高邊坡變形機(jī)制分析及處治措施

xx高速公路K198段高邊坡變形機(jī)制分析及處治措施1前言我國西南地區(qū)地處歐亞板塊與印度洋板塊碰撞帶的東緣附近,新第三紀(jì)以來地殼抬升迅速,受之影響,區(qū)內(nèi)各類新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)強(qiáng)烈，破壞性地震頻繁，近地表巖層結(jié)構(gòu)面發(fā)育，風(fēng)化差異性大[1～3]。廣泛存在的不穩(wěn)定巖土體為滑坡、泥石流的形成提供了物質(zhì)基礎(chǔ)。氣候類型復(fù)雜，干濕季分明，雨季多暴雨；受其特色地形“V”型谷影響，山區(qū)河流水位暴漲暴落，流水侵蝕和搬運(yùn)作用異常強(qiáng)烈，降雨常常成為滑坡、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害的主要激發(fā)因素。正在加緊建設(shè)的xx高速公路系國家“五縱七橫”國道主干線xx線上的重要路段。該公路起于xx，至于xx縣城，全線采用四車道高速公路標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)，計(jì)算行車速度采用80km/h，路基寬24.5m，起訖樁號(hào)k151+600～k225+500，全長73.9km。沿線屬于山嶺重點(diǎn)區(qū)，地質(zhì)、地形條件相當(dāng)復(fù)雜，多為高填、高挖路段，施工難度較大。在施工期間經(jīng)常發(fā)生隧道涌水、坍塌、施工引起的古滑坡復(fù)活等地質(zhì)災(zāi)害。本文茲以左k198段高邊坡開挖后出現(xiàn)嚴(yán)重變形為例，對其變形機(jī)制做一些分析。2工程地形地質(zhì)概況2.1地形地貌滑坡位于xx高原東南向xx溶原過渡之斜坡地帶，屬剝蝕低中山、構(gòu)造侵蝕溝谷地貌。由于地殼的間斷上升和河流急劇下切，山高谷深，呈“V”字型溝谷發(fā)育，一般河流切割深度200~400m，形成構(gòu)造侵蝕溝谷地貌和剝蝕低中山地貌。河谷谷坡多見凸面谷坡，山頂平緩。工作區(qū)地勢北高南低。最高點(diǎn)海拔1361.6m，最低點(diǎn)1318.32.2地層巖性區(qū)內(nèi)地層，主要有第四系（Qdel）亞粘土、第四系（Qdel）角礫土含碎石、第四系（Qdel）碎石土含塊石、泥盆系下統(tǒng)翠峰山組（D1c）粉砂質(zhì)泥巖、砂巖，現(xiàn)(1)第四系（Qdel）褐黃、褐紅色亞粘土，局部含強(qiáng)風(fēng)化粉砂巖角硬塑狀，滑動(dòng)帶附近呈軟塑～可塑狀；(2)第四系（Qdel）褐紅、褐紫色角礫土含碎石，松散，稍濕，為粉砂巖風(fēng)化殘積土，局部碎石含量較高，為碎石土；(3)第四系（Qdel）褐紅色碎石土含塊石，松散～稍密，稍濕，石質(zhì)為強(qiáng)風(fēng)化粉砂巖，滑動(dòng)帶見磨光、擠壓現(xiàn)象。(4)泥盆系下統(tǒng)翠峰山組（D1c）褐灰、褐紅色粉砂質(zhì)泥巖、砂巖，薄～中厚層狀，強(qiáng)風(fēng)化，砂狀～碎石狀，局部弱風(fēng)化，節(jié)理發(fā)育，巖石破碎，鉆孔揭露有一組近垂直節(jié)理很發(fā)育2.3構(gòu)造及地震該區(qū)位于南嶺緯向構(gòu)造體系的西端，xx經(jīng)向構(gòu)造帶的西南緣，xx巨型“歹”字構(gòu)造體系中部東支的東側(cè)。滇越巨型旋扭構(gòu)造體系的旋回面在本區(qū)內(nèi)也是明顯存在的。