某牽引式公路滑坡形成機理及穩(wěn)定性分析

曹汝鼎CAO Ru-ding；倪振強NI Zhen-qiang

（①山東三山公路工程監(jiān)理咨詢有限公司，聊城 252000；②聊城大學建筑工程學院，聊城 252000）

0 引言

在山區(qū)公路施工中由于開挖或填筑會形成各種各樣的邊坡，由于破壞了原始地貌，使土體內部的受力平衡打破，因此引發(fā)滑坡?；碌姆诸惙绞接泻芏喾N，比如按滑體物質、受力狀態(tài)、發(fā)生時代、規(guī)模大小等。按受力狀態(tài)分類是工程常用的分類方法，可以將滑坡分為牽引式滑坡和推動式滑坡兩大類。牽引式滑坡是指具有滑動條件的邊坡，由于各種自然原因或人為因素造成了坡腳破壞，使邊坡底部率先發(fā)生滑動，從而牽引邊坡上部也發(fā)生滑動；推動式滑坡是指具有滑動條件的邊坡，由于中上部堆載、填筑或加蓋建筑物等原因引起邊坡向下滑動，不再帶動上部坡體滑動[1]。

宋東日等[2]針對某高速公路牽引式滑坡，通過受力分析和數(shù)值模擬研究了其破壞機制。路亞妮等[3]針對國家高速公路某牽引式滑坡進行研究，對地質環(huán)境、滑坡機制和穩(wěn)定性評價進行了分析，提出了相應治理措施。嚴穩(wěn)平[4]對某牽引式滑坡成因機制進行分析，計算了不同工況下的穩(wěn)定狀態(tài)，提出了治理方案。吳道勇等[5]以某黃土牽引式滑坡為研究對象，建立滑坡坡體變形結構，分析了可能產生的破壞模式，確定了最終失穩(wěn)形態(tài)。

以上工作豐富了牽引式滑坡安全評價與加固治理的理論與實踐研究，但仍存在一些問題：早期識別、演化機理與合理加固措施的確定等[6]。本文以云南干線某牽引式滑坡為例，從地質情況、受力分析、穩(wěn)定性驗算等方面對該滑坡的變形破壞過程進行研究，制定出相應的防治措施。其研究結果可以豐富牽引式滑坡的理論研究，為此類工程的施工提供案例參考，對公路的選址、邊坡的防治以及安全監(jiān)測等方面都有極大的參考價值。

1 牽引式滑坡區(qū)域地質

某牽引式滑坡位于云南二級公路改建工程原文天公路附近南傾斜坡上，有施工便道與原文天公路相聯(lián)，交通比較方便。該地區(qū)氣候溫和，雨量充沛，為亞熱帶高原季風氣候，受高山垂直分帶控制，局部氣候變化較大。月均降雨量220mm，最小降雨量11.9mm，年均降雨量1081mm，雨季為5 月至9 月，枯季為12 月至翌年4 月，地表水豐富。

西部有“V”字形沖溝，呈北西-南東向分布，溝內常年有水流淌，流量受季節(jié)性降雨控制，雨季易發(fā)洪水。滑坡區(qū)域位于“文山-麻栗坡斷裂帶”所形成的斷層崖之西南、南溫河左岸斜坡上，屬構造剝蝕低山地貌。斜坡傾向南，自然坡度約22~25°，坡面呈波狀起伏狀，其上小沖溝較發(fā)育。因公路開挖，在南側形成坡高13m，坡比1∶0.75 的人工邊坡，坡向與自然斜坡一致。

場地下伏基巖節(jié)理裂隙發(fā)育，巖體破碎，抗剪強度低。主要發(fā)育的兩組裂隙產狀為251°∠83°，張開度1~4mm，結構面平直，結合性差，節(jié)理密度3 條/m，延伸長均0.5m；產狀140°∠71°，呈閉合狀，結合性好，節(jié)理密度5 條/m，延伸長均0.2m。

