某高速公路滑坡深部位移監(jiān)測(cè)及其穩(wěn)定性分析

肖 庭，賀躍光

(長(zhǎng)沙理工大學(xué)，湖南長(zhǎng)沙 410114)

0 引言

深部位移監(jiān)測(cè)是滑坡變形監(jiān)測(cè)的重要手段［1］，通過豎直鉆孔進(jìn)行深部水平和垂直方向位移矢量的監(jiān)測(cè)，分析合位移方向位移分布的突出峰值和差動(dòng)的側(cè)向位移，查出位移場(chǎng)中不連續(xù)點(diǎn)的位置，對(duì)滑坡體進(jìn)行準(zhǔn)確的分塊、分層、分級(jí);通過監(jiān)測(cè)成果，分析滑坡體穩(wěn)定性隨時(shí)間的變化規(guī)律，了解滑坡體處于何種衰變階段及其安全系數(shù)的范圍，量化滑坡穩(wěn)定性分析的衰變進(jìn)程，實(shí)現(xiàn)對(duì)滑坡的變形破壞全過程的預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)［2］。為此，結(jié)合某高速公路滑坡深部位移監(jiān)測(cè)，分析監(jiān)測(cè)孔合位移方向的深部位移曲線圖，確定滑坡體深部變形情況和滑動(dòng)面位置，建立對(duì)滑坡體全過程的穩(wěn)定性分析，為滑坡防治提供合理的防護(hù)建議［3］。

1 工程概況

1.1 地質(zhì)概況

該滑坡位于低山剝蝕丘陵地帶，地形上呈南高北低，南側(cè)山頂高程大于450m，北側(cè)高程330m左右，山頂為渾圓狀，山坡植被較為發(fā)育，灌木、雜草叢生。山坡上部較陡，下部較緩，地形坡度為25°～40°;整個(gè)滑坡體東側(cè)地勢(shì)稍高，往西地勢(shì)漸低，在滑坡體中部及偏西側(cè)分布兩條沖溝，西側(cè)有較高條形陡坎，在366.0m高程左右有較大平臺(tái)。

該邊坡按地層地質(zhì)結(jié)構(gòu)可分為三類:①表層為結(jié)構(gòu)松散，含植物根及少量礫石的第四系種植土，厚度為0.5～1.1m;②表層土下左側(cè)山坡為第四系亞粘土，其狀態(tài)為硬塑狀態(tài)(局部呈可塑狀態(tài))，下部夾強(qiáng)風(fēng)化砂質(zhì)板巖碎石，厚度為1.8～5.3m;沖溝及其兩側(cè)含0～2.0m的第四系碎石土;③深層巖層右側(cè)及其山坡為震旦系南沱組硅化含礫巖，其巖石受構(gòu)造影響，擠壓明顯，巖石破碎。左側(cè)及其山坡為震旦系江口組硅化砂質(zhì)板巖厚度為 3.0～14.3m，最底巖層為板溪群硅化砂，巖部含少量炭質(zhì)。強(qiáng)風(fēng)化段裂隙較發(fā)育，巖石被擠壓破碎程度強(qiáng)烈，巖質(zhì)較軟，局部見揉皺現(xiàn)象;弱風(fēng)化段裂隙較發(fā)育，且多為方解石充填，巖質(zhì)一般較堅(jiān)硬，受構(gòu)造影響較大，巖石擠壓破碎，局部含泥質(zhì)較高，強(qiáng)度較低。巖芯多呈碎塊狀，部分呈短柱狀。

1.2 變形現(xiàn)狀

該山坡東側(cè)和南側(cè)剪切裂縫發(fā)育明顯，滑坡體后緣張拉裂縫貫通下錯(cuò)，兩側(cè)現(xiàn)“八”字形裂縫發(fā)育，可見深度達(dá)1.0～2.7m，裂縫寬度隨時(shí)間逐漸增大，遇暴雨和山坡右側(cè)路基繼續(xù)開挖，其變形加劇，裂縫最大張開寬度達(dá)1.6m，最大錯(cuò)落高度達(dá)至1.3m?；麦w前緣至路基處局部鼓脹現(xiàn)象明顯，坡底有沿結(jié)構(gòu)面剪出現(xiàn)象，可見擦痕和鏡面。西側(cè)變形較小，裂縫較細(xì)，隨施工開挖有進(jìn)一步發(fā)展和張開?；卵鼐€路橫寬190.0m，垂直線路縱長(zhǎng)約100.0m，滑體最厚達(dá)20.0m，滑動(dòng)巖土體近39×104m3，為破碎巖石滑坡。結(jié)合滑坡發(fā)育機(jī)理，山坡劃分為1#和2#兩個(gè)滑坡體，根據(jù)地面變形和滑移方位不同，又將其1#滑坡體分為Ⅰ、Ⅱ兩個(gè)分區(qū)。

