闽北某高速公路滑坡稳定分析及防治方案研究

林 海

(福州市勘测院，福建 福州 350000)

随着我国综合实力的增强，国民生活水平日新月异的变化，国家基础交通建设飞速发展，修建高速公路时，多山区地带的高速公路产生许多边坡治理的问题，高速公路边坡治理给工程建设增加了难度和费用。边坡一旦失稳，将危及高速公路的正常使用，并对国家财产和人民的生命安全造成巨大的损失。因此，对高速公路边坡稳定性分析和防治方案研究显得尤为重要，可为边坡加固和滑坡治理提供实际工程案例分析，并为工程设计及施工提供科学的理论依据，对滑坡的预测预报也提供了重要的指导作用[1]。

通过大量工程实践和理论分析表明，造成滑坡的原因有内部因素和外部因素[2-4]。在内部因素中，决定滑坡是否发生及滑坡类别的主要因素在于边坡的岩土体性质、地质构造及边坡的外形。而外部因素则是指人为因素、地震作用、降水作用等，都将诱导并加速产生滑坡。滑坡等地质灾害是在各种因素综合作用下产生的，形成条件和影响因素复杂。地质条件因素是形成滑坡的基础，外部因素是诱导或触发条件，在进行滑坡分析和加固治理方案研究时，应先考虑占主导地位的地质条件因素，再对引发滑坡等地质灾害的外部因素进行具体分析。

位于福建省北部某高速公路滑坡是较为典型的由于高强度降雨和不合理的人类活动等影响因素下而形成的高速公路滑坡，滑坡平面示意图如图1所示。1996年工程建设区域坡体上的森林外包后，大量砍伐山中树木，形成大面积山体裸露，给大量雨水下渗提供通道，同年在滑坡体下人工开挖灌溉水渠，1998年连续降雨，导致山体饱水，滑坡出现明显的活动迹象，整个山体出现开裂下沉，弧形裂隙段长度累计达330 m，裂隙最宽处达0.45 m，可见最深处达1 m。高速公路滑坡一旦失稳，将直接危及其毗邻的高速公路和滑坡周围的建筑及居民的安全，需立即对该区域滑坡进行稳定性分析及防治加固。

1 滑坡概况

滑坡位于闽北某高速公路的K42+850～K42+970 段，为该高速公路2号桥桥台区域。该区域为阶梯状斜坡地貌，原始地形为西高东低，上缓下陡，坡度约25°～35°，地貌形态受地质构造和岩性控制，属剥蚀残丘地貌。边坡上部灌木植被生长茂密，杂草丛生。滑坡地貌较明显，上部有圈椅状滑坡壁，坡面呈台阶状。滑坡区域上覆土层较厚，很少见到基岩出露，地震基本烈度为6度。

滑坡区分布的地层为：1)表层坡积粉质黏土层(Qdl):褐红色，可塑～硬塑状，黏性稍好，局部含有少量碎石，厚度为1 m～3 m不等，位于滑坡的表层，暴雨后多呈饱水状态。2)残积砂质黏性土层(Qel)：灰黄色，可塑～硬塑状，黏性一般，厚度为2.5 m～5 m不等，位于滑坡的表层；暴雨后多呈饱水状态。3)侏罗系上统南圆组(J3n)全、强风化凝灰熔岩地层，为滑坡区域内的主要地层，分布于滑坡后缘陡壁以下、两侧路堑边坡段。岩心呈灰黄杂黑褐色，湿，坚硬状，原岩结构基本破坏，矿物显著风化变色，局部含有少量碎块，手捏易散，下部裂隙发育，且裂隙内填充有褐红色黏性土，可塑状，为主要滑动地层。4)侏罗系上统南圆组(J3n)弱风化凝灰熔岩，青灰色，岩芯极破碎，节理裂隙发育，裂隙面被铁锰质渲染，质地较坚硬，属较坚硬岩，TCR约80%，RQD约5%。

该滑坡地下水主要为基岩风化层的孔隙水，水位埋藏普遍较深。接受大气降水及地下水侧向补给；东部坡角处有两个间歇性泉水出露，流量均不大，其中南侧的流量为0.1 L/s～0.3 L/s,在有地表径流时才有出露；北侧的流量为0.01 L/s～0.03 L/s，为连续降雨才有出露，两个泉眼的水质均很清澈，无夹杂有泥沙等现象。由此推测泉水的源头为上部已废弃的沟渠中积累的雨水，从滑坡体中渗出的可能性不大。场区地表水主要为坡脚处的一饮水池。根据水质分析结果，场址区地下水对混凝土不具腐蚀性。

