高边坡变形机制分析及处治措施

xx高速公路K198段高边坡变形机制分析及处治措施1前言我国西南地区地处欧亚板块与印度洋板块碰撞带的东缘附近,新第三纪以来地壳抬升迅速,受之影响,区内各类新构造运动强烈，破坏性地震频繁，近地表岩层结构面发育，风化差异性大[1～3]。广泛存在的不稳定岩土体为滑坡、泥石流的形成提供了物质基础。气候类型复杂，干湿季分明，雨季多暴雨；受其特色地形“V”型谷影响，山区河流水位暴涨暴落，流水侵蚀和搬运作用异常强烈，降雨常常成为滑坡、泥石流等地质灾害的主要激发因素。正在加紧建设的xx高速公路系国家“五纵七横”国道主干线xx线上的重要路段。该公路起于xx，至于xx县城，全线采用四车道高速公路标准建设，计算行车速度采用80km/h，路基宽24.5m，起讫桩号k151+600～k225+500，全长73.9km。沿线属于山岭重点区，地质、地形条件相当复杂，多为高填、高挖路段，施工难度较大。在施工期间经常发生隧道涌水、坍塌、施工引起的古滑坡复活等地质灾害。本文兹以左k198段高边坡开挖后出现严重变形为例，对其变形机制做一些分析。2工程地形地质概况2.1地形地貌滑坡位于xx高原东南向xx溶原过渡之斜坡地带，属剥蚀低中山、构造侵蚀沟谷地貌。由于地壳的间断上升和河流急剧下切，山高谷深，呈“V”字型沟谷发育，一般河流切割深度200~400m，形成构造侵蚀沟谷地貌和剥蚀低中山地貌。河谷谷坡多见凸面谷坡，山顶平缓。工作区地势北高南低。最高点海拔1361.6m，最低点1318.32.2地层岩性区内地层，主要有第四系（Qdel）亚粘土、第四系（Qdel）角砾土含碎石、第四系（Qdel）碎石土含块石、泥盆系下统翠峰山组（D1c）粉砂质泥岩、砂岩，现(1)第四系（Qdel）褐黄、褐红色亚粘土，局部含强风化粉砂岩角硬塑状，滑动带附近呈软塑～可塑状；(2)第四系（Qdel）褐红、褐紫色角砾土含碎石，松散，稍湿，为粉砂岩风化残积土，局部碎石含量较高，为碎石土；(3)第四系（Qdel）褐红色碎石土含块石，松散～稍密，稍湿，石质为强风化粉砂岩，滑动带见磨光、挤压现象。(4)泥盆系下统翠峰山组（D1c）褐灰、褐红色粉砂质泥岩、砂岩，薄～中厚层状，强风化，砂状～碎石状，局部弱风化，节理发育，岩石破碎，钻孔揭露有一组近垂直节理很发育2.3构造及地震该区位于南岭纬向构造体系的西端，xx经向构造带的西南缘，xx巨型“歹”字构造体系中部东支的东侧。滇越巨型旋扭构造体系的旋回面在本区内也是明显存在的。根据《中国地震动参数区划图》（GB18306—2001）规定，xx、xx县抗震设防烈度为VI度，设计基本地震加速度值为0.052.4水文地质条件区内地下水以孔隙潜水和基岩裂隙水为主。勘察期间,钻孔测得水位为7.5～11.2米，滑坡体内地下水位随地形变化较大，同时受雨季地表迳流影响严重，地下水以基岩裂隙水、第四系松散岩类孔隙水3坡体变形特征3.1坡体变形工程开挖后，坡体蠕动变形，后部呈台阶状，裂缝广泛发育，前缘呈陡坡状，其中，由于次级滑坡的蠕动变形，滑坡体后缘产生多条新鲜的垂直拉—张裂缝(图1)，裂缝相互平行，在坡体上呈扇形，最长者约30m，宽约为2～3cm。此外，在坡体表面中部出现细微小裂纹，这些裂纹在数量上有不断增多、尺寸上有不断扩展的趋势。图1左K198段滑坡平面图3.2坡体滑塌滑塌现象主要发生在K198+600～640段开挖形成的高陡边坡附近,这种滑塌现象自开挖完成以来到全面整治之前时有发生，坡脚附近会产生许多拉—张裂缝，并向坡体内递进式扩展，坡上时有松散土块自行塌落。滑体有两个滑动方向，其一是向公路临空面方向滑塌，另一方向是顺层滑移，即顺滑坡体主滑轴方向滑移。4滑坡发生机制分析4.1开挖卸荷边坡被切削后，坡体临空面的岩土体应力释放，岩土体结构逐渐松弛，坡体上出现了不同程度的卸荷裂缝，随着应力的进一步释放，在坡体后缘将会出现拉张裂缝[4~5]。如图2所示高边坡，边坡岩土体中A点的初始应力为、（一般为受压），边坡开挖后，岩土体中A点的应力调整为、。