某公路滑坡地质特质与稳定性分析

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朱国恩

长沙市水利水电工程质量监督站 湖南长沙 410000

摘要

为明确公路滑坡状态,为后续的滑坡治理提供可靠参考,本文为某国道上边坡坡防治项目为例,在介绍该滑坡地质特质的基础上,对滑坡进行了稳定性分析,以期为相关人员提供参考。


关键词

公路滑坡;滑坡地质特质;滑坡稳定性分析

正文


    公路滑坡是比较常见的地质灾害类型之一,直接危害公路通行安全及附近居民的生产生活,而要想保证公路滑坡治理的有效性与针对性,有必要掌握滑坡的地质特质,滑坡变形发展阶段,并据此开展深入的稳定性分析。

1滑坡概况

公路滑坡位于沅陵县借母溪乡田家坪,即G241线K2225+800处,滑坡滑动方向正对国道G241线。滑坡前缘位于国道G241线,滑坡水平投影长度约80m,宽度约180m,水平投影面积约1.3×104m2,主滑方向最大厚度约23.5m,平均厚度约11.0m,总体积约1.8×105m3。按《滑坡防治工程勘查规范》(GB/T32864-2016)《公路工程地质勘察规范》(JTG-2011)划分,本滑坡属中型中层滑坡。

2滑坡地质特质

2.1地形地貌

滑坡区所处地貌类型为中低山区地貌,地势南高北低。滑坡位于山体一侧斜坡地带,斜坡坡向约170°,整体坡度为35°左右,上部由于梯田修筑局部近70°,下部由于道路改造开挖坡脚地形较陡。滑坡两侧有微地貌发育,滑动区斜坡植被极发育,多为松树、灌木林及杂草。滑坡位于山体的中下部,地形北高南低,北侧最高点位于山脊上部,高程约235m,南侧最低点位于深溪河底,高程约133m,相对高差约102m。

2.2滑坡周界及形态特征

(一)滑坡周界

本滑坡平面形态呈圈椅状,滑坡后缘为东西走向,以坡面上部裂隙的上部为滑坡后缘,以道路边护坡薄挡墙变形破坏处为滑坡前缘。西侧以山体边坡的小冲沟为界,东侧以表层土体滑动形成的微地貌边界为界。

(二)滑坡形态特征

根据走访调查及现场测绘,2017年7月初,在坡体上部的旱田里出现细小张拉裂隙8月中旬,在坡体中上部的林地里又发现一条长大张拉裂隙呈环状,走向近东西,裂缝近陡直,裂缝深度约20cm~60cm,裂缝长约100m(局部间断),宽一般10~30cm,最宽可达40cm。裂缝两侧常表现地面错落,错落高度一般3~20cm,最大错落高度约30cm9月中旬,在原来产生细小张拉裂隙的旱田里发现长大张拉裂隙,走向近东西向,裂隙近陡直,裂隙长25m,裂缝两侧表现地面错落高差约30cm,裂缝宽约25cm。

坡体存在大量张拉裂隙和小面积滑塌现象坡体林地中马刀树、歪脖树,表面该坡体原为滑坡修建道路切削了该处边坡的坡脚,强降雨导致坡体长时间的处于饱和状态,滑床土体强度降低,直接诱发了本滑坡变形进一步加剧勘察时,判断滑坡变形仍未收敛,变形速率已经极微小,但是雨季时变形速率将加大,滑坡处于蠕滑状态,且随时可能继续滑移。

2.3滑坡物质组成及结构特征

(一)滑体

本滑坡滑体从北至南纵长约78m,西至东横宽180m,滑体后缘高程为205m,前缘高程152m,前后缘高差约53m;滑体主滑方向为约170°,部分地段表现为2个或多个破裂壁。组成滑坡的滑体主要地层为含碎石粉质粘土及含块石粉质粘土,厚度3.0~13.50m;通过大容重试验,测得含碎石粉质粘土天然重度1.95~1.99g/cm3