坡體地層結構上覆土層從上到下為第四系坡積含塊石黏土，厚1~7m；崩積塊石，厚2.5~16m，基巖為二迭系上統(tǒng)吳家坪組片巖。其物理力學指標見表1。

表1 坡體土的物理力學指標

由于在建公路的挖方和填方，形成了上、下臺線路基，中臺線樁基礎部份已經完工。人類工程活動強烈，對坡體原貌破壞嚴重。

2 牽引式滑坡形態(tài)

滑坡周界比較清晰，前緣位于下臺線上邊坡坡腳處，后緣截止到拉張裂縫，兩側邊界根據前緣剪出口和后裂縫展布情況及地形特征綜合確定，滑坡全貌見圖1~圖2。

圖1 牽引式滑坡全貌

圖2 牽引式滑坡斷面

滑坡的平面形態(tài)呈“躺椅狀”，縱向上為斜坡地形，總體北高南低?；潞缶壩挥诤笾信_線右5m，張拉裂縫發(fā)育強烈，高程為454~461m；前緣剪出口位于下臺線坡腳處，高程為394~396m?；潞缶壟c前緣剪出口相對高差約60~65m。滑坡縱長約110m，橫長約40m，面積約4400m2，厚度約9~9.7m，屬中型碎石土滑坡。

滑動面在上覆第四系堆積層與下伏基巖的接觸處，在前緣附近為塊石土內軟弱面。

滑坡體厚度在6.20～14.00m 之間，滑體主要成份為第四系崩坡積含塊石黏土、崩積塊石和上部的人工填土組成?；w的結構具有后緣薄前緣厚的特點。上部褐黃色含塊石黏土呈堅硬、可塑狀態(tài)，厚達1.00～7.00m，其下為中密狀塊石土，巖石成份以中風化灰?guī)r為主，直徑在0.30～0.50m 大小不一的棱角狀組成，最大直徑可達1.00m 以上，粒徑級配差，膠結能力弱。在上臺線與中臺線之間及中臺線下邊坡靠近中臺線斜坡上有近期修路堆積的松散狀人工填土，厚約2.00～7.50m。

滑帶土主要為塊石土與強風化片巖的過渡面，根據勘察報告可知，其過渡面形態(tài)不甚清晰，接觸厚度在0.05~0.1m 以內。根據鉆芯分析，接觸部位成份相對雜亂?；婵傮w傾向188°，平均傾角約23°。

滑床主要為二迭系上統(tǒng)吳家坪組強風化片巖，節(jié)理比較發(fā)育?；矁A向與滑面相同約188°，縱向上后緣較緩而前緣教陡，中部稍突起的特點。因此如若發(fā)生滑坡，坡體極有可能發(fā)生解體、碎裂，若遇強降水甚至可形成小型泥石流。

3 牽引式滑坡成因及危害

3.1 滑坡成因

該滑坡成因是下臺線路基開挖形成臨空面，下部牽引使斜坡上覆第四系堆積層的穩(wěn)定性變差；其次下臺線人工邊坡成形后正逢當?shù)赜昙?，在暴雨作用下，加速了人工邊坡上覆第四系堆積層滑動，最終導致了滑坡災害的發(fā)生。

滑坡體主要由崩解的坡積含塊石黏土、塊石和修路堆積的人工填土組成，力學性能差，抗剪強度低。尤其是黏土層及充填于塊石間的黏土遇水易泥化，抗剪強度急劇降低，為滑坡發(fā)生創(chuàng)造了內因。

斜坡坡度22~25°，自然地形橫坡較陡。加之本次修路時下臺線為挖方路段，以1∶0.75 坡比進行路基開挖，形成了高約13m 的人工邊坡，為滑坡發(fā)生提供了空間。

不利的氣象水文是滑坡產生主要外部因素。該區(qū)氣候濕潤，降水豐富且多為暴雨。降水入滲使滑坡體的土重度大大升高，也降低了滑帶土的抗剪強度。

土體性質差、坡度陡、降水多三個方面因素共同作用下，在外部開挖產生臨空滑動面后，下部牽引上部滑動，最終造成坡體的滑動。

3.2 滑坡危害

根據穩(wěn)定性分析，該滑坡體處于欠穩(wěn)定狀態(tài)，如不進行抗滑處理，在持續(xù)降雨、地震作用或交通振動作用下，有可能再次滑動。若該滑坡再次啟動，勢必對公路營運安全構成極大的威脅，同時恢復正常營運難度較大，故應提前對該滑坡體進行治理。