根據(jù)《中國地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖》（GB18306—2001）規(guī)定，xx、xx縣抗震設(shè)防烈度為VI度，設(shè)計(jì)基本地震加速度值為0.052.4水文地質(zhì)條件區(qū)內(nèi)地下水以孔隙潛水和基巖裂隙水為主?？辈炱陂g,鉆孔測得水位為7.5～11.2米，滑坡體內(nèi)地下水位隨地形變化較大，同時(shí)受雨季地表逕流影響嚴(yán)重，地下水以基巖裂隙水、第四系松散巖類孔隙水3坡體變形特征3.1坡體變形工程開挖后，坡體蠕動(dòng)變形，后部呈臺(tái)階狀，裂縫廣泛發(fā)育，前緣呈陡坡狀，其中，由于次級(jí)滑坡的蠕動(dòng)變形，滑坡體后緣產(chǎn)生多條新鮮的垂直拉—張裂縫(圖1)，裂縫相互平行，在坡體上呈扇形，最長者約30m，寬約為2～3cm。此外，在坡體表面中部出現(xiàn)細(xì)微小裂紋，這些裂紋在數(shù)量上有不斷增多、尺寸上有不斷擴(kuò)展的趨勢。圖1左K198段滑坡平面圖3.2坡體滑塌滑塌現(xiàn)象主要發(fā)生在K198+600～640段開挖形成的高陡邊坡附近,這種滑塌現(xiàn)象自開挖完成以來到全面整治之前時(shí)有發(fā)生，坡腳附近會(huì)產(chǎn)生許多拉—張裂縫，并向坡體內(nèi)遞進(jìn)式擴(kuò)展，坡上時(shí)有松散土塊自行塌落?；w有兩個(gè)滑動(dòng)方向，其一是向公路臨空面方向滑塌，另一方向是順層滑移，即順滑坡體主滑軸方向滑移。4滑坡發(fā)生機(jī)制分析4.1開挖卸荷邊坡被切削后，坡體臨空面的巖土體應(yīng)力釋放，巖土體結(jié)構(gòu)逐漸松弛，坡體上出現(xiàn)了不同程度的卸荷裂縫，隨著應(yīng)力的進(jìn)一步釋放，在坡體后緣將會(huì)出現(xiàn)拉張裂縫[4~5]。如圖2所示高邊坡，邊坡巖土體中A點(diǎn)的初始應(yīng)力為、（一般為受壓），邊坡開挖后，巖土體中A點(diǎn)的應(yīng)力調(diào)整為、。尤其是，它可能為拉應(yīng)力或?yàn)?。因此，A點(diǎn)應(yīng)力經(jīng)歷了一個(gè)從壓到拉的復(fù)雜的變化過程。然而，由于巖體的抗拉強(qiáng)度很弱，拉應(yīng)力的存在直接影響到巖體的強(qiáng)度和穩(wěn)定。圖2高邊坡開挖的卸荷作用4.2降雨入滲影響區(qū)內(nèi)降雨量大、集中、持續(xù)時(shí)間長。其對邊坡而言降雨的不利作用表現(xiàn)在兩個(gè)方面：抬高地下水位和降低巖土體的抗剪強(qiáng)度[6]?；麦w巖性為亞粘土含角礫、角礫土含碎石、碎石土含塊石，吸水性較強(qiáng)；滑床巖性為泥巖、砂巖，透水性較差。一般說來，降雨時(shí)雨水滲入巖土體表層造成表層的飽和度增加，然后逐漸向下部移動(dòng)。在滲透路徑較短的坡腳部雨水首先達(dá)到不透水層，并在這一部位積聚。此后坡腳的飽和度逐漸增高而后形成浸潤線。以后雨水的滲透主要是造成坡腳的浸潤線的上升和移動(dòng)。可以這樣認(rèn)為，降雨入滲的過程主要是非飽和巖土體變?yōu)轱柡蛶r土體的過程。以浸潤線為界，水分的增加主要發(fā)生在界線以內(nèi)，表現(xiàn)為巖土體由非飽和變?yōu)轱柡?。?dāng)然，邊坡失穩(wěn)的直接原因還有巖土體抗剪強(qiáng)度降低，孔隙水壓力的上升和土體重量的增加。通過試驗(yàn)確定，抗剪強(qiáng)度變化主要是因?yàn)檎尘哿Φ慕档?，由水分增加引起巖土體飽和可以使土的粘聚力降低到干燥時(shí)的1/10。