(二)滑带

滑坡体上部地层渗透性大于下部风化细砂岩的渗透性,导致含块石粉质粘土底部与风化细砂岩顶部接触面处(滑带土)的土体含水率增大,抗剪强度降低。滑动带上部处于坡残积含碎石、块石粉质粘土层,中下部处于岩土交界部位。滑带土为褐黄色,主要由粘性土不均匀夹有10~20%强风化砂岩砾石、碎石组成,呈棱角状,粒径一般为11~30cm,呈很湿、可塑状态,该部分土体受到挤压、揉皱作用,土体结构及工程特性产生了较明显的改变。滑动带附近土的结构较上部松散,透水性较强、遇水易软化,降低了土的抗剪强度,形成软弱带。该滑坡为牵引式滑坡,尚处在蠕滑状态,滑动带是随着斜坡切割深度不同而变化,因此,在各次人类工程活动及每次长时降雨或暴雨之后,亦随之出现多个滑动面。

(三)滑床

组成滑坡滑床的地层为第四系坡残积含碎石、块石粉质粘土层和白垩系下统洞下场组强~中风化细砂岩。滑床形态在南北方向上呈现上陡下缓,上段倾角60°~75°,中下部倾角20°~40°。由于该滑坡为人类工程活动所引起的牵引式滑坡,部分地段表现为2个或多个滑床,其滑床地层会随工程活动的强度而变化。

3滑坡稳定性分析

3.1滑坡稳定性影响因素

滑坡的影响因素由内因和外因两个方面,它们是相互联系,相互补充的,其中内因方面的地质因素包括:地形地貌因素、岩性因素、构造因素等;外因方面因素包括:持续强降雨及人类活动。

1)地形地貌因素

滑坡所处地借母溪乡为中低山地貌,地形切割深,起伏较大,整体地形坡度较陡,坡度约35°,相对高差约53m。前缘扩建省道切挖坡脚,形成高约2m的陡坎,且未进行支护,加上滑坡区上部汇水面积大,易汇聚地表水和地下水,因而地形有利于形成滑坡。

2)岩性因素

滑坡体上覆土层为第四系残坡积含碎石、块石粉质粘土,结构不均匀,局部形成透水通道,易于雨水入渗。地下水主要沿土体裂隙及基岩面向下流动,在地下水作用下,易使滑坡体饱和,滑体重度增加,易形成软弱滑带,为滑坡形成奠定了基础,进而引发灾害。

3)降雨因素

降雨是坡体变形发展的主要诱发因素。大气降雨对滑坡的诱发作用主要体现在降雨过程中增加滑体岩土的自重,增大孔隙水压力,使处于极限平衡(基本稳定)的坡体产生滑动;其次是地下水渗透到滑动面(带)上,软化滑动面,降低了抗剪强度,减弱了稳定性,导致坡体变形失稳滑移。另外,坡体上田地的浇田用水也是影响滑坡稳定性的因素之一。

4)人类工程活动因素

不合理的人类活动是形成滑坡的外在因素。人类工程活动坡脚强度最大,坡顶次之,坡体中最弱。坡顶为田地,坡中为林地,坡脚切坡开挖建成道路,人类工程活动改变了原始坡形态,大大增强了土体的降水入渗能力,坡脚切坡开挖破坏了原始边坡的连续性,造成岩土接触带这一软弱带临空。

综上所述,地形地貌、岩土性质、降雨和人类工程活动是影响该滑坡稳定性的因素其中造成滑坡滑动的主要外界影响因素是大气降水和人类工程活动。

3.2滑带土抗剪强度的确定

通过探洞采取滑带土原状样,采用天然残剪、饱和残剪试验方法,获取了相应的残余抗剪指标。滑坡处于蠕动变形阶段,选取代表性的剖面,采用自重+暴雨工况条件下,稳定系数取Fos=0.98进行反演滑面抗剪强度指标参考室内试验、反演分析结果,结合工程类比及地区经验综合确定。

