膨脹巖路塹滑坡機理分析及穩(wěn)定性驗算

劉順林

（河北省張承高速公路籌建處，河北 張家口 075000）

0 引言

根據(jù)社會發(fā)展需要，各項工程建設(shè)波及范圍越來越廣，規(guī)模也在不斷擴大。由于我國地域廣闊，地質(zhì)條件復(fù)雜多樣，所涉及和面臨的各種工程地質(zhì)問題逐漸凸現(xiàn)出來。與此同時，膨脹巖邊坡工程隨之增多，因膨脹巖所帶來的邊坡失穩(wěn)、滑坡等問題也被提上日程，引起了廣大工程技術(shù)人員的高度重視。

張承高速公路是河北省高速公路網(wǎng)布局“五縱、六橫、七條線”中“線1”的重要組成部分，它與京藏、張石、宣大高速公路有機聯(lián)接，對于河北省高速公路網(wǎng)的形成，增強路網(wǎng)綜合功能具有十分重要的作用。同時該項目即將列入北京大外環(huán)高速公路網(wǎng)，將與東北及沿海高速網(wǎng)連接，對建立京張承一體化的旅游格局，促進旅游業(yè)發(fā)展，帶動沿線礦產(chǎn)的開發(fā)，加快壩上地區(qū)的脫貧致富，促進區(qū)域經(jīng)濟的協(xié)調(diào)發(fā)展，加速建設(shè)沿海經(jīng)濟社會強省的實現(xiàn)具有重要的意義。它的建設(shè)不僅對發(fā)展張家口與承德地區(qū)經(jīng)濟，而且對國家的經(jīng)濟、政治和國防建設(shè)都具極其重要的現(xiàn)實意義和長遠的戰(zhàn)略意義。該項目RK18+045～RK18+170段為膨脹巖路段，在開挖刷坡后，受降水等影響，產(chǎn)生了大面積滑坡。為制定合理可行的處理方案，針對膨脹性巖土這一不良地質(zhì)條件下邊坡的加固工程展開研究，詳細分析出現(xiàn)問題的內(nèi)在原因和機理。

1 滑坡工程地質(zhì)特征

1.1 滑坡形態(tài)

該滑坡位于張家口市里東窯西部約1km處，由于路塹開挖對原始地貌的影響，造成了膨脹巖（斑脫巖）的滑坡。呈典型的“圈椅狀”地貌形態(tài)，前緣在開挖平臺上鼓起、突出，形成明顯的滑坡舌，后端形成了高約2～3m的陡坎，滑體后端由于張拉產(chǎn)生的裂隙較多，寬度約20～30cm。在路塹邊坡坡面形成了明顯的滑床與滑體分界，從路塹坡面上可見，該滑坡呈圓弧形滑動面，但后部受到了流紋巖的限制，因此，整體呈現(xiàn)出非典型的圓弧滑動形態(tài)?；氯踩鐖D1所示。

圖1 滑坡全貌

1.2 滑體巖土特征

分別在滑坡的前緣中部、右側(cè)及右側(cè)緣上部、中部和下部等七個位置分別進行探坑取樣，進行測試，剪切試驗采用了直剪快剪試驗方法進行，所得結(jié)果如表1所示。

表1 滑體土物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)統(tǒng)計表

2 滑坡變形機理分析

2.1 在主滑動方向上截取剖面，采用bishop法進行圓弧滑動法分析

根據(jù)《公路路基設(shè)計規(guī)范》（JTG D30—2004），計算了飽水狀態(tài)下滑坡穩(wěn)定性。利用極限平衡法進行滑坡穩(wěn)定性計算一般要提供滑坡土體的重度，滑動面的內(nèi)聚力和內(nèi)摩擦角。該滑坡為類土質(zhì)滑坡，滑體土不均勻，天然狀態(tài)下滑體土的重度參考土工試驗成果取17.57kN/m3。