同時(shí)，一般情況下，同種巖土體，非飽和時(shí)的抗剪強(qiáng)度一般大于飽和時(shí)的抗剪強(qiáng)度，而且非飽和巖土體的抗剪強(qiáng)度隨著含水量的增大而減小。降雨造成的非飽和區(qū)巖土體抗剪強(qiáng)度的降低也是造成邊坡失穩(wěn)的一個(gè)重要原因。4.3工程擾動(dòng)路塹開挖使滑坡體完整性遭受破壞和整體強(qiáng)度降低，成為滑坡體復(fù)活變形的外部因素[7]，該滑坡在開挖前是穩(wěn)定的，是由于沒有外在因素的擾動(dòng)影響，根據(jù)現(xiàn)場觀察分析，滑坡體是從邊坡第一級(jí)坡中部剪出，從而可以斷定，該古滑坡的抗滑段已經(jīng)被切斷，滑坡體上部分潛在滑動(dòng)面的抗剪強(qiáng)度不足以抵擋下滑力。另外，滑坡體上出現(xiàn)了高邊坡，形成了臨空條件，為重力作用更有效實(shí)施提供了前提。5處治措施5.1削方減重從工程地質(zhì)資料我們可以知道到坡中表面是約8m厚的坡積土層，所以擬放緩K198+560～K198+640第二級(jí)邊坡，適當(dāng)削方以減輕坡體的自重。這樣既可以減小剩余下滑力5.2排水工程5.2.1由于第四系殘坡積層結(jié)構(gòu)疏松，透水性較好，因此應(yīng)平整夯實(shí)山坡坡面，用粘土填塞滑坡后緣和滑體上的裂縫，防止坡面徑流匯集下滲至滑體內(nèi)部，同時(shí)，在距離滑坡后緣裂縫5m以外的穩(wěn)定斜坡面上設(shè)置環(huán)形外圍截水排水溝。根據(jù)地形設(shè)置一條繞滑體外圍截水溝，斷面尺寸是以該地區(qū)最大降雨強(qiáng)度時(shí)水流不漫溝為標(biāo)準(zhǔn)，溝底高程和溝底比降以順利排除攔截地表水為原則,水溝在平面上呈“人”字形展布。5.2.2坡內(nèi)排水所在區(qū)域的降水十分豐富，且滑坡體巖土體滲透系數(shù)較大，當(dāng)降水后，雨水會(huì)很快滲透到坡體內(nèi)，使切坡的抗剪強(qiáng)度降低，在滑坡上路段我們采取以下2種方式進(jìn)行排除坡內(nèi)積水:①平孔排水。在第1級(jí)邊坡和第2級(jí)邊坡下部采用PVC有孔排水管進(jìn)行排水。塑料排水管長度為達(dá)到潛滑面附近為準(zhǔn)，直徑為10cm梅花型布置,排水管設(shè)5%坡度以利排水，這種方式主要是排除深層積水。②在第2級(jí)切坡設(shè)置支撐滲溝排水。支撐滲溝寬2m,底部采用M7.5砂漿砌片石,兩邊及背部采用砂夾卵石作反濾層,中間用干砌片石。5.3護(hù)面工程邊坡凌空面主要是由第四系（Qdel）角礫土含碎石、第四系（Qdel）碎石土含塊石組成，此種巖土體暴露于地表極易松弛，容易使雨水沿裂縫滲入坡體內(nèi)和發(fā)生局部失穩(wěn)現(xiàn)象。在K198+560～K198+640段邊坡防護(hù)采用現(xiàn)澆砼拱形格植草，先對坡面坡面進(jìn)行清理、錘面處理，然后用C15砼澆注拱形格構(gòu)，格構(gòu)應(yīng)緊貼坡面，最后在框內(nèi)植草。5.4支擋工程從計(jì)算可知B-B,剖面處（公路樁號(hào)K198+620，圖1），地勘資料顯示該剖面沿滑面的穩(wěn)定系數(shù)為0.82＜1，處于不穩(wěn)定狀態(tài)?？紤]刷方減載后，經(jīng)計(jì)算，剪出口處剩余下滑力552KN/m，存在失穩(wěn)可能，所以在K198+560～K198+640段距路中心線左側(cè)30.4米挖方邊坡平臺(tái)處設(shè)置一排2×1.5米的抗滑樁，樁間距5米，共17根，根據(jù)潛在滑動(dòng)面實(shí)際深度確定樁長；為減少對邊