3.3滑坡稳定性评价

滑坡滑动面多位于岩土交界处属于折线平面滑动,本滑坡稳定性计算采用“折线滑动破坏”模式,运用极限平衡原理计算滑坡稳定性系数。

根据《滑坡防治工程勘查规范》(GB/T32864-2016)第13.3.2条的规定,滑坡稳定状态的划分标准如表1所列。

1  滑坡稳定状态划分标准

滑坡稳定系数Fs

Fs1.00

1.00≤Fs1.05

1.05≤Fs1.15

Fs≥1.15

滑坡稳定状态

不稳定

欠稳定

基本稳定

稳定

根据本滑坡危害对象程度及潜在经济损失,确定本滑坡防治工程等级为二级,取抗滑稳定安全系数Ks=1.25。根据滑坡稳定性结算结果及滑坡稳定状态划分标准,本滑坡稳定性评价结果如下表2所列。

2  滑坡稳定性评价结果

剖面

工况

滑坡稳定系数Fs

评价结果

安全系数

剩余下滑力(kN)

1-1’

1(自重)

1.046

欠稳定

1.25

374.89

2(自重+暴雨)

0.974

不稳定

1.15

691.36

2-2’

1(自重)

1.069

基本稳定

1.25

510.32

2(自重+暴雨)

0.899

不稳定

1.15

852.06

3-3’

1(自重)

1.004

欠稳定

1.25

808.66

2(自重+暴雨)

0.898

不稳定

1.15

1097.82

本工程滑坡目前处于蠕动变形阶段,在自重作用工况下处于欠稳定~基本稳定状态,在自重+暴雨作用工况下处于不稳定状态。

3.4滑带土抗剪强度敏感性分析

影响滑坡体稳定性的主要因素包括滑带抗剪强度参数(C、φ值)、滑体饱水情况及滑体容重的变化等本滑坡滑体容重采用大容重方法测得结果相对较准确,而滑带土抗剪强度参数(C、φ值)值的取值中影响因素较复杂,因此,本次敏感性分析主要以抗剪强度参数(C、φ值)值作敏感性分析,研究其对滑坡稳定性的作用。

选取具有代表性的滑动剖面进行计算求得不同取值情况下的稳定性系数,进行敏感性分析敏感性分析成果如表3、图1、图2所示。

3  滑坡敏感性分析结果

     Fs  C    

Φ

13.00

14.30

15.73

16.00

17.00

15.00

0.834

0.849

0.866

0.869

0.88

16.50

0.907

0.922

0.938

0.941

0.953

18.15

0.989

1.003

1.020

1.023

1.034

19.00

1.031

1.046

1.062

1.065

1.077


图片7.png

1  敏感性分析Fs-Φ关系曲线图

图片8.png 

2  敏感性分析Fs-C关系曲线图

由上述成果可知,滑动面的C、φ值对稳定系数的影响十分显著。由图1及图2可以看出,Fs-C关系曲线的倾角小于Fs-Φ关系曲线的倾角,φ值较C值对稳定系数Fs的影响更明显。由表3计算可知,当C值保持不变的情况下,φ值每提高10%,稳定系数Fs大于提高8.8%;当φ值保持不变的情况下,C值每提高10%,稳定系数Fs值大约提高1.80%。Fs进行的单因素敏感性分析结果说明,稳定系数Fsφ值的敏感程度大于C值,即φ值对稳定系数Fs的影响大于C值。

4结束语

我国南方山区道路许多地段地质环境差,降雨频繁,存在许多滑坡地质灾害,给公路养护部门带来巨大的养护成本,给人民群众的出行安全造成重大安全隐患,同时给社会也造成了不良影响。随着国民经济的发展,大量的公路滑坡急需治理,滑坡勘察是治理设计的依据,勘察成果的准确性对治理工程的安全性、经济性极其重要 勘察人员应准确识别滑坡周界,表述清楚滑坡危害对象及滑坡形态特征,查清滑坡物质组成及结构特征,多方法确定滑带抗剪强度参数选择合适的方法进行滑坡稳定性分析,判断滑坡变形阶段,为滑坡治理设计提供详实的基础资料和建议。

 

参考文献:

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[3]方留杨,刘天逸,陈贺,潘远阳,赵鑫,叶咸,王海.多因素作用下山区公路滑坡变形特征的离散元数值分析[J].土工基础,2022,36(06):946-951.


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