2 滑坡深部位移監(jiān)測(cè)

2.1 監(jiān)測(cè)點(diǎn)的布置

監(jiān)測(cè)孔的位置選在滑坡體主滑方向和具有代表性的主滑軸線上。根據(jù)地質(zhì)勘察資料，Ⅰ區(qū)滑坡體沿東北方向滑移，Ⅱ區(qū)滑坡體沿西北方向滑移，分析采用“八”字形布置，共4個(gè)監(jiān)測(cè)孔，編號(hào)分別為CK1、CK2、CK3、CK4，其中 CK1 和 CK4 布于Ⅰ區(qū)，CK2和CK3布于Ⅱ區(qū)，4個(gè)測(cè)孔分布于主滑軸線上(見圖1)。從整個(gè)山坡地形考慮，這4個(gè)深部位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)兼顧了滑坡發(fā)育影響的范圍，能提供滑動(dòng)面的位置、位移量、位移速率的代表性參數(shù)。水位監(jiān)測(cè)孔則視水位的高低和深部位移監(jiān)測(cè)孔的位置也布置4個(gè)，為滑坡整個(gè)發(fā)育過程提供地下水位監(jiān)控，并為深部位移監(jiān)控過程及其穩(wěn)定性分析提供參數(shù)支持。

圖1 深部位移監(jiān)測(cè)孔、水位監(jiān)測(cè)點(diǎn)平面布置圖

2.2 Ⅰ區(qū)監(jiān)測(cè)成果分析

CK1、CK4分別位于滑坡體主滑軸線的中部和前部，軸線坡度為20°左右，兩孔相差標(biāo)高為9.7m。兩孔U(合位移)方向累計(jì)位移—深度曲線見圖2、圖3。圖2位移變化可分為2層，第一層為孔口至孔深13.0～13.5m處存在一個(gè)活躍的滑動(dòng)帶，曲線拐點(diǎn)位置明顯，孔口最大滑動(dòng)位移為14.0mm，滑動(dòng)面成熟，是一個(gè)典型的從漸變到突變的發(fā)展過程，該層是出現(xiàn)潛在滑動(dòng)破壞的危險(xiǎn)深度;第二層為13.5～19.0m之間，曲線在孔深14.5m處有一峰值為6.0 mm的波峰，波形形狀明顯，表明13.0～15.0m之間存在一個(gè)巖層不整合接觸位置，并產(chǎn)生相對(duì)滑動(dòng)，且下層巖層較上層穩(wěn)定，相對(duì)累計(jì)位移變化較小，但受上部滑坡體活動(dòng)的牽引，在14.5m處形成了二級(jí)滑坡面。

圖3為施工開挖前監(jiān)測(cè)成果，在孔口至孔深18.5～19.0m 處曲線近似平行，滑動(dòng)變形均勻，滑動(dòng)位移為5.0mm左右，最后收斂于19.0m處，而該點(diǎn)至孔底之間，位移基本保持在0附近，可見在該處形成明顯的滑動(dòng)帶，有整體滑移趨勢(shì)，滑動(dòng)面以下巖層處于穩(wěn)定狀態(tài)。

分析認(rèn)為:Ⅰ區(qū)滑坡體變形劇烈，在滑坡深度13.0～19.0m間存在一個(gè)活躍的滑動(dòng)帶 ，判斷為該區(qū)間出現(xiàn)了巖層間的不整合接觸，且呈整體滑移，為典型的D型牽引式滑坡［4］。

