数 标贯范围值 平均实测

击数(N) 校正后平均击数(N) 容许承载力

[σo]（kPa）

Qh 亚粘土 20 12～47 25.60 22.95 560

Zaj 全风化砂质板岩 31 5～68 29.29 24.45 600

表2 岩石天然状态下单轴极限抗压强度统计表

岩 石 类 别 试样数

（件） Rja范围值

(MPa) Rja算术平均值

(MPa) Rja算术标准值

(MPa) 备注

弱风化砂质板岩 2 4.60 5.55 5.55 天然抗压

 

表3 亚粘土的物理力学指标统计表

岩 土 名 称 亚粘土（Qh）

样本数 范围值 平均值φm 标准差σf 标准值φk

含水量(%) 16 24.20～34.80 28.90 2.61 30.06

湿密度(g/cm3) 16 1.86～2.03 1.91 0.04 1.89

干密度(g/cm3) 16 1.41～1.58 1.48 0.05 1.46

孔隙比 16 0.71～0.91 0.82 0.06 0.85

饱和度Sr(%) 13 85.91～97.77 93.01 3.03 91.50

土粒比重G 17 2.64～2.75 2.70 0.03 2.69

液限WL(%) 17 21.80～37.40 31.91 4.28 30.07

塑限WP(%) 17 13.20～29.20 21.71 4.16 19.93

塑性指数Ip 17 7.10～14.50 10.19 2.08 9.30

液性指数IL 16 0.20～1.44 0.66 0.33 0.81

压缩系数av1-2(MPa-1) 16 0.20～0.50 0.38 0.09 0.42

压缩模量Es(MPa) 15 3.51～8.58 5.15 1.44 4.48

（重塑土）

抗剪强度 峰

值 凝聚力(kPa) 10 5.31～73.92 36.01 18.06 25.44

摩擦角(°) 10 11.62～22.96 17.86 3.82 15.62

残余

值 凝聚力(kPa) 5 7.83～23.75 14.11 6.69 7.77

摩擦角(°) 5 16.15～23.17 18.83 2.72 16.25

表4 全风化砂质板岩的物理力学指标统计表

岩 土 名 称 全风化砂质板岩（Zaj）

样本数 范围值 平均值φm 标准差σf 标准值φk

含水量(%) 46 17.2～33.9 26.17 4.00 27.18

湿密度(g/cm3) 46 1.84～2.10 1.98 0.06 1.97

干密度(g/cm3) 46 1.40～1.77 1.57 0.09 1.55

孔隙比 46 0.49～0.96 0.72 0.10 0.74

饱和度Sr(%) 28 83.53～99.90 94.64 4.05 93.31

土粒比重G 48 2.64～2.75 2.69 0.03 2.69

液限WL(%) 48 21.90～37.30 30.90 3.66 29.99

塑限WP(%) 48 12.40～28.20 20.71 3.23 19.91

塑性指数Ip 48 6.40～14.10 10.19 2.15 9.66

液性指数IL 41 0.06～1.56 0.63 0.34 0.73

压缩系数av1-2(MPa-1) 45 0.13～0.48 0.30 0.08 0.32

压缩模量Es(MPa) 45 4.06～11.75 6.23 1.80 5.77

重塑土

抗剪

强度 峰

值 凝聚力(kPa) 19 3.68～80.73 33.00 22.12 24.07

摩擦角(°) 19 13.21～28.52 20.99 4.50 19.17

残

余

值 凝聚力(kPa) 23 1.63～33.33 10.68 8.34 7.64

摩擦角(°) 23 10.50～26.37 18.70 4.42 17.09

3边坡稳定性评价和治理方案

3．1产生滑坡原因分析

本边坡开挖后坡面裸露面积大，边坡上部水田内水流及雨水易在坡面处富集并在坡面处以面流的形式排泄，而由开挖后的坡面发生滑移，产生诸多张拉裂缝。坡面面流易在坡面处沿裂缝下渗而转变为地下水，这些地下水在岩土层中一方面可以形成荷载，另一方面它对岩土层起了软化作用，从而降低了岩土层的抗剪强度。地表水流在坡面汇集下渗是导致边坡产生裂隙的最主要的外因。边坡的开挖破坏了原始边坡的稳定状态，产生了新的临空面，为边坡发生滑移破坏提供了必要条件。

