含软弱夹层边坡稳定性分析及防治

袁超 汤新能 杨龙 霍振升

K81+750段左侧含软弱夹层高质边坡，对含软弱夹层边坡作了深入的研究和探讨，并进行了稳定性评价、对防治方案前后进行了计算研究。对比不同计算方案结果，综合考虑滑坡规模、安全风险、施工条件、工程造价等，坡面均采用现浇混凝土拱形格+支撑渗沟防护，坡体采用抗滑桩进行支护，可以有效防治含软弱夹层边坡失稳。

关键词 山区高速;软弱夹层;滑坡;稳定性分析

中图分类号 P642 文献标识码 A 文章编号 2096-8949（2022）04-0105-03

0 引言

研究区高边坡位于设计桩号K81+420～K81+750段左侧，小里程端处为天桥，大里程端连接路基段。2020年2月前该段已完成开挖，路堑墙基本施作完成，由于非法开采该路段煤质土，左右侧边坡发生大面积的坍塌破坏，并形成天然集水坑，浸泡路基使其松软。1月20日左侧边坡发生坍塌破坏，K81+620左侧路堑墙已被推翻，多处路堑墙出现错台现象，左侧坡顶发生开裂下沉，最外侧纵向开裂距边坡顶约120 m，纵向裂缝连续长度约400 m。该段边坡顶及左侧房屋裂缝存在持续扩大的迹象，存在较大安全隐患。

为了满足拟建线路设计要求，使工程顺利进行，亟需查明影响线路的滑坡问题，采用工程地质调绘、钻探、原位测试及室内岩土试验等综合勘察手段，对滑坡体进行了专项工程地质勘察工作。

1 工程地质条件

项目区属低纬山地亚热带季风气候，年温差小，日温差大;降水充沛，分布不均，具有夏季多雨、降雨连续集中、强度大、突发性强等特点，是诱发本区地质灾害的主控因素之一，对该边坡工程建设影响较大。根据地质调绘、钻探及施工揭露，滑坡区覆盖层主要由第四系残坡积粉质黏土、煤层及残积粉质黏土组成，下伏基岩为第三系上新统泥岩等。

滑坡区地貌单元属构造剥蚀山地地貌区，坡度18～40°，滑坡中部及上部较平缓，坡度约14～22°，坡脚较陡，滑坡下方即为设计道路，坡脚处线路走向约302°，两者接近直交。

2 滑坡基本特征

2.1 滑坡变形特征

滑坡主体为自然边坡，平面面积4.4×104 m2，主滑动方向约37°，滑体后缘厚度约8～16 m，中部约15～25 m，前部约10～18 m，平均埋深约17～22 m，滑坡体方量约8.1×105 m3。前后缘相对高差约21 m，坡体中部-后缘地形较缓，坡脚范围地形较陡，局部坡度超过40°，平面呈平舌状，剖面上呈近似折线型。

滑坡上方后缘位置处有开裂点，大部分地段见裂缝，在钻孔周围见大范围塌方变形，局部变形十分严重。受暴雨及削坡的影响，边坡产生了坍塌滑动变形，降雨导致岩土体抗剪强度显著降低，边坡出现了明显的失稳滑动迹象。滑坡基本上以后緣及两侧位置处开裂点和裂缝线为界，滑坡整体呈平舌状展布，剪出口位置位于设计公路上方。

2.2 滑坡成因分析

滑坡是由外界环境改变导致岩土体性质变化，致使坡体剪切破坏产生的。当岩土体自身力学平衡被打破，边坡就会产生变形破坏。滑坡的控制因素主要包括岩土体自身性质、外部降雨及人工扰动等，各种因素综合影响着边坡力学平衡[1-3]，具体致灾机理分析如下：

首先，从物质构成上看：滑坡地层主要由残坡积粉质黏土夹煤层构成，滑动软弱面基本上分布在黏土层及煤层中，土层受长期或者突发强降雨影响后，软弱土黏结强度及抗剪强度下降，对边坡的稳定性产生不利的影响，上部覆土层重量不足以产生下滑，裂隙逐渐贯穿至一定深度后，加上坡脚削坡，上部滑体失去支撑而发生滑动破坏，继而发生牵引式整体破坏，从而形成滑裂面。

其次，从坡体变形活动历史上看，当形成软弱带后，局部的微变形是持续进行的，土体的抗剪强度大为弱化。人工削坡过程中，坡脚开挖深度范围内的抗滑力逐步消失，变形明显，表现为各类滑坡裂缝（拉张、剪切、鼓胀）持续发展，滑坡下移加剧。由此可见，人类工程活动及降雨的影响，是滑坡变形破坏的主要外在因素。

从滑坡区水文地质条件分析，滑坡处于山坡中下部，有利于坡面地表水汇集，该区域表层的粉质黏土渗透性较弱，局部中等。降雨是影响地下水动态变化的主要因素，地下水位频繁的升降，改变了上覆土体的状态和强度，降雨入渗作用使得边坡土体抗剪强度急剧下降，进一步弱化了滑动面的抗剪性能，加剧了滑坡发生可能;另外降水还直接增加了滑坡体重量和降低滑动面抗滑力，局部含黏粒较高的部位易形成包水带，亦增加了下滑力，同样加速了滑坡的形成与发展。

