渝黔高速向家坡滑坡特征与稳定性分析

渝黔高速向家坡滑坡特征与稳定性分析林道刚吴汉辉杨转运刘会摘要：总结了以往对向家坡滑坡治理工作经验教训，并通过定性的工程地质分析和定量计算评价了向家坡滑坡稳定性的变化趋势，提出改建公路超挖深切坡角、持续长时间强降雨形成的空隙水压力以及滑坡内部的物质组成是导致古滑波复活进而发生滑动破坏的主要因素，结论指出该滑坡治理中需考虑膨胀岩的膨胀性和加强内外排水向家坡古滑坡位于重庆一黔江高速公路K13+500-K13+960段.距重庆市南岸区四公里（四公里是重庆市的一个地名）以东3km,有机耕道直接通往该古滑坡。交通较为便利。该古滑坡形成于1998-05-18.受当时当地连续暴雨的影响，该滑坡出现大面积跨塌.在其后缘出现圆弧形张拉裂缝，经有关专家现场踏勘后，确定该滑坡为浅层牵引式土层滑坡。体积为8910m3,提出了在山顶修建截排水沟（3号、4号排水沟）、地下盲沟及在K13+560-K13+840段左侧设置抗滑桩（般桩长8-10m，最大桩长11m，总共55根）的综合治理方案。由于原设计桩的深度不够.1999年6月，发现K13+570-K13+720段路堑边坡顺路线方向又出现长达140m的多条裂缝，原边坡出现了较大的滑移变形，山顶部分桩（K13+600-K13+850段）有明显的位移，再次补充评价后认为该滑体范围大，土层较厚，一般为5-12m，最大厚度可达19m，滑坡的体积（100-180）x104m3,为一大型滑坡。根据该勘察报告，施工方案改为：在山顶加一排抗滑桩共17根，深度一般18-20m，中部按1：1-1：1.25的坡比分两级削坡，并采用格子梁加锚索锚固。在坡脚设48根锚拉（Kl3+593~K13+922段），两端用抗滑挡墙加固，在桩后作钢筋砼挡板，同时在前面施工片石砼挡墙。并在坡脚再增设15根锚索桩，在半坡设12根抗滑桩和在锚固桩上设4根锚杆加固锚固桩，锚索桩间用C20钢筋砼现浇挡墙，工程于2002年11月通过验收。但2004年6~8月，由于渝黔高速公路施工开挖，在坡顶又发现新的裂缝。前排桩以向公路倾斜为主，半坡桩出现向坡外倾斜、下沉的现象，滑坡区仍然在缓慢变形阶段，直接危及临近公路及立交桥正常营运。因此，对向家坡滑坡成因机制、滑坡特征与稳定性进行研究，并对其实施工程治理，这将对维护渝黔高速公路的正常营运和保持社会稳定起到积极作用。同时也是实施科学合理加固的重要基础。1滑坡区工程地质环境条件1.1地形地貌滑坡区内地势东高西低，为阶梯状斜坡地貌，上陡下缓，下部斜坡自然坡度20°〜30°:上部斜坡坡度大于40°，局部为陡崖；由于公路的修建及滑坡的前期治理，现状地形可明显分为3级台阶。滑坡上部缓坡平台地形坡度18°，高程385~400m；中部呈阶梯状，前缘为高12~14m的桩锚挡土墙，公路为勘测区的最低点，高程一般342~346m。滑坡后壁为高约40m的陡壁，南侧和北侧为冲沟。滑坡前缘为走向为SN的路堑边坡。1.2地层岩性KlU'w河组（T3xj）。滑坡岩土层见工程地质综合剖面图1。FfKImJEDJ——■IBS讯雀①命mlKlU'w河组（T3xj）。滑坡岩土层见工程地质综合剖面图1。FfKImJEDJ——■IBS讯雀①命mlmJI-滑坡iff驼掷LA第内系朝技格盛日依有土：3-泥世;4-长"蔓酵咨;5帝带成敕弱琵化带:6-IMftSEs§弱魄化具蝶;g-Sf血位置刷稀界博日卜己吃ft水也；捆（向靠坡滑坡工稚地既峰修耕肯圈1.3地质构造与水文地质条件滑坡区位于南温泉背斜的西翼，处于陡缓交界的阶梯状斜坡地带，为单斜构造，岩层产状较陡。渝黔高速公路施工后，左侧路堑边坡做了桩锚挡墙支护，改变了原有的水文地质条件，堵塞原有排泄通道，形成具有一定储量、一定水头压力的地下水富集带。由于测区地势东高西低，东部为陡峻的山坡，地形坡度一般大于50°，岩层产状陡立，一般75°~85°，地下水径流途径短，向基岩裂隙渗透的水量少。滑坡区缓坡地带以隔水性较好的泥岩为主，补给和赋存条件差，富水性差。