3．2滑坡所在边坡稳定性计算分析及评价

根据滑坡体内钻孔ZK04-1、ZK05、ZK06及ZK08-1及探槽揭露情况分析，滑坡体内滑动带内岩土层为亚粘土及全风化层，一个钻孔内一般会揭露多段流～软塑状、呈揉碎状岩芯，该段原状土样或邻近原状土样的室内土工试验值也偏低，为滑坡具有多层滑动特征的反映。

根据现场勘探钻孔资料、原位测试及土工试验结果，并参考同类工程经验，在多次反算的基础上，确定了滑坡的滑动面（A）及其相应的抗剪指标，同时，依据勘察资料，对滑坡体上下边坡虚拟了若干最为不利的滑动面（如图1所示）进行试算分析，如以滑面A的剪出口为剪出口虚拟了滑面（Ⅲ）、（Ⅳ），以滑面A的后壁为入口并通过全、强风化界线虚拟了滑面（Ⅰ）、（Ⅱ），以此分析评价滑坡所在边坡在路基边坡开挖前后的稳定性变化规律，以合理分析评价路基边坡的开挖对滑坡体上下边坡的稳定性的影响。

图1 边坡计算分析、评价示意图

表5 边坡稳定性计算参数及结果

项 目 实测滑动面 虚拟滑动面 备 注

代表滑动面编号 (A) (Ⅰ) (Ⅱ) (Ⅲ) (Ⅳ)

安全系数 原始边坡 1.44 1.10 1,17 1.45 1.35 恢复原地貌进行反算所得

开挖后边坡 1.00 1.21 1.14 1.06 1.11

系数差 -0.44 +0.10 -0.03 -0.39 -0.24

对表5的计算说明两点：（1）边坡各代表滑面以土工试验成果为依据,虚拟滑动面仅为便于分析说明之用，为假设存在滑动面。（2）结合土工试验成果，（A）滑面采用的残余抗剪强度指标为C′=10 .0kPa、φ′=16.0°；滑面（Ⅰ）、（Ⅱ）主要位于全风化层内，采用全风化层的抗剪强度指标为C′=20.0kPa、φ′=18.0°,（Ⅲ）、（Ⅳ）滑面地层以亚粘土、全风化层为主，采用亚粘土、全风化层的抗剪强度综合指标为C′=18.0kPa、φ′=16.0°。

如图1所示，滑坡所在地段地形较其上、下原自然边坡缓，形成近似于台阶形坡面，路基位于台阶边坡下侧边坡突变处，路基的开挖将边坡分为上、下边坡（上边坡地形由陡变缓、下边坡边缓变陡），现将滑坡所在边坡分滑坡上边坡、下边坡两边坡分别评价：

上边坡：上边坡自然坡度由38°的山坡变为坡度约26°的水田地段,而相对较平缓的水田地段（包括路基及滑坡所在地段）的岩土层对其上部边坡起到了 “反压护坡”的作用，为其承受了大部份的下滑力，从面使上部边坡保持稳定，而路基边坡的开挖，使这种“反压护坡”的作用降低，使上部边坡的安全储备降低，增加边坡有横向滑移的可能；边坡的开挖破坏了边坡的原始应力状态，并产生了新的临空面，改变了地表水的入渗条件和排泄条件，且挖方破坏地表植被，加速地表降水坡及坡面面流的下渗，恶化边坡的工程地质条件和水文地质条件，增加滑坡向其后壁扩展的可能。如根据滑面A及虚拟滑动面（Ⅱ）、（Ⅲ）]的计算结果分析，路基边坡的开挖总体导致了路基左侧边坡整体稳定性的降低，其变化规律显示路基边坡的开挖会诱发牵引式滑坡，对已发生的边坡若不及早处置会使滑坡后壁向后扩展而形成更大规模的滑坡。由于原始上边坡在路基边坡开挖前是稳定的，且恢复原地面线计算的边坡安全系数均＞1.20，而路基边坡开后，边坡的安全系数均有所降低，且多小于1.20，因此，路基边坡的开挖诱发的牵引式滑坡，其剪出口不会低于路基面，而由此导致的边坡的稳定性的降低应予补强加固。