滑面強度參數(shù)取值根據(jù)土體室內(nèi)試驗值及反算綜合考慮。由于該滑坡目前處于蠕動擠壓狀態(tài)，實際的安全系數(shù)應(yīng)該小于1，對路塹邊坡坡面的滑動痕跡調(diào)查可知，滑動基本上為圓弧滑動。以試驗數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，計算安全系數(shù)可得到：Fs＝0.464，該安全系數(shù)明顯偏小，由最不安全滑動面搜索結(jié)果可見，滑動面基本符合現(xiàn)場情況。實際上，按試驗所得到的參數(shù)對原始坡面進行穩(wěn)定性演算，也會得到穩(wěn)定性小于1的結(jié)果，即原始邊坡也是不穩(wěn)定的。實際上，原始的結(jié)構(gòu)未坡壞的巖體強度要遠遠好于現(xiàn)在受到擾動巖體的保護剪切強度，因而原始邊坡是穩(wěn)定的，膨脹性巖體的長期暴露及大氣降水是成本膨脹巖滑坡的基本條件。

同時根據(jù)野外調(diào)查和勘探，該滑坡是在刷坡過程中產(chǎn)生的，開挖高程至980m附近時，產(chǎn)生了斜向溝內(nèi)的滑坡，滑坡方向與路線方向斜交，向溝內(nèi)方向滑動。

2.2 造成滑坡的原因分析

2.2.1 由于該處斑脫巖具有遇水膨脹，力學(xué)性能差的特點，從而形成滑體，使其具備了滑坡的條件。

2.2.2 由于開挖后坡面長期得不到封閉，造成膨脹巖的風(fēng)化、松弛，力學(xué)性能降低，同時，開挖后長期不封閉，造成雨水的下滲，卸荷后的松弛作用使巖體產(chǎn)生裂隙，同時，膨脹巖中對于流紋巖的夾雜使變形不均勻，從而進一步形成裂隙，形成了雨水下滲的通道，從而為本滑坡產(chǎn)生創(chuàng)造了條件。

2.2.3 高邊坡開挖過程中，由于放炮及土方開挖等工程因素，造成土體結(jié)構(gòu)松動，邊坡前緣形成高陡臨空面，邊坡土體發(fā)生應(yīng)力重分布，是形成滑坡的另一重要因素。

3 滑坡穩(wěn)定性分析

3.1 參數(shù)的敏感性分析

以試驗為基礎(chǔ)資料，分別對c和Φ進行了參數(shù)的敏感性分析，其中，根據(jù)試驗結(jié)果，設(shè)定Φ平均值設(shè)定為3.53°，最小2°，最大10°，c值平均設(shè)定為17.57kPa，最小9kPa，最大44kPa，敏感性分析的結(jié)果見圖2和圖3。

圖2 參數(shù)Φ的敏感性分析

圖3 參數(shù)c的敏感性分析

敏感性分析可知，Φ對穩(wěn)定系數(shù)影響較大，當(dāng)Φ為13.28時，安全系數(shù)就可達到1.015，而對于c值變化敏感性較小。

3.2 參數(shù)反演

根據(jù)以上綜合分析可知，雖然按室內(nèi)試驗結(jié)果進行滑動面搜索時可以得到與現(xiàn)場較為相似的滑動面，但計算所得安全系數(shù)偏小，不符合工程實際要求，而根據(jù)敏感性分析可知，滑坡的穩(wěn)定性安全系數(shù)對Φ較為敏感，而對c值不太敏感，因此，采用試驗所得到的平均c值，以實際調(diào)查所得滑動面作為現(xiàn)在滑動面進行參數(shù)反算，即：參數(shù)c按試驗值為17.57kPa，由于滑坡仍處于蠕動狀態(tài)，設(shè)定安全系數(shù)Fs＝0.95，反算Φ。

由計算（表3）可知，Φ＝12.3°。

結(jié)合試驗、工程實際情況及反算值，推薦設(shè)計參數(shù)：c＝17.57kPa，Φ＝12.3°。

其他值按試驗結(jié)果采用。

3.3 滑坡區(qū)域穩(wěn)定性計算

結(jié)合工程地質(zhì)勘察確定的本處滑坡體形成原因、地質(zhì)特征和坡壞形式，根據(jù)《公路路基設(shè)計規(guī)范》（JTG D30—2004），膨脹土高邊坡可采用簡化Bishop法計算其穩(wěn)定性，邊坡穩(wěn)定性驗算時，其穩(wěn)定安全系數(shù)需滿足表2要求。

表2 高速公路路塹邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)