2滑坡体多级滑动特征2.1潜在变形体特征（深层滑动）潜在变形体在平面上呈半椭圆形，空间分布上呈现明显的阶梯地形，后缘及第3排抗滑挡土墙以上地段发育两级滑坡平台，地形坡度15°〜25°，中前部（阻滑工程段）地形坡度45°~50°，局部下坐形成25°左右的缓坡平台，其主滑方向约NW280°，长204.74m，前缘宽376.82m，中部宽335.00m，后缘宽255.19m，平均宽度305.52m，体积为173.58x10^4m3o2.2中层滑坡特征中层滑坡在平面上呈新月形，空间分布上呈现明显的阶梯地形。滑坡后缘及第3排抗滑挡土墙以上地段发育两级滑坡平台，地形坡度15°~25°，中前部（阻滑工程段）地形坡度45°~50°，局部下座形成15°左右的缓坡平台。滑坡轴长100.80m。前缘宽224.50m,中部宽213.81m,后缘宽184.40m。平均宽度207.57m。滑坡滑动方向NW275°，体积为43.51*10^4m3。浅层滑坡在平面上呈椭圆形，空间分布上呈现明显的阶梯地形。陡缓相间，地形坡度15°〜45°,局部下坐形成15°左右的缓坡平台。该级滑坡轴长59.05m,前缘宽157.20m,中部宽147.91m,后缘宽129.85m,平均宽度144.96m；滑坡的规模为11.04x10^4m3。浅层滑坡滑面呈圆弧形。起伏较大，主要为紫红色强风化泥岩，泥质胶结，呈短柱状和碎块状，岩层倾向坡内。滑带土为灰白色、紫红、灰绿色粉质粘土夹少量泥岩团块，天然状态下呈软塑状。粘土矿物富集，可见明显的揉搓现象，擦痕光滑起伏，擦痕面新鲜，岩芯呈饼状，为特殊类膨胀土类。3滑坡成因机制分析滑坡前缘路基设计开挖深度约0~40m，坡度较陡，开挖后在公路边坡及其下部形成一临空面，坡体上泉水发育，随季节略有变化。坡体主要由风化强烈的膨胀性岩土组成，上部裂缝发育。且膨胀土本身也容易收缩，这些都为地表水和降雨的入渗提供了径流通道，降雨后易降低滑带(面)的力学强度，促进了滑坡的发展。潜在变形体表层为粉质粘土夹少量碎块石透水性差，具可塑状，局部地下水富集带，呈软塑状，遇水易软化变形，具膨胀性；下部岩性为强风化泥岩，网状裂隙发育，具膨胀特征，部分泥化现象突出，为潜在变形体的形成提供了物质基础；中层、浅层滑坡体组成物质主要为粉质粘土、碎块石、强风化泥岩，透水性差，呈可塑一软塑状，遇水易软化变形，下部为强风化泥岩；由于挡墙内排水孔堵塞造成的雍水，在水压力的作用下加速了膨胀岩软弱带向纵深发展，为滑坡形成提供了物质基础。修建渝黔高速公路时大规模的切坡是古滑坡重新复活的主因。因古滑坡体岩石破碎，风化强烈，岩性软弱，而切坡的部位正处于古滑坡滑动区向阻滑区的转折部位，残余的下滑力很大。大规模深切坡使残余的下滑力获得释放，从而引起高切坡附近的古滑坡体局部滑动；此外滑坡下伏基岩层面总体倾向坡外.这也为滑坡形成提供了滑动结构面，由此造成累进性破坏，使古滑体大规模复活。持续大气降雨的影响是古滑坡复活的诱因。滑坡复活时在坡面上形成大量的陡倾拉裂面。形成大气降雨入渗地下的良好通道，同时也破坏了地面排水系统。由于排水孔失效，致使挡墙(桩板)后积存了大量的地下水，地面无纵向排水设施，加大了地表水人渗量；另外，由于对强风化带的认识不足，主滑带抗滑桩悬浮于强风化带中是滑坡治理工程失效的主要原因。滑坡稳定性受多种内外因素的影响，如施工中为加快施工进度而引起的不合理放炮以及公路开挖的弃土抛填在公路左侧的斜坡上加载也是诱发滑坡的重要因素。4滑坡稳定性分析与评价4.1计算方法和计算工况为了最大限度地反映目前状态下滑坡的稳定性。采用了自然历史分析法、仪器测定法、工程类比法进行了稳定性分析，并在此基础上，运用力学的方法一一传递系数法进行了定量分析。其计算工况分天然状态、饱和状态及饱和状态+地震3种工况。工况1：自重+地面荷载，取天然重度、天然抗剪试验值：工况2：自重+地面荷载+暴雨，取饱和重度和饱和抗剪，因该滑坡曾经滑动过，采用饱和抗剪残余值；工况3：自重+地面荷载+暴雨+地震，取饱和重度及饱和抗剪，因该滑坡曾经滑动过，采用饱和抗剪残余值，并考虑地震力作用，但安全系数适当降低0.05-0.1。4.2滑坡稳定性敏感分析

以浅层滑坡为例，选用工程地质综合剖面（女口图1所示）对滑坡粘聚力c、内摩擦角西指标进行敏感性