2 滑坡形态描述

该滑坡整体形态呈“簸箕”形(见图1)，滑坡前缘高程为170 m～178 m，后缘高程为210 m～222 m，高差约50.0 m。桥桩位于滑坡腰部，边坡坡度约为30°。滑坡前缘宽度约120.0 m，滑坡体最大厚度约14.0 m，顺主滑动方向长约145.0 m，体积约1.02×105m3，为一大型土质滑坡。

1)后缘：普遍高差为0.2 m～1.5 m不等，其中西南侧和西北侧高差稍低，为0.2 m～0.6 m，中间高差较大，后缘总长度为110 m。

2)侧缘：南侧的侧缘现象不太明显，据老乡反映，滑坡初滑之后有裂纹发育，后经雨冲刷之后裂隙消失，北侧的侧缘在顶部发育有阶梯状裂隙，下部由于紧贴冲沟，被雨水冲刷较严重，现象也不太明显。

3)滑坡台地和洼地：滑坡体中的台地有两级，级宽5 m～10 m不等，级高为0.8 m～1.2 m，走向为340°～355°，长度40 m～50 m，且每级台地后壁发育有裂隙。滑坡体中未见洼地。

4)裂隙：滑坡体中可见有3条长裂隙，短裂隙(<2 m)2处～3处，3条裂隙呈近平行状，走向340°～355°，宽度5 cm～20 cm，长40 m～50 m，大部分被黏性土和腐殖质填充，可见最深深度为1.2 m。其中南北向裂隙的裂隙面粗糙，张开较大，为张拉裂隙，西南和东南向裂隙的裂隙面较平直，张开稍小，为扭张性裂隙。

5)前缘：滑坡体前部坡度较陡，普遍坡度为20°～25°，局部人工开挖边坡达30°～40°，据观察和调查访问，现状下坡体前部基本稳定，仅在已废弃沟渠的局部有坡积土滑入其中。

6)滑动带特征：由野外地质调绘和钻孔FHP1～FHP5，FQ159～FQ162，FQ158A～FQ161A表明该滑坡的滑动面未贯通，根据具有明显滑动带特征的钻孔FHP1和FQ159表明滑动带深度不一，为11.4 m～12.5 m，为褐红～灰黄色，为黏性土夹杂砂土状强风化凝灰熔岩，另含少量1 cm～3 cm碎块，岩芯中局部可见擦痕，与水平交角为30°(如图2所示)。

3 滑坡形成机制

大量砍伐山中树木和坡脚工程建设开挖等人类活动是该公路滑坡形成的主要诱因。在降雨和地下水的作用下，滑坡岩土体逐渐形成软弱结构面(带)，边坡应力失衡，最后沿着软弱结构面(带)产生滑移破坏。该滑坡的形成机制如下：

1)内因：上覆较厚坡积粉质黏土、残积砂质黏性土，下覆厚层全～强风化凝灰熔岩是易滑坡地层，另外该边坡天然坡度较陡，为25°～30°，接近自稳极限状态。

2)外因:1996年该滑坡体中的树木进行了大量砍伐，形成了大面积山体裸露，给大量雨水下渗提供通道，同时滑坡底部开挖水渠，导致底部的卸荷，进一步加剧了滑坡的不稳定性。

3)诱因：1998年连续暴雨是滑坡产生的直接诱因，使得土体饱水，有效应力降低。

因此根据《公路工程地质勘察规范》，该滑坡可定性为：滑动面未贯通、推移式、大型、黏性土质滑坡。

4 滑坡稳定性分析

4.1 计算工况

外荷载、地震作用、大气降雨和地下水的水压力为该滑坡的外荷载，滑坡稳定分析按以下3种工况：

一般工况：滑坡体自重+外荷载，取土体天然重度、天然抗剪强度指标。

饱和工况：滑坡体自重+外荷载+暴雨，取土体饱和重度和饱和抗剪强度指标，由于该滑坡曾经滑动过，抗剪强度指标采用饱和抗剪强度残余值。

抗震工况：滑坡体自重+外荷载+地震作用+暴雨，参数取值同饱和工况。

4.2 滑坡土体重度及抗剪强度指标黏聚力c,内摩擦角φ取值

滑坡土体重度及抗剪强度指标黏聚力c,内摩擦角φ取值主要依据现场和室内土工试验确定，土体重度如表1所示。

表1 土体重度取值 kN/m3

4.3 滑坡黏聚力c,内摩擦角φ取值

据以上分析可知，该滑坡主要滑动介质为强风化凝灰熔岩和其间的褐红色黏性土夹层，坡、残积黏性土为上部地层，仅仅在滑坡的后壁和周圈存在滑动带，其c,φ值对滑坡整体影响有限，下部为基岩地层，为滑坡的下边界，其c,φ值对滑坡整体没有影响，因此对于上部坡、残积黏性土和基岩地层的c,φ值以试验值或者经验值为主，为非反算参数，而对于全、强风化地层，尤其是强风化夹黏性土凝灰熔岩地层的c,φ值进行反算，土体抗剪强度指标取值如表2 所示。