該滑坡分別在6 月初和7 月底先后發(fā)生兩次滑動。第一次滑動分二級，第一級滑體后緣位于下臺線邊坡坡口北約32m，滑壁高約0.5m；第二級后緣位于中臺線右5m，拉張裂縫較發(fā)育，寬約1~3cm，延伸長度約2~4m?；瑒邮瓜屡_線邊坡坡面鼓出，尚未滑動破壞，中臺線4~12#樁孔位移，最大位移量約0.3m。第二次滑動使第一次滑動變形進一步加劇，最終導致下臺線邊坡滑動至路基右肩處，路基被掩埋。

4 牽引式滑坡穩(wěn)定性評價及治理

4.1 穩(wěn)定性分析

不平衡推力傳遞系數(shù)法是計算折線型滑動面或組合型滑動面滑坡的剩余滑動力和穩(wěn)定性的常用計算方法，已在公路、鐵路、水利等部門進行了廣泛推廣。由于本次滑坡的斷面較均勻，因此選定圖2 的斷面進行計算。

工況分三種情況進行計算：自然狀態(tài)、暴雨狀態(tài)和地震狀態(tài)。

計算時，滑坡體崩解坡積含塊石黏土、崩解積塊石及近期修路堆積的人工填土的重度和抗剪強度分布根據現(xiàn)場大容重測試和現(xiàn)場水平剪切試驗輔以室內試驗結果綜合確定。最終計算所采用的抗剪強度參數(shù)見表1，計算結果見表2。

表2 滑坡穩(wěn)定性計算

滑坡穩(wěn)定性計算結果表明：滑坡體在天然、暴雨和地震狀態(tài)下，均處于欠穩(wěn)定狀態(tài)，建成后存在安全隱患，需要進行防治處理。

4.2 治理措施

通過以上分析可知，此滑坡體屬中型碎石土牽引式滑坡，主滑方向為188°，按不平衡推力傳遞系數(shù)法計算此邊坡現(xiàn)處于欠穩(wěn)定狀態(tài)，在突發(fā)暴雨、地震作用或交通振動作用下，都可能引起滑坡的再次滑動。

根據《公路工程抗震規(guī)范》可知，此場地抗震設防烈度大于6 度，設計基本地震加速度值取0.05g，設計地震分組為第一組。擬建的抗滑樁設計應按此設防烈度進行抗震設計，防止地震放大作用的破壞。

地下水比較豐富，降雨時容易形成溝谷匯水，地下水主要賦存于上覆第四系崩積塊石層和下伏基巖節(jié)理裂隙中，地下水位埋深4.80～12.30m。

結合滑坡現(xiàn)狀及工程重要性，保留原先的施工填土，采取支護+排水的治理方法。

①采用抗滑樁支護：在擬建公路下臺線左邊坡坡腳處設置抗滑樁，在中臺線填方段設置錨拉抗滑樁。

②采用地表+地下排水：在滑坡后緣兩側設置橫向截水溝和豎向排水溝，完善斜坡表面排水系統(tǒng)；在下臺線左邊坡近坡腳處設置仰斜式泄水孔。

抗滑樁施工時應做到及時支護，避免開挖時間暴露過長。嚴格控制爆破、機械振動和交通振動等擾動，加強監(jiān)測。

5 結語

本文通過研究某典型牽引式滑坡，從所處環(huán)境、人為擾動兩個方面，對其失穩(wěn)機理進行了研究，對其穩(wěn)定性進行了評價，提出了相應的治理措施，得到以下結論：

①人為破壞即坡腳開挖是造成邊坡滑動的主導因素，因此在工程建設中必須減少對原有工程的破壞。另外，在本工程中填筑土也起到了加劇破壞的作用。

②土體性質差、坡度陡、降水多三個方面因素共同作用下，有可能觸發(fā)滑坡的再次滑動。

③治理措施采用支護+排水，支護為主要措施，排水為次要措施。