分析。工况l、2对应情况下稳定系数风变化情况的计算成果如图2〜图5所示。堂竭眼稿滤—•—羽-■—25-^30T—35堂竭眼稿滤—•—45T—5055粘聚曲@2［况”I关系曲线图3工况I用-巾关系曲线E4工况I毋F关系曲线内摩擦角杯图5工况［心关系曲线根据上述敏感性分析，稳定系数风值随内摩擦角e值的变化显著，表明滑坡稳定系数Fs随值的变化较c值大，e值对滑坡稳定系数影响最显著，反算过程中宜采用c值反算e值。此外，从工况1到工况2稳定系数逐渐减少，即说明暴雨对滑坡的稳定性会产生较大影响。而该滑坡处于抗震设防烈度小于6度，可不考虑工况内摩擦角杯图5工况［心关系曲线4.3滑带土抗剪强度参数（c、cp）滑带土抗剪强度参数取值主要考虑了以下几个方面的因素（如表1所示）：①滑带土的物质组成及综合性状为基础；②以c、e值的反算分析作为依据；③当地已发生滑坡的力学参数经验值作为参考；④滑带土的物理力学试验成果为验证。根据以上分析，最终滑带土参数取值见表2。衰1骨坡稳定性计摊擀带土抗爵强度亭鞍取值表现场天妙.天总35.4U^S>2,34J2.6S-]&,76现场天妙.天总35.4U^S>2,34J2.6S-]&,76炮制状态25.71^50.24HUZ-17.54膜算天然秋惑5020分析饱秘秋态】&天然状窑2513经瞳施和就毒2012疣.嗟滑坡*2龄*$性质事值滑坡•分用•现髀邮即世.志屋抗前强度饱却天摭瓯加7/kKbni'JyAKjjuj泓Pm■印树"浅是22,422.950.020.0船.01混|中尼次归23.2555.02tr.()站-心竺一1）潭层25星60.0痢如.0gg4.4滑坡稳定性评价滑坡稳定分析计算结果如表3所示。ft浩城总定分析廿耳蜻果滑岐稽定性系JKF.瞄中段浅屋工况1工障2匚配3工加工配3T.ffl1T况W[:配31-113.7*71455552-2'1.M71.255IJ231,1091.0050.997IJ911.0130.9«&3-311.7151.J56LJMLI2I1.0091.0001.224tO16G.98JI’17231.346IJ4ML11210060.974I.2WLO1O。狗5-3r13101知1J571.024L0L712321.020。一颊表3计算结果表明，潜在变形体在天然状态（工况1）和饱水状态（工况2）滑坡处于稳定状态，在地震工况（工况3）欠稳定；中层滑坡在天然状态（工况1）稳定，在饱水状态（工况2）滑坡处于欠稳定或不稳定状态，在地震工况（工况3）滑坡不稳定；浅层滑坡在天然状态下（工况1）稳定或欠稳定，在饱水状态（工况2）滑坡

处于欠稳定或不稳定状态，在地震工况(工况3)滑坡不稳定。在持续暴雨作用下，滑坡会发生浅层和深层变形，潜在变形体处于稳定状态，现场开挖放炮的作用类似于地震，一旦施工方停止施工放炮，则潜在变形体就不会产生新的裂缝，如果放炮施工，通过监测发现前排桩出现少量的回弹现象，说明原抗滑桩并未完全失效。由此可见，计算结果与现场实际情况基本相吻合。该滑坡的中前部为浅层支挡区域。该段出现了多次拉裂变形.相应作了抗滑桩、挡土墙支挡及格构护坡。在抗滑桩后部，出现了多条宽大裂缝，裂缝长一般40--50m，宽3~8cm不等，可见深在0.1-0.2m,拉裂缝呈明显的弧形，桩身发生了整体变形(部分砼剪断，钢筋未断)。从宏观分析来看，这主要是由于组成滑坡体的土类为膨胀土，该层膨胀矿物含量高，膨胀土本身收缩开裂，为地表水和降雨的人渗提供了径流通道，使滑体处于饱和状态，降低了滑带(面)的力学强度，对滑坡的滑动起到了润滑作用。使得滑坡在持续暴雨作用下容易失稳。而对于潜在变形体来说，其下基岩以泥岩为主，透水性差，大气降雨的渗入作用较小，主要是潜在变形体深开挖过程中的放炮作用，加大了剩余下滑力，再加上潜在变形体中部阻滑段的深开挖，减小了滑坡的阻滑力，造成应力失衡，容易使滑坡失稳。5结语运用传递系数法的基本理论，试算出向家坡滑坡3种基本不同工况同c、e取值情a况下的稳定系数，得出Fs-c与Fs-e,关系曲线，从而直观地分析出Fs对内摩擦角西的反应较粘聚力c的反应灵敏得多。加强对强风化带成因的研究。笔者认为，考虑滑带土物质成分具有膨胀性特点，强风化带岩土与滑坡的形成关系极大，可能就是滑坡的一部分，强风化带与弱风化带的分界面就是滑坡的滑动面。尽管对于珍珠冲组(J1z)膨胀岩的膨胀性已进行了大量的研究，但对本工程而言，前人提交的勘查报告仅提出自由膨胀率一个指