2.3 Ⅱ區(qū)監(jiān)測(cè)成果分析

圖2 CK1孔U方向累計(jì)位移—深度曲線

圖3 CK4孔U方向累計(jì)位移—深度曲線

CK2、CK3布置于滑體滑動(dòng)走向的中心軸后部和前部，位置敏感且為關(guān)鍵部位。圖4、圖5分別為兩孔U(合位移)方向累計(jì)位移—深度曲線監(jiān)測(cè)成果［5］。圖4分析可知:曲線在孔口至孔深 8.7～9.5m處存在一個(gè)較大的波峰，峰值位置為3.0～4.0m之間，大小為27.0mm，在孔深9.5m至孔底之間位移均為2.0mm左右，可知該處為典型的推動(dòng)式滑坡，淺層巖體滑動(dòng)位移大，穩(wěn)定性差;深層巖土體位移變化小，處于穩(wěn)定狀態(tài)。

圖4 CK2孔U方向累計(jì)位移—深度曲線

圖5分析可知:曲線為波形振動(dòng)，有明顯的波峰和波谷，在孔口至孔深3.0～3.5m處累計(jì)位移變化最明顯，孔口差動(dòng)位移最大為15.0mm;可知滑坡體沿多個(gè)滑動(dòng)面滑動(dòng)，各層滑動(dòng)速率不一致，且主要以3.5m處的淺層滑動(dòng)面滑移為主，深層滑動(dòng)面仍處于發(fā)展?fàn)顟B(tài)，有進(jìn)一步向深部發(fā)展的趨勢(shì)。

分析認(rèn)為:Ⅱ區(qū)滑坡體為淺層B型整體推動(dòng)式滑坡，滑動(dòng)面明顯，其存在深度為3.0～9.5m之間，深部巖層為剪切蠕動(dòng)變形，滑面仍處于發(fā)展?fàn)顟B(tài)。

圖5 CK3孔U方向累計(jì)位—移深度曲線

3 穩(wěn)定性分析

表1為各孔深部位移監(jiān)測(cè)所確定的滑動(dòng)面深度與工程勘測(cè)所確定的滑動(dòng)面深度的成果表，通過對(duì)比可以看出，兩者結(jié)果基本吻合，證明了監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和滑動(dòng)面分析的正確性，其結(jié)果能為判別滑坡發(fā)展趨勢(shì)和穩(wěn)定性分析提供可靠依據(jù)。

表1 各鉆孔監(jiān)測(cè)成果表

3.1 1#滑坡體穩(wěn)定性分析

Ⅰ區(qū)滑坡體形成了明顯的深層滑動(dòng)面，其失穩(wěn)源主要由于山體東側(cè)巖石出露較高，西側(cè)為沖溝巖石風(fēng)化嚴(yán)重，孕育了天然的卸荷空間，形成了年代較久的老滑動(dòng)面。又正因公路路基開挖卸荷，形成滑動(dòng)變形的臨空面，致使東北方向地層應(yīng)力狀態(tài)發(fā)生改變，失去原有的應(yīng)力平衡條件，坡體抗滑力降低，導(dǎo)致坡體沿上伏震旦系江口組硅化砂質(zhì)板巖底部與板溪群強(qiáng)風(fēng)化硅化砂巖頂部的不整合接觸部位產(chǎn)生滑動(dòng)。建議措施:為預(yù)防坡體整體崩滑，在坡腳偏上設(shè)置抗滑樁，同時(shí)防止再次切方的觸發(fā)作用，使抗滑力繼續(xù)降低，應(yīng)采取適當(dāng)抬高路基標(biāo)高的整治方案，以及采取排水、截水及封填裂縫的措施［6～10］。

Ⅱ區(qū)滑坡體以淺層滑動(dòng)為主，且CK2孔的滑動(dòng)帶深度比CK3孔的滑動(dòng)帶深度大，即滑坡后緣的滑動(dòng)帶深度比滑坡前緣的滑動(dòng)深度要大，原因是滑體深部為震旦系南沱組弱風(fēng)化硅化含礫砂巖，該巖質(zhì)較堅(jiān)硬提供了起到平衡滑動(dòng)力的作用，但由于受2#滑坡體和Ⅰ區(qū)滑坡體的推動(dòng)擠壓作用，后緣淺層巖石破碎，降水下滲，導(dǎo)致硅化砂質(zhì)板巖中泥質(zhì)板巖夾層受降水和地下水的侵蝕，抗剪能力降低，形成滑動(dòng)面。建議措施:為防止邊坡開挖卸荷，導(dǎo)致深部巖層蠕動(dòng)變形的發(fā)展，應(yīng)采取壓腳處理，在坡腳處設(shè)置抗滑樁，快速提升邊坡的抗滑力，為Ⅰ區(qū)和2#滑坡體的加固處理提供安全保證。

