1. 引言
随着我国经济水平的不断增长,各类工程建设也不断发展,中国西部大多数地区处于山区,场地条件受限,常有开挖修路、建房、平整场地等工程措施,切坡后将改变斜坡原来应力状态,易引发滑坡等地质灾害 [1] [2] 。本文基于南充市国道212线滑坡工程实例,在对滑坡的形成、发展过程进行分析的基础上,综合评价了其稳定性,结合施工的可行性和时效性提出了应急处置措施和永久治理措施,为同类型滑坡灾害的防治提供一定的参考 [3] [4] [5] 。
2. 研究区概况
研究区位于南充市嘉陵区国道212线猫儿山段,上接嘉陵区,下接曲水镇。海拔高程333 m~349 m。2018年4月中下旬,滑坡前缘坡脚开挖,加之期间降雨作用明显,5月6日下午产生滑动,国道212线道路发生明显的错断,并伴有大面积的沉降现象,造成了交通全面中断,滑坡地表出现裂缝,前缘右侧发生滑塌,变形有继续扩大的趋势。严重威胁上部国道212上行人、车辆,以及下部场地作业安全。
研究区属新华夏系四川沉降带川中褶皱带,构造形迹以北西~南东向展布为主。所在区域属构造剥蚀浅丘地貌。研究区主要由第四系全新统残坡积层(Q4el + dl)粉质粘土、侏罗系上统遂宁组(J3s)泥岩等地层构成。
3. 滑坡特征
滑坡区位于斜坡中部,斜坡整体呈折线形,陡缓交错,滑坡区坡度约13˚~45˚,前缘及后缘20 m处坡度较大,中部区域地形较为平缓。滑坡平面上呈圈椅状,主滑方向为89˚,前缘高程集中在345.5 m~349.0 m,后缘高程集中在333.7 m~341.8 m,总体高差约16 m,纵向长度约42 m,前缘宽约100 m,后缘宽约70 m,滑坡面积约4000 m2,滑体厚度5 m~10 m,体积约3.2 × 104 m3。地貌形态特征与周围区域斜坡形态特征差别较大,坡体上土体零乱,扰动明显,裂缝十分发育,局部也可见植被歪斜现象。滑坡范围的圈定主要以前缘的鼓胀变形,两侧的剪切裂缝,以及后缘的张拉裂缝并结合微地貌而划定,见图1。
该滑坡在后缘形成了高0.1 m~1.4 m错台,走向150˚~180˚,同时发育有相近延伸方向的多条次级拉张裂缝,裂缝宽度0.1 m~1.4 m,最大宽度0.8 m,深度0.3 m~0.6 m,最大延伸长度52 m;滑坡前缘剪出口处土体鼓胀变形;左侧发育有剪切裂缝,裂缝宽度2 cm~5 cm,深度5 cm~15 cm,延伸长度约5 m;滑坡右侧裂缝宽度5 cm~25 cm,深度0.3 m~0.5 m,延伸长度最大为39 m,下错明显,最大处约1.4 m,见图2;滑坡体地表裂缝发育,坡表地形较为零乱,扰动明显,有利于雨水下渗。
滑体主要由粘性土组成,红褐色,多为粉质粘土,局部夹角砾,土体杂揉,分布于整个滑坡坡体中,呈可塑状,部分呈硬塑状、软塑状,局部段夹角砾,含量约5%~10%,粒径约1 cm~2 cm,多呈棱角状。滑床由可塑状粉质粘土和强~中风化泥岩组成,其中粉质粘土呈红褐色,可塑状为主,局部呈软塑~硬塑状;泥岩呈紫红色,泥质结构,薄–中层状构造,局部裂隙发育,裂面多见铁锰质浸染,岩质较软。滑带呈红褐色,软塑状为主,滑带土厚为2 cm~8 cm,局部含角砾,滑坡右侧后缘公路错台滑壁可见明显擦痕,呈红褐色,滑面平直光滑,见图3。
Figure 2. Right side (south side) boundary of the landslide
图2. 右侧(南侧)边界错台
Figure 3. Slipper on the trailing edge of the landslide
图3. 滑坡后缘滑带擦痕
4. 成因分析
该滑坡区原始地貌为陡坎与平台交错的斜坡,坡体物质组成主要是粉质粘土,从地形上看该滑坡地段原本为缓坡,场平开挖后,前缘临空,给滑坡的发生创造了剪出条件。滑坡段斜坡上无冲沟发育,降雨后地表水主要沿坡面散流,部分雨水会下渗进入坡体,并且从斜坡中地势较高处流向地势较低洼处。据现场勘查,滑坡前缘右侧发育井点,常年有水,该区域富水性好,使得该区域土体长期处于饱水状态,部分土体呈软塑状,抗剪强度低。
受前期强降雨影响,斜坡土体重度增加,强度降低,加上2018年4月中旬坡体前缘坡脚开挖缷荷,前缘支撑作用削减,2018年5月6日滑坡前缘右侧饱水区域土体强度较低,首先出现局部失稳,坡体应力变化范围增加,裂缝出现并增加,坡体变形加剧,雨水通过裂缝更易渗入坡体内部,不仅促进斜坡的变形发展,也使前缘处的粉质粘土更加饱水、软化,土体抗剪强度急剧降低,软化范围逐渐扩大,最终形成软弱滑动面,开始蠕动滑移变形,产生滑坡。
其变形破坏的形成演化过程可概括为蠕滑–滑移–拉裂。受开挖影响,斜坡开始变形,逐渐发展成潜在滑移面,剪切变形使得坡体中部剪应力集中部位扰动扩容,斜坡下半部分逐渐隆起。随着变形体开始发生转动,后缘明显下沉,变形进入累进性破坏阶段。斜坡沿潜在滑移面向坡前临空方向滑移,并使滑移体拉裂解体,一旦潜在剪切面被剪断贯通,则发展为滑坡 [2] 。
