关于滑坡工程地质特征的研究

关于滑坡工程地质特征的研究

摘 要：结合某高速公路路堑膨胀土滑坡案例，对该滑坡工程地质特征进行了研究，分析了滑坡发生的原因，并对滑坡进行了稳定性分析，计算了其剩余下滑力，提出了该滑坡的整治方案，总结了膨胀土滑坡整治的设计及施工经验。

关 键 词：滑坡；膨胀土；稳定性分析；剩余下滑力

1 工程概况

某高速公路路堑边坡位于湖北省保康县黄堡镇祚峪河南岸100m处斜坡处，路线以挖方形势通过，最大挖深22m，左侧边坡最大高度为27m，右侧边坡最大高度16m。原设计一级抗滑挡墙，二三级浆砌片石防护。在下部挡墙施工完成，上部几级边坡已成型时，ZK87+110-ZK87+165段左侧二级以上边坡发生滑塌。当时施工单位立即上报管理单位，并及时对该边坡坡率进行了调整，由原设计1：0.75坡率调整为1：1.25，并在坡顶增设了两条截排水沟，对坡面及时施做了浆砌片石防护，以加强地表水的排泄。但在2014年7月份，作业区连降大雨，路堑边坡发生大范围滑塌，坡面防护工程及截排水系统被破坏，在坡顶出现圈椅状张拉裂缝，滑坡体量测出现雁行裂缝，坡体从第二级平台顶部剪出。

2 滑坡区工程地质概况

2.1 地形地貌

滑坡区地形地貌为构造侵蚀～剥蚀中低山，微地貌为缓坡地貌，自然坡度约为10-20°。斜坡一侧发育冲沟，山体植较为茂盛，坡顶为一座茶园。滑坡体顶部山体地表覆盖层厚度

约为3-4.5米。滑坡体纵向长度约为70米，横向宽度55米，滑体厚度3-8米，滑体物质组成以膨胀土为主，下部为全-强风化泥质页岩，地质钻孔揭露该层厚度约为5-12米。

2.2 地质构造

勘察区位于新华夏系第三隆起带与淮阳山字型西翼反射弧东段的复合部位，淮阳山字型西翼反射弧北西向至近东西向的褶皱带、断裂带斜贯全区，北部为青峰断裂带，南为荆当盆地，西为牛头山倒转复式向斜，东部为南漳断凹。新华夏系的北北东向构造带、北北西向构造的断裂和槽地带复合于山字型构造带之上，构造较为复杂。

2.3 地层岩性

滑坡区上部土层为第四系更新统残坡积粉质粘土（Qpel+dl），厚3-8m，下伏基岩为古生界志留系（S）泥质页岩，页理发育，上部全-强风化岩层厚度约为5-12米，矿物成分显著变化，但仍能分辨其原始结构。下部为中风化泥质页岩，岩质属较软岩，产状顺坡向发育，具体情况如下：

1、第四系更新统残坡积粉质粘土（Qpel+dl）：分布于坡体及坡顶表层，厚度3-8米不等，黄褐色-红褐色，可塑状，局部有条带状灰白色高岭土分布。

2、志留系下统龙马溪组（S1l）：根据岩石风化程度，可分为全风化带、强风化带及中等风化带，其特征分别如下：

2-1全风化页岩：灰黄色，岩石组织结构已基本破坏，矿物成分显著变化，岩芯呈碎屑状，层厚1.0～4.50m。

2-2强风化页岩：灰黄色-青灰色，岩石组织结构大部分破坏，矿物成分显著变化，岩芯多呈碎块，页理十分发育，岩芯断口处可见大量铁锰质浸染。该层厚度4.0～8.0m。

2-3中风化页岩：青灰色，细粒结构，薄层状构造，丝绢光泽，主要由泥质、钙质组成，可见少量方解石细脉。页理清晰，节理、裂隙较发育，岩芯多呈短柱状、饼状，属软岩，最大揭露厚度23.0m。

2.4 水文地质特征

根据钻孔及当地水文资料显示，该处地下水主要为松散岩类孔隙水（上层滞水）、基岩裂隙水两大类。

其中松散岩类孔隙水主要赋存于区内第四系残坡积层中。地表径流条件好，大气降雨入渗补给是其主要来源，主要为季节性的上层滞水，水位极不稳定，对混凝土有微腐蚀性。基岩裂隙水主要赋存于页岩裂隙中，一般为顺层径流，接受大气降雨和地表水体入渗补给，以下降泉或湿地形式排泄。

3 滑坡成因分析

该滑坡形成的原因有内因及外因两类，其中的内因有：1）易滑地层的影响[1]。边坡所处地区普遍分布膨胀土、红粘土、泥岩、页岩等易滑地层，尤其是膨胀土边坡，在遇水后极易失稳，这是滑坡形成的主要原因。2）地下水位较高。根据钻探揭示，该坡体稳定水位高度在地表以下3米左右的位置。说明水位以下的土体饱和度较高，饱水后的膨胀性土的力学指标将会明显降低，这是滑坡的内因之一。