下边坡：下边坡山体自然坡度由26°变为33°,根据勘察资料，下边坡全、强风化岩层分界线与坡面近于平行，下边坡潜在的不利滑面如（Ⅰ）、（Ⅱ）所示，而路基边坡的开挖相对于路基下边坡岩土层而言相当于在潜在滑动体上部卸载，有利于原始边坡的稳定，虚拟滑面（Ⅰ）的计算结果也说明了这点；而滑面（Ⅱ）由于下边坡承受了上边坡相当一部分的下滑力，其稳定性降低了，但根据虚拟滑面（Ⅱ）的计算结果表明，路基边坡的开挖对其稳定性的影响是较小，在对上边坡进防护的情况下，其稳定性与滑面（Ⅰ）是一致的，总体而言，路基边坡的开挖使下边坡的安全系数有所增加，且原始边坡是稳定的，故下边坡可不作处理；但下边坡表层多为松散的第四系覆盖层，以含砾的亚粘土为主，其稳定性较差，在地表面流等外界因素的诱导下，易产生局部的小滑塌，应进行必要的坡面防护。由以上滑坡所在边坡的稳定性计算分析，路基边坡的开挖对上边坡的稳定性影响大，使其安全储备低于相应规范要求，必需进行补强加固处理。

3．3边坡治理方案

边坡处治范围为K129+900～K130+000段，对开挖路基上边坡在进行边坡排水的基础上采取抗滑桩进行补强加固，在边坡左侧抗滑桩（抗滑桩桩基进入弱风化岩层内）施工完毕后，再按1：1.50放坡并于开挖路基边坡坡脚处设置水平排水孔。路基边坡坡面采用锚杆网格梁种草防护。对已开挖路基下边坡采用锚杆网格梁种草防护。对边坡加固设计所需的岩土参数采用表6数值。工程实践证明，该治理方案效果很好。

表6 边坡加固设计岩土参数

岩土层名称 亚粘土 滑动面 砂质板岩

全风化 强风化 弱风化

土的重度（kN/m3） 天然 18.9 — 19.7 23.1 —

饱和 19.1 — 19.8 23.9 —

抗剪

强度 凝聚力c（kPa） 15.0 10.0 20.0 50.0 —

内摩擦角φ（度） 16.5 16.0 18.0 32.0 —

容许承载力[σ0]（kPa） 250 — 280 350 2000

钻孔灌注桩桩周土的

极限摩阻力τi(kPa) 45 — 60 80 —

岩石与锚固体粘结强度特征值（kPa） — — 60 200 —

基底摩擦系数μ — — — 0.45 0.60

地基反力系数m(MN/m4) 6 — 8 — —

地基反力系数KV(MN/m3) — — — 120 600

4结语

（1）邵阳至怀化高速公路K129+900～K130+000段边坡在钻孔ZK08、ZK07-1及ZK09内揭露断层破碎带，但其厚度较小，影响范有限。边坡地形起伏较大，植被较发育，地形地质条件较复杂。

（2）路基边坡的开挖卸除了坡脚部分有利于路基上边坡稳定的土体，降低了路基上边坡的稳定性，极易诱发牵引式滑坡，而由此导致的边坡的稳定性的降低应予补强加固。对该边坡在进行边坡排水的基础上采取抗滑桩进行补强加固，在边坡左侧抗滑桩（抗滑桩桩基进入弱风化岩层内）施工完毕后，再清除坡面松散土体或夯实坡面土体，并于开挖路基边坡坡脚处设置水平排水孔，路基边坡坡面采用锚杆网格梁种草防护。

（3）在对上边坡进行防护的情况下，路基边坡的开挖使下边坡的安全系数有所增加，且原始边坡是稳定的，故下边坡可不作处理。但下边坡表层多为松散的第四系覆盖层，以含砾的亚粘土为主，其稳定性较差，在地表面流等外界因素的诱导下，易产生局部的小滑塌，应进行必要的坡面防护，采用锚杆网格梁种草防护。

参考文献：

1、赵明阶等，边坡工程处治技术，北京：人民交通出版社，2003

2、洪毓康，土质学与土力学，北京：人民交通出版社，1997

3、杨建国等，边坡地质灾害防治技术综述，路基工程，No.6，2000

4、中华人民共和国行业标准，公路路基设计规范（JTJ013-95）,北京：人民交通出版社，1996