根據(jù)深部位移不同周期不同深度監(jiān)測(cè)結(jié)果對(duì)比，錨固工程對(duì)滑坡體穩(wěn)定性影響不容忽視。10月初對(duì)坡體進(jìn)行應(yīng)急錨固施工，為保證施工安全，加固處理完后才繼續(xù)開挖路基。根據(jù)施工前后監(jiān)測(cè)結(jié)果顯示，圖6、圖7對(duì)比分析，監(jiān)測(cè)初期各孔孔口速率大幅度變化，坡體淺層處于欠穩(wěn)定狀態(tài)，監(jiān)測(cè)中后期孔口速率降低，逐漸趨于穩(wěn)定，而在孔深9.0m處的位移速率，監(jiān)測(cè)初期深部變形速率較為緩和，中后期深部變形速率逐漸增大，且明顯大于監(jiān)測(cè)初期的位移速率，安全系數(shù)有所降低，但從監(jiān)測(cè)后期總體來看各孔在不同深度的位移速率基本處于相對(duì)控制的范圍內(nèi)，不存在欠穩(wěn)定狀態(tài)。

分析認(rèn)為:錨固工程能有效抑制或減少加固坡體淺層范圍內(nèi)的變形，其穩(wěn)定度相應(yīng)提高，但由于坡體深部巖層之間的不整合接觸，致使上部巖層整體剪切應(yīng)力增大，坡體潛在失穩(wěn)模式轉(zhuǎn)移至深層弱面發(fā)展，影響或增大其深部的變形。處理建議:在Ⅰ、Ⅱ區(qū)坡面增設(shè)預(yù)應(yīng)力錨索框架工程，增長(zhǎng)錨固段長(zhǎng)度至板溪群硅化砂巖頂部以下，布置區(qū)域盡量覆蓋坡體后緣裂隙發(fā)育、巖層扭曲地帶，在裂縫變形較大的區(qū)域，適當(dāng)減小錨桿之間的豎向間距，加大其密度，布置角度應(yīng)盡量垂直。

圖6 各孔孔口位移速率—時(shí)間曲線

圖7 各孔孔深9.0m處位移速率—時(shí)間曲線

3.2 2#滑坡體穩(wěn)定性分析

2#滑坡體的失穩(wěn)源主要是因?yàn)?#滑坡體滑移，導(dǎo)致原有地質(zhì)平衡條件和地下水動(dòng)力條件發(fā)生改變，其后緣發(fā)育較多張拉裂縫和剪切裂縫，為地面降水和地下徑流提供很好的通道，導(dǎo)致了地層中全風(fēng)化亞粘土呈軟塑狀態(tài)，降低滑動(dòng)帶指標(biāo)，形成明顯的滑動(dòng)帶，且已產(chǎn)生緩慢滑移，開挖同時(shí)進(jìn)行了支護(hù)施工處理，但受Ⅱ區(qū)大平臺(tái)的阻擋，有往南遷的趨勢(shì)。根治處理建議:在坡體前緣平臺(tái)處設(shè)置抗滑擋土墻，布置仰斜平孔排水工程，封填裂縫，在坡體外緣穩(wěn)定處設(shè)置截水溝，引導(dǎo)地表降水排出滑坡體范圍。

4 結(jié)語

1)邊坡深部位移監(jiān)測(cè)所確定的滑動(dòng)面與工勘所確定的滑動(dòng)面吻合，表明深部位移監(jiān)測(cè)能為滑坡發(fā)展趨勢(shì)和檢驗(yàn)治理效果提供可靠依據(jù)。

2)深部變形原因，除了巖層的不整合接觸、軟弱面等地質(zhì)條件外，還受錨固工程作用影響。

3)深部位移監(jiān)測(cè)保證了滑坡錨固施工和路塹開挖安全順利的進(jìn)行，避免了安全事故，取得了理想的經(jīng)濟(jì)效益。

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