另外，滑坡的形成还有以下几种外因：1）降雨影响。降雨入渗后，坡体自重应力增加，下滑力进一步加大，加上地下水位上升后进一步降低了水位上部土体的强度，最终导致坡体发生破坏。2）施工扰动影响。在路堑边坡开挖后，斜坡前缘产生临空面，与此同时边坡的抗滑力减小，使得边坡失去自然平衡，造成坡体变形失稳。

4 滑坡防治方案

4.1 方案比选

目前处理类似膨胀土滑坡的方案主要有清方卸载辅助生态防护、锚杆框架梁防护以及抗滑桩几类[2，3，4]。考虑到工期、费用以及适用性，最终提出清方卸载辅助生态防护与抗滑桩方案进行比选。

方案一：清方卸载辅助生态防护方案。在ZK87+110～ZK87+165段范围内进行。清方横向宽度约55～65m，纵向长度55m，厚度约12m。经过清方，可基本将坡体上覆膨胀土层清除。之后立即对坡体表面挂三维网进行喷播植草。在清方轮廓线附近设置环形截水沟，并在滑坡体内部设置坡内排水暗管。该方案的优点是施工操作简单，作业面开阔；缺点是清方工程量较大，涉及到对坡体顶部茶园进行征地，征地难度较大，另外，清方后未完全清除上部覆盖层，边坡有二次滑动的可能性，存在一定的安全隐患。

方案二：抗滑桩方案。对边坡进行适当放缓，后缘开口线在茶园以外。在ZK87+105～ZK87+170段第一、二级边坡平台处设置两排抗滑桩，同方案一，在清方轮廓线附近设置环形截水沟，并在滑坡体内部设置坡内排水暗管，对坡面采用浆砌片石防护。该方案的优点是对滑坡根治较为彻底，缺点是技术难度及费用较高。 经过反复比较后，最终确定采用抗滑桩的方案，一次性根治滑坡体。

4.2 设计参数的确定

4.2.1 土体物理力学指标的选取

物理力学指标的选取是通过室内试验、工程地质类比法以及参数反演得到的。

对于膨胀土，其γ=18.6KN/m3；中风化页岩γ=23.4KN/m3，饱和单轴抗压强度R=15.4Mpa；滑带土γ=15.3KN/m3，C=13kpa，Φ=12.3°。

4.2.2 安全系数的选取

对于整个坡体的深层滑动而言，采用K=1.15。

对于上部覆盖层而言，采用K=1.25。

4.2.3 滑坡推力

前排抗滑桩的滑坡推力为712KN/m，后排桩，推力为2235KN/m，桩前抗力为743KN/m。

4.2.4 结构设计

抗滑桩内力计算采用“K”法，滑坡推力按矩形分布，抗滑桩桩底支撑采用自由端，抗力采用桩前剩余下滑力。地基系数对页岩来说取KH=200000KN/m3。抗滑桩设计采用极限状态法，结构安全系数对于抗弯取K=1.2，抗剪K=1.3。

4.3 整治措施

针对该滑坡诱因，结合现场实际情况，为保障一次根治，采用抗滑桩与坡面封闭、截排地表水的方案。

1）首先应适当放缓边坡，并将坡体表面遗留的裂缝及时进行封堵，封堵时采用黏土球回填。

2）抗滑桩分两排布置，第一排位于一级边坡平台处，共设置12根，5m的桩间距，桩基截面尺寸2m（宽）×3m（高）。桩顶高出平台2m，高出部分桩身设置侧翼，桩间设置挡土板。第二排桩设置在第二级平台处，桩间距5m，截面尺寸与第一排桩相同。

3）排水工程。由于地表水及地下水是导致膨胀土边坡滑塌的主要原因，因此截排水是治理该滑坡的关键。因此在滑坡体后缘裂缝顶部设置一道环向截水沟，拦截滑坡体以外地表水，并顺畅排至排水沟，导出滑坡区域。另外在滑坡体范围内设置两道截水沟，拦截坡体以内的地表水，并使之与截水沟顺接，另外在坡体内部设置数十条排水暗管，及时将坡体内部积水排除。除此之外，在坡面增加浆砌片石防护，防止降雨通过坡面渗入坡体内部。

6 结语

该滑坡整治完工后，目前已历经2个雨季的考验，未再出现变形滑动现象，工程使用情况良好。通过该滑坡的设计与施工，让工程技术人员认识到，此类膨胀土边坡的设计与施工首先要把握“水”的防治，其次才是支挡结构的设计，而且只有充分考虑到实际操作上的适用性，才能达到对症下药，一次根治，不留后患的效果。

参 考 文 献

[1] 李远耀，殷坤龙，柴波，张桂荣.三峡库区滑带土抗剪强度参数的统计规律研究[J]. 岩土力学，2008.5

[2] 张华莹.某膨胀土路堑滑坡整治[J].山西建筑，2009.4：253-255.

[3] 陈方哗，翟全礼.膨胀土地段的边坡防护[J].养护管理，1998.4：39-41.

[4] 阎国平，胡举印，应国刚.膨胀土性质及分类综述[J].交通科技与经济，2004，3.