现场调查表明，坡脚处见路堑墙倾覆，滑坡后缘位置处见有开裂点，大部分地段见裂缝，在钻孔周围见大范围塌方变形，局部变形十分严重。受暴雨及削坡的影响，随着坡脚开挖、卸荷力逐渐增大，导致坡脚抗滑力不断减少，在上部岩土体下滑力持续作用下，坡体局部出现变形、蠕动，内部较薄弱层逐步形成贯穿型裂缝，坡脚重载扰动、降雨等作用都加剧了滑坡的变形发展，直至失稳破坏。

3 滑坡稳定性分析

3.1 计算剖面的确定

结合现场踏勘和地质资料，类比K81+420-K81+750滑动所分析滑面，滑坡稳定性分析采用传递系数法分条块计算滑坡各段剩余推力，根据钻孔揭露地层情况绘出滑坡最危险滑动计算剖面。

试验选用K81+520剖面、K81+620剖面和K81+680剖面作为计算剖面，根据实测地面线和潜在滑面线进行条块划分，为计算剩余下滑力提供数据。根据地勘钻孔及地质调查成果，对三个断面现状潜在滑面进行反演，以暴雨工况稳定系数0.95～1.05为反演条件，参考当地经验数据及接近滑坡体中滑动土所取试样的试验数据，确定滑带土力学强度取值。天然重度取19.5 kN/m3、饱和重度取20.0 kN/m3;滑面抗剪强度指标：正常工况粘聚力25.40 kPa、内摩擦角5.76°;暴雨工况粘聚力23.50 kPa、内摩擦角4.6°。上述岩土体重度为取样试验值，通过对比，计算所得的抗剪强度参数与取样试验值基本一致。

3.2 计算工况

正常工况：自重;非正常工况Ⅰ：自重+暴雨;非正常工况Ⅱ：自重+地震。根据相关设计规范对抗震稳定性计算的有关规定，选择的计算安全系数如下：正常工况安全系数取1.25，暴雨工况安全系数取1.15，地震工况安全系数取1.05。计算查阅规范，得出水平地震作用系数为0.06g。根据边坡区的破坏边界条件和可能失稳方式，滑坡沿最危险滑动面滑动，按此破坏模式，根据公路路基设计规范中传递系数法公式计算[4-5]。

根据图1、图2、图3计算结果，可以看出，在正常工况，滑坡处于基本稳定状态，在暴雨及地震工况，滑坡处于欠稳定或不稳定状态，因此需要对该滑坡进行治理。

设计采用方形抗滑桩对滑坡进行治理。K81+420～K81+680左侧滑坡后缘裂缝距离边坡坡顶较远，在10 m平台上设置双排1.5*2.0 m方形抗滑桩、梅花形布设，桩后平台宽2 m、桩间距5 m、桩长25 m，共103根;K81+680～K81+750左侧滑坡后缘裂缝距离边坡坡顶较近路段，在10 m宽平台设置1.5*2.0 m方形抗滑桩、桩间距5 m、桩长25 m、共14根。由于滑坡导致K81+44处的车行天桥桩基变形，为了确保车行天桥右侧桩基的稳定，在K81+440天桥右侧一级平台中部布设1.5*2.0 m方形抗滑桩，桩间距5 m，桩长25 m，共5根。防护后稳定性计算结果表明，在后缘裂缝距离边坡坡顶较远路段最大剩余下滑力为1 523.65 kN/m，后缘裂缝距离边坡坡顶较近路段最大剩余下滑力为829.73 kN/m，布设抗滑桩均满足桩身配筋和桩顶位移工程要求。

4 结论

对于含软弱层的边坡应采用“裂缝封闭，外围截水、前缘排水及路基引水”的综合处治原则，坡面已产生的地表裂缝采取封填夯实，防止坡面水直接由裂缝下渗;对挖方路段设置截水措施，路基左侧开挖坡面及坡体设置深层排水孔;滑坡体内存在上层滞水，应加强坡脚部位的引、排水设置;利用滑坡周界范围外边沟，引流坡面水，使之不进入滑坡区。坡体防护设计采用抗滑樁进行强支挡，坡面防护时，边坡采用放坡、平台加宽，采用现浇混凝土拱形格+支撑渗沟防护。

参考文献

[1]王志勇. 含软弱夹层岩质边坡稳定性分析研究[D]. 长沙：中南大学， 2003.

[2]杜明庆， 王旭春， 王宁. 基于ABAQUS强度折减法的边坡稳定性分析[J]. 青岛理工大学学报， 2012（4）： 10-14.

[3]刘立平， 杨实君， 李英民. 软夹层参数对边坡动力特性的影响分析[J]. 重庆大学学报（自然科学版）， 2007（5）： 31-34.

[4]刘明维， 郑颖人. 基于有限元强度折减法确定滑坡多滑动面方法[J]. 岩石力学与工程学报， 2006（8）： 1544-1549.

[5]郑颖人， 赵尚毅. 有限元强度折减法在土坡与岩坡中的应用[J]. 岩石力学与工程学报， 2004（19）： 3381-3388.

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