表2 土体抗剪强度指标取值

GEO-SLOPE是加拿大GEO-SLOPE公司研发的一款适用于边坡稳定性分析的软件，对边坡稳定性可进行详细的计算及结果输出，广泛应用于边坡稳定性分析。利用GEO-SLOPE软件中的Bishop法计算滑坡稳定性，并反求c,φ值，GEO-SLOPE软件可将Ⅲ-Ⅲ′横断面的滑坡体细分40块(见图3)。

由于该滑坡天然状态下处于临界稳定状态，稳定系数在1.00～1.05之间，根据相似工程经验和多次试算结果，在一般工况下，给定滑动面的抗剪强度黏聚力c值为11.3 kPa，反算滑动面的内摩擦角φ值。反算的滑坡稳定系数为1.00～1.05，反算结果如表3所示。

表3 滑动面参数反算结果表

根据反算结果以及相似工程经验分析，天然状况下滑动面抗剪强度指标取值如下：c=11.3 kPa，φ=16.15°，此时天然状况下的安全系数Fs=1.04，饱和工况下滑动面抗剪强度指标c=10.17 kPa，φ=14.54°，进行饱和工况和抗震工况下稳定性计算，得到饱水状态下的安全系数Fs=0.946，地震状态下的安全系数Fs=0.991，说明在连续降雨和地震的条件下，可能失稳，滑坡稳定性计算结果如表4所示。

表4 不同工况下滑坡安全系数

5 防治方案

该滑坡目前虽然稳定，但在公路开挖和浸水情况下可能会重新开始滑动，考虑到工程的适宜性、工期和经济性等因素，建议采用以下防治方案[5-6]：

1)减载和反压措施。由于该滑坡为黏性土质、推移式滑坡，滑动面形态为上缓下陡，根据《公路路基设计规范》宜采用滑坡后缘减重，前缘反压措施，后缘减载时同时应尽量确保滑坡后部和两侧山体的稳定性，防止后缘产生新的滑坡。

2)支挡措施。该高速路段为拟建桥梁路段，为保护桥梁，建议采用抗滑桩支护，由于滑坡的前缘紧靠居民区，宜设置抗滑桩板墙，具体桩板墙的分布有待于进一步计算。

3)截排水措施。降雨入渗是滑坡的诱发因素，应布置合理的排水系统，如坡体设置排水沟，坡顶设置截水沟，排水沟和截水沟可根据场地地形地貌排入自然冲沟或者连接至公路排水系统，并在坡体设置软式透水管，排出坡体裂隙水，避免坡体长期处于饱和状态。

4)裂缝封闭处理。对滑坡体及其后缘的拉裂缝采用黏土夯填密实，再采用混凝土封闭；对排水沟上的拉裂缝进行修补，在排水沟的下沉段设立排水口，防止排水沟因排水不畅积水或水进入滑体。

6 结论

1)闽北某高速公路滑坡的形成和发展受人类活动(砍伐植被和坡脚开挖)和降雨入渗影响，滑坡土体形成软弱结构面(带)，边坡应力失衡，这是诱发滑坡的主要因素。另外未设置地表、地下排水系统，则是加剧滑坡的关键因素。

2)本文用Bishop条分法对该滑坡的主要滑动层的c，φ值进行了反算，同时对3种不同工况下的滑坡稳定性进行分析计算，分析计算结果表明，该滑坡现阶段处于暂时稳定状况，但如果在连续暴雨和地震条件下滑坡的安全系数将低于临界值，滑坡将处于不稳定状况，因此必须对该滑坡进行必要的工程治理措施。

3)综合考虑工程的适宜性、工期和经济性等方面因素，本工程滑坡防治建议采用抗滑桩支护，由于滑坡的前缘紧靠居民区，宜设置抗滑桩板墙，并应布置合理的排水系统，对滑坡体及其后缘的拉裂缝采用黏土夯填密实，再采用混凝土封闭，对滑坡进行动态设计和信息化施工，并加强监测，有利于顺利完成滑坡治理工程。