从平面上看,该滑坡具有上小下大的塔式外貌,横向拉张性裂隙发育,多垂直于滑动方向,横向拉张裂缝多有向滑动方向下错现象;从变形破坏现象上看滑坡中前部变形比中后部变形严重;从变形时间上看,滑坡中前部先于中后部出现变形;从变形模式可以看出,该滑坡经历了斜坡前缘开挖缷荷,坡体应力条件改变,坡脚支撑力减弱的过程,坡体从前缘到后缘逐渐发生变形破坏,该滑坡属于牵引式滑坡。
5. 稳定性计算和评价
计算参数的选取主要以室内剪切试验的成果为基础,并结合宏观变形行迹判断,工程类比和地区经验及反演分析综合考虑确定。滑带计算参数见表1,滑坡稳定性计算结果见表2。
Table 1. Recommended table of calculation parameters for landslide stability
表1. 滑坡稳定性计算力学参数推荐表
Table 2. Landslide stability calculation results
表2. 滑坡稳定性计算成果表
由于土本为黏性土,本次稳定性方法采用了圆弧滑动法、折线滑动法(传递系数法)进行了对比分析。首先利用软件,采用圆弧滑动法,结合现场钻探成果,滑坡剪出口、后缘位置,对潜在滑动面进行收索、计算;之后根据钻探成果,采用折线滑坡法,对其进行稳定性计算。经对比,二者计算结果基本一致。最终采用折线滑动法计算结果进行支护设计。
采用折线滑动法选取典型剖面(3-3’、4-4’),计算滑坡的整体稳定性,见图4。天然工况下,滑坡整体处于欠稳定状态;暴雨、地震工况下,处于不稳定状态;从剖面3-3’上变形较大的次级滑动面稳定性计算结果可以看出,该滑坡在各工况下,局部稳定性差,天然、暴雨和地震工况下均处于不稳定状态。
Figure 4. Engineering geological profile 3-3’
图4. 工程地质剖面图3-3’
通过上述计算,可以看出滑坡前缘局部稳定性差,在滑坡前缘发生失稳破坏后将牵引滑坡中后段继续发生变形破坏,以上定量计算分析与现阶段滑坡变形发育特征相吻合。
6. 防治措施
6.1. 应急处置措施
考虑到滑坡治理工程及路面恢复工作周期较长,为方便民众出行,尽快恢复国道212线车辆通行,应南充市公路管理局要求,需尽快抢修临时通道以便通车,现提出临时通车应急抢险方案如下:
1) 首先对滑坡区域裂缝进行粘土回填封闭,防止雨水下渗。
2) 对滑坡前缘坡脚进行袋装土压脚,见图5。回填材料建议采用级配良好的砂卵石,在压脚过程中应注意人工边坡的稳定性。
Figure 5. Ballast in front of the landslide
图5. 滑坡前缘压脚
3) 对裂缝变形情况进行观测,观测周期3~5天,若裂缝无明显加剧变形迹象,方可在国道G212线部位抢修临时便道,降雨期间应禁止施工。
4) 临时通车期间,应严格控制车型及车流量,严禁大型车辆(客车、货车等)通行。同时,安排巡视人员对滑坡区域进行定点巡查,做好裂缝观测工作,如果发现新增裂缝或原有裂缝变形加剧,应立即关闭临时通道。
实践证明,应急处置方案是及时合理的,有效地遏制了滑坡进一步变形,为后续治理工程施工提供了场所,争取了时间,为类似滑坡的应急处置提供了一定的借鉴。
6.2. 永久治理措施
本次设计根据滑坡的特点,在前期坡脚反压完成后再进行。本设计拟采用截排水沟、抗滑桩并结合格构护坡和植草对该滑坡进行治理。
拟在滑坡前缘设置抗滑桩,以保证坡体的整体稳定;坡面上采用格构、绿化植草,以美化坡表;在滑坡外围设置截、排水沟,以减少雨水下渗,浸润坡体,并将雨水引出坡体。滑坡治理后,滑坡前缘在建项目进场道路会继续开挖,严禁其继续往国道212线方向开挖,其边坡开挖须结合该项滑坡治理工程进行。
于滑坡前缘适当位置布设抗滑桩,考虑到施工快速,拟采用旋挖成孔方式,抗滑桩间距5.0 m,桩径2.0 m,共计20根,其中A型抗滑桩14根,桩长11 m~13 m;B型抗滑桩6根,桩长16 m,总桩长约254 m。
于滑坡后缘设置截水沟,长87.0 m,接入公路边沟;于滑坡右侧适当区域设置排水沟,长43 m,接入场地截排水系统,截水沟截面类型为梯形,深度0.4 m。
7. 结论
1) 滑坡形成原因是受前期强降雨影响,斜坡土体重度增加,强度降低,加上2018年4月中旬坡体前缘坡脚开挖缷荷,前缘支撑作用削减,发生牵引式破坏,产生滑坡。
2) 通过对滑坡体进行宏观分析和定量计算,综合判定滑坡整体在天然工况下处于欠稳定状态,在暴雨、地震工况下,滑坡处于不稳定状态,从滑坡发展趋势来看,滑坡体发生整体滑动的可能性很大,对其进行工程治理是十分必要的。
3) 据该滑坡特点,采用了应急处置与永久治理相结合的方式,在前期坡脚反压完成后,采用截排水沟、抗滑桩并结合格构护坡、植草对该滑坡进行永久性工程治理。