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某山区公路碎石土滑坡成因及稳定性分析

所属栏目:建筑设计论文 发布日期:2021-11-22 09:41 热度:

   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[1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12].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];降雨是滑坡灾害产生的主要诱因之一[14];大面积临空是造成公路路基失稳的主要原因[15].

	某山区公路碎石土滑坡成因及稳定性分析

  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1.8×104m3.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.

  图3 稳定性计算示意图

  

GetImg (3).jpg

 

  计算公式[16]如式(1)—式(3)所示:

  

GetImg.jpg

 

  式中:Fs为稳定系数;Ri为作用于第i块的抗滑力,k N/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,k N/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,k N/m;Ci为第i块段土的黏聚力,k Pa;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.

  参考文献

  [1]李全金培杰张红利云南元武高速公路滑坡稳定性分析[J]铁道建筑2013(4):109-112.

  [2]杨政武山区高速公路路堑边坡滑坡稳定分析及治理研究[J].交通建设与管理2015(8):139-141,144.

  《某山区公路碎石土滑坡成因及稳定性分析》来源:《广西科技大学学报》,作者:何维山,唐俊,宋正辉

文章标题:某山区公路碎石土滑坡成因及稳定性分析

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