尤其是，它可能为拉应力或为0。因此，A点应力经历了一个从压到拉的复杂的变化过程。然而，由于岩体的抗拉强度很弱，拉应力的存在直接影响到岩体的强度和稳定。图2高边坡开挖的卸荷作用4.2降雨入渗影响区内降雨量大、集中、持续时间长。其对边坡而言降雨的不利作用表现在两个方面：抬高地下水位和降低岩土体的抗剪强度[6]。滑坡体岩性为亚粘土含角砾、角砾土含碎石、碎石土含块石，吸水性较强；滑床岩性为泥岩、砂岩，透水性较差。一般说来，降雨时雨水渗入岩土体表层造成表层的饱和度增加，然后逐渐向下部移动。在渗透路径较短的坡脚部雨水首先达到不透水层，并在这一部位积聚。此后坡脚的饱和度逐渐增高而后形成浸润线。以后雨水的渗透主要是造成坡脚的浸润线的上升和移动。可以这样认为，降雨入渗的过程主要是非饱和岩土体变为饱和岩土体的过程。以浸润线为界，水分的增加主要发生在界线以内，表现为岩土体由非饱和变为饱和。当然，边坡失稳的直接原因还有岩土体抗剪强度降低，孔隙水压力的上升和土体重量的增加。通过试验确定，抗剪强度变化主要是因为粘聚力的降低，由水分增加引起岩土体饱和可以使土的粘聚力降低到干燥时的1/10。同时，一般情况下，同种岩土体，非饱和时的抗剪强度一般大于饱和时的抗剪强度，而且非饱和岩土体的抗剪强度随着含水量的增大而减小。降雨造成的非饱和区岩土体抗剪强度的降低也是造成边坡失稳的一个重要原因。4.3工程扰动路堑开挖使滑坡体完整性遭受破坏和整体强度降低，成为滑坡体复活变形的外部因素[7]，该滑坡在开挖前是稳定的，是由于没有外在因素的扰动影响，根据现场观察分析，滑坡体是从边坡第一级坡中部剪出，从而可以断定，该古滑坡的抗滑段已经被切断，滑坡体上部分潜在滑动面的抗剪强度不足以抵挡下滑力。另外，滑坡体上出现了高边坡，形成了临空条件，为重力作用更有效实施提供了前提。5处治措施5.1削方减重从工程地质资料我们可以知道到坡中表面是约8m厚的坡积土层，所以拟放缓K198+560～K198+640第二级边坡，适当削方以减轻坡体的自重。这样既可以减小剩余下滑力5.2排水工程5.2.1由于第四系残坡积层结构疏松，透水性较好，因此应平整夯实山坡坡面，用粘土填塞滑坡后缘和滑体上的裂缝，防止坡面径流汇集下渗至滑体内部，同时，在距离滑坡后缘裂缝5m以外的稳定斜坡面上设置环形外围截水排水沟。根据地形设置一条绕滑体外围截水沟，断面尺寸是以该地区最大降雨强度时水流不漫沟为标准，沟底高程和沟底比降以顺利排除拦截地表水为原则,水沟在平面上呈“人”字形展布。5.2.2坡内排水所在区域的降水十分丰富，且滑坡体岩土体渗透系数较大，当降水后，雨水会很快渗透到坡体内，使切坡的抗剪强度降低，在滑坡上路段我们采取以下2种方式进行排除坡内积水:①平孔排水。在第1级边坡和第2级边坡下部采用PVC有孔排水管进行排水。塑料排水管长度为达到潜滑面附近为准，直径为10cm梅花型布置,排水管设5%坡度以利排水，这种方式主要是排除深层积水。②在第2级切坡设置支撑渗沟排水。支撑渗沟宽2m,底部采用M7.5砂浆砌片石,两边及背部采用砂夹卵石作反滤层,中间用干砌片石。5.3护面工程边坡凌空面主要是由第四系（Qdel）角砾土含碎石、第四系（Qdel）碎石土含块石组成，此种岩土体暴露于地表极易松弛，容易使雨水沿裂缝渗入坡体内和发生局部失稳现象。在K198+560～K198+640段边坡防护采用现浇砼拱形格植草，先对坡面坡面进行清理、锤面处理，然后用C15砼浇注拱形格构，格构应紧贴坡面，最后在框内植草。5.4支挡工程从计算可知B-B,剖面处（公路桩号K198+620，图1），地勘资料显示该剖面沿滑面的稳定系数为0.82＜1，处于不稳定状态。考虑刷方减载后，经计算，剪出口处剩余下滑力552KN/m，存在失稳可能，所以在K198+560～K198+640段距路中心线左侧30.4米挖方边坡平台处设置一排2×1.5米的抗滑桩，桩间距5米，共17根，根据潜在滑动面实际深度确定桩长；为减少对边