某山区公路碎石土滑坡成因及稳定性分析

何维山，唐俊，宋正辉

摘  要：以皖南山区某工程滑坡为研究对象，结合地质勘察成果，从地形地貌、地层岩性、地质构造、水文地质条件及工程施工等方面分析了滑坡的成因.基于传递系数法分别计算原地面、开挖后边坡在天然状态和饱水状态下的稳定性系数.结果表明：原地面自然边坡基本稳定;工程施工后，边坡天然状态下稳定系数Fs为1.164，基本稳定;遇暴雨或连续阴雨的饱水工况下，抗滑总力下降约6.3%，下滑总力增加约9.2%，稳定性系数Fs为0.998，会再次发生滑动.

关键词：山区公路;碎石土;滑坡;稳定性;传递系数法;边坡

中图分类号：U416.163           DOI：10.16375/j.cnki.cn45-1395/t.2021.04.015

0    概述

在山区修筑公路，因地层岩性，地质构造复杂，地形条件变化大，加上工程施工，常引发滑坡地质病害[1-12].

影响边坡稳定性的因素分为内因和外因，其中内因主要为地形条件和地质条件，外因为降水、地震和人类活动影响[13];降雨是滑坡灾害產生的主要诱因之一[14];大面积临空是造成公路路基失稳的主要原因[15].

皖南山区某一级公路K10+404大桥于2017年11月—12月进行便道施工，2018年9月进行桩基施工.2019年5月左侧边坡发生滑坡，给桥梁和后期公路运营带来危害，影响高速公路的正常通行和使用寿命，危及生命财产安全.本文就该滑坡的成因及原地面、边坡开挖后的稳定性进行深入分析，对与公路斜坡相关的设计和施工具有借鉴意义.

1    滑坡工程地质特征

根据地质勘察，滑坡处地形总体趋势上陡下缓，滑坡前后缘距离50～60 m，两侧距离60～100 m，面积约2 800 m2.后缘位于K10+404大桩号左侧边坡3级坡台阶处，后缘错落10～20 cm，裂隙宽度约15～20 cm，裂隙近垂直地面，剪出口因受到较长时间的冲刷，特征不明显，但坡体下方见明显滑塌堆积体.滑坡体主要由碎石土组成，近似扇形，厚度一般为5～7 m，最大厚度为8～10 m，体积约1.8[×]104 m3.滑动面呈折线型，碎石土为松散状，透水性较强.在地下水的作用下，滑坡体主要沿碎石土和强风化砂岩界面滑动，属于小型中层牵引式堆积层滑坡.滑坡相关特征图如图1、图2所示.

2    滑坡成因分析

2.1   地形地貌因素

滑坡区属皖南中低山区，地貌特征为上部较陡、下部较缓，原地貌自然边坡基本稳定.边坡开挖后，在路线左侧形成了3级高约8 m、坡度约50°的陡倾临空面，同时滑坡体两侧地形较中部高，呈“U”型，有利于地表水及地下水的汇集，恶化了滑坡区的水文地质条件.

2.2   地层岩性、地质构造因素

滑坡段发育F1断层，致原基岩较破碎.经进一步风化、搬运后，在场地形成较厚的残坡积成因的碎石土，呈松散状，具孔隙比大、透水性较好、抗剪强度较低等特征.其天然状态性质一般，遇水则导致强度进一步下降，易于产生滑坡.下伏基岩工程性质较好.

2.3    水文地质条件

水是诱发滑坡形成的主要外在因素.滑坡体段的地形、地层条件利于地表水的汇集与地下水的下渗.2017年11月—2018年9月经历过雨雪天气，尤其是持续暴雨，大量雨水的渗入降低了土体抗剪强度，同时地表水和地下水的渗入增加了土体重量，这是滑坡形成的重要原因.

2.4   工程施工因素

由于桥梁左侧边坡的施工切坡破坏了原坡体应力平衡，降低了坡体阻滑段抗滑力，加之坡体开挖后未及时进行防护，上部开挖后弃渣未及时运出坡体（2级坡可见部分弃渣堆积于坡体上），上部截排水措施不及时，致滑坡体长时间处于临滑状态，最终在地下水的不利作用下引发了滑坡.