3.3.1 原有滑體穩(wěn)定安全系數(shù)計算

計算剖面圖如圖4所示。

圖4 計算剖面圖

根據(jù)地質(zhì)勘查確定的滑帶土體抗剪設(shè)計參數(shù)和地質(zhì)剖面圖4所示（即滑體滑動方向）坡面開挖情況，采用理正邊坡穩(wěn)定分析軟件對已開挖完畢的路塹邊坡進行了驗算，結(jié)果顯示該路塹若以原設(shè)計的坡率進行開挖，坡體的穩(wěn)定安全系數(shù)僅為0.93。

3.3.2 上部滑體卸載+路塹整體刷坡后邊坡穩(wěn)定安全驗算

采用刷坡卸載后，標(biāo)高為980處坡腳的剩余下滑力為-139.221kN，由此可見采用刷坡卸載可使目前已出現(xiàn)的滑體達到穩(wěn)定性狀態(tài)；但是目前施工并未完成，仍有約8m的路塹坡面（最下一級）尚未進行開挖，由于剩余的刷坡施工必然會擾動該坡面，開挖坡面擾動力極易使原有坡面潛在危險滑動面張拉開裂，產(chǎn)生新的滑動面，導(dǎo)致路塹坡面失穩(wěn)坡壞，因此有必要驗算刷坡減載后整體路塹的穩(wěn)定性。

采用里正軟件對刷坡減載后的坡面土體進行了邊坡穩(wěn)定驗算，對非正常工況I條件下路塹邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)達不到1.2的滑動面進行了確定（如圖5所示）。

圖5 坡體卸載、刷坡后穩(wěn)定性計算簡圖

3.3.3 演算結(jié)果分析

3.3.3.1 根據(jù)坡體的現(xiàn)有滑坡情況，對影響坡體穩(wěn)定性的敏感參數(shù)進行了確定，結(jié)論是，Φ對穩(wěn)定系數(shù)影響較大，當(dāng)Φ為13.28時，安全系數(shù)就可達到1.015，而對于c值變化敏感性較小。以實際調(diào)查所得滑動面作為現(xiàn)在滑動面進行參數(shù)反算，推薦設(shè)計參數(shù)：c＝17.57kPa，Φ＝12.3°。

3.3.3.2 采用反演得到的參數(shù)結(jié)合實驗得到的其他力學(xué)參數(shù)對坡體的原有坡體穩(wěn)定性安全系數(shù)及下滑推力和上部滑體卸載、刷坡后的坡體安全系數(shù)采用理正軟件進行了計算。計算結(jié)果說明原有坡體安全系數(shù)只有0.93，處于不穩(wěn)定狀態(tài)，坡體上部卸載+路塹整體刷坡（挖除最后一級路塹）后，部分段落的邊坡安全系數(shù)只有0.97，仍然存在潛在滑移面，因此需要采取加固處理措施。

4 處理方案

結(jié)合理論計算成果，并考慮本路段施工可行性，本著盡量降低造價原則，我們對該段滑坡提出采用刷坡減載+漿砌片石封面+抗滑樁的處置方案，首先，根據(jù)設(shè)計坡率和刷坡線對目前的滑體進行減載，對滑體削坡至設(shè)計坡面后，立即采用M7.5級漿砌片石對已削成的坡面進行封閉，漿砌片石以下設(shè)置10cm石灰土墊層，石灰含量控制在（6%～8%），為保證路塹頂以外雨水滲入邊坡范圍造成膨脹土邊坡抗剪強度降低，對路塹頂以外10m范圍坡面均進行漿砌片石封面處理，同時加強該段的截水、排水系統(tǒng)；其次，在設(shè)置抗滑樁的對應(yīng)位置放樣，按照設(shè)計標(biāo)高清理出抗滑樁的施工場地，挖孔、支護，并灌注混凝土；最后，待抗滑樁混凝土達到設(shè)計強度后，再進行樁前土體的開挖、刷坡。具體各路段治理方案見表3。

表3 具體各路段治理方案

［1］賈東亮，丁述理，等.膨脹土工程性質(zhì)的研究現(xiàn)狀與展望［J］.河北建筑科技學(xué)院學(xué)報，2003，20（1）：33－39.