3    稳定性分析

3.1   定性分析评价

滑坡体主要由碎石土组成，呈松散状，厚度较大，孔隙比大，透水性较好，抗剪强度较低，工程性质差，下伏基岩工程性质好.在暴雨或连续阴雨条件下，大部分降水入渗坡体，降低土体抗剪强度，增加滑坡体重量，同时增加动水压力，使边坡稳定性变差，坡体上陡下缓，兼之施工切坡，降低阻滑段抗滑力.各不利因素综合作用导致滑坡的发生.

3.2   定量分析评价

1）模型的概化

由于滑坡体的空间形态较为复杂，同时滑坡体内物质组成亦不尽相同，为一各向异性介质，因此，为便于常规的力学计算，对计算对象进行如下假定： ①假定滑床为标准折线形且单折线滑面的力学性能均一;②按折线形状将滑坡划分块段，且各块段内物理力学指标各向同性;③滑坡按整体滑移考虑;④暂不考虑地震力及动、静水压力.

2）滑坡岩土的物理力学指标

计算断面是结合经验和工程类比分析，按照相关规范综合选取强度参数.由于该边坡难以形成稳定的地下水位，暴雨工况强度参数按照正常工况的强度参数进行折减.各断面的强度参数取值如表1所示.

3）稳定性计算评价

条块划分如图3所示.

计算公式[16]如式（1）—式（3）所示：

[Fs=j=1n-1（Rij=1n-1ψj）+Rnj=1n-1（Tij=1n-1ψj）+Tn]                 （1）

[ψj=cos（θi-θi+1）-sin（θi-θi+1）tanφi+1]     （2）

[Ri=Nitanφi+CiLi]                     （3）

式中：[Fs]为稳定系数;[Ri]为作用于第[i]块的抗滑力，kN/m;[ψj]为第[i]块段的剩余下滑力传递至[i+1]块段时的传递系数，[j=i];[Ti]为作用于第[i]块滑动面上的滑动分力，kN/m;[θi]为第[i]块段滑动面与平面的夹角（°）;[φi]为第[i]块段土的内摩擦角（°）;[Ni]为第[i]块段滑动面的法向分力，kN/m;[Ci]为第[i]块段土的黏聚力，kPa;[Li]为第[i]块段滑动面的长度，m.

稳定性计算结果见表2—表3.

根据稳定性计算结果，可以判明原地面在天然状态、暴雨或连续阴雨状态下处于稳定状态;施工后在未设置防护的前提下，边坡在天然状态下处于稳定状态，如遇暴雨或连续阴雨状态，会再次发生滑动.

相对于天然状态，原地面或开挖后边坡在饱水状态下抗滑总力下降，下滑总力增加.其中，原地面饱水状态相对于天然状态抗滑总力下降约4.9%，下滑总力增加约9.1%;但开挖后饱水状态下的抗滑总力下降约6.3%，下滑总力增加约9.2%.可见边坡开挖后未进行及时防护时，地形、地层、构造、水等因素的综合影响引起抗滑总力下降和不足，导致滑坡的形成.

4    结语

1）从工程地质条件、施工等方面分析了滑坡的成因，并通过原地面和边坡开挖后稳定性系数的定性、定量分析，给出了坡体的稳定性评价.

2）山区公路地质条件复杂，边坡开挖后破坏原有坡体平衡结构，防护不及时将对边坡的稳定性产生不良影响，严重时可能引发工程滑坡，后续类似工程应引以为戒.

3）边坡开挖后未进行及时防护时，在地形、地层、构造、水等因素综合影响下，引起抗滑总力的下降和不足，导致滑坡的形成.

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Causes and stability analysis of gravel soil landslide on a mountain road

HE Weishan， TANG Jun， SONG Zhenghui

（Anhui Transport Consulting & Design Institute Co.， Ltd. ， Hefei 230088， China）

Abstract： Taking an engineering landslide in the mountainous area of Southern Anhui Province as the research object， combined with the geological survey results， the causes of landslide are analyzed from the aspects of topography， stratigraphic lithology， geological structure， hydrogeological conditions and engineering construction. Based on the transfer coefficient method， the stability coefficients of the      original ground and the slope after excavation in the natural state and the saturated state are calculated. The results show that the natural slope of the original ground is basically stable. After the construction， the slope is basically stable in the natural state with the slope stability coefficient Fs 1.164. In case of the saturated condition of rainstorm or continuous rain， the slope will slide again with the decrease of   total sliding resistance force by 6.3%， the increase of total sliding force by 9.2%， the slope stability      coefficient Fs 0.998.

Key words： mountain road; gravel soil; landslide; stability; transfer coefficient method; side slope

（責任编辑：黎   娅）