某高速公路滑坡深部位移监测及其稳定性分析

2014-06-30贺跃光

湖南交通科技 2014年1期

肖庭，贺跃光

(长沙理工大学，湖南长沙 410114)

0 引言

深部位移监测是滑坡变形监测的重要手段［1］，通过竖直钻孔进行深部水平和垂直方向位移矢量的监测，分析合位移方向位移分布的突出峰值和差动的侧向位移，查出位移场中不连续点的位置，对滑坡体进行准确的分块、分层、分级;通过监测成果，分析滑坡体稳定性随时间的变化规律，了解滑坡体处于何种衰变阶段及其安全系数的范围，量化滑坡稳定性分析的衰变进程，实现对滑坡的变形破坏全过程的预测预报［2］。为此，结合某高速公路滑坡深部位移监测，分析监测孔合位移方向的深部位移曲线图，确定滑坡体深部变形情况和滑动面位置，建立对滑坡体全过程的稳定性分析，为滑坡防治提供合理的防护建议［3］。

1 工程概况

1.1 地质概况

该滑坡位于低山剥蚀丘陵地带，地形上呈南高北低，南侧山顶高程大于450m，北侧高程330m左右，山顶为浑圆状，山坡植被较为发育，灌木、杂草丛生。山坡上部较陡，下部较缓，地形坡度为25°～40°;整个滑坡体东侧地势稍高，往西地势渐低，在滑坡体中部及偏西侧分布两条冲沟，西侧有较高条形陡坎，在366.0m高程左右有较大平台。

该边坡按地层地质结构可分为三类:①表层为结构松散，含植物根及少量砾石的第四系种植土，厚度为0.5～1.1m;②表层土下左侧山坡为第四系亚粘土，其状态为硬塑状态(局部呈可塑状态)，下部夹强风化砂质板岩碎石，厚度为1.8～5.3m;冲沟及其两侧含0～2.0m的第四系碎石土;③深层岩层右侧及其山坡为震旦系南沱组硅化含砾岩，其岩石受构造影响，挤压明显，岩石破碎。左侧及其山坡为震旦系江口组硅化砂质板岩厚度为 3.0～14.3m，最底岩层为板溪群硅化砂，岩部含少量炭质。强风化段裂隙较发育，岩石被挤压破碎程度强烈，岩质较软，局部见揉皱现象;弱风化段裂隙较发育，且多为方解石充填，岩质一般较坚硬，受构造影响较大，岩石挤压破碎，局部含泥质较高，强度较低。岩芯多呈碎块状，部分呈短柱状。

1.2 变形现状

该山坡东侧和南侧剪切裂缝发育明显，滑坡体后缘张拉裂缝贯通下错，两侧现“八”字形裂缝发育，可见深度达1.0～2.7m，裂缝宽度随时间逐渐增大，遇暴雨和山坡右侧路基继续开挖，其变形加剧，裂缝最大张开宽度达1.6m，最大错落高度达至1.3m。滑坡体前缘至路基处局部鼓胀现象明显，坡底有沿结构面剪出现象，可见擦痕和镜面。西侧变形较小，裂缝较细，随施工开挖有进一步发展和张开。滑坡沿线路横宽190.0m，垂直线路纵长约100.0m，滑体最厚达20.0m，滑动岩土体近39×104m3，为破碎岩石滑坡。结合滑坡发育机理，山坡划分为1#和2#两个滑坡体，根据地面变形和滑移方位不同，又将其1#滑坡体分为Ⅰ、Ⅱ两个分区。

2 滑坡深部位移监测

2.1 监测点的布置

监测孔的位置选在滑坡体主滑方向和具有代表性的主滑轴线上。根据地质勘察资料，Ⅰ区滑坡体沿东北方向滑移，Ⅱ区滑坡体沿西北方向滑移，分析采用“八”字形布置，共4个监测孔，编号分别为CK1、CK2、CK3、CK4，其中 CK1 和 CK4 布于Ⅰ区，CK2和CK3布于Ⅱ区，4个测孔分布于主滑轴线上(见图1)。从整个山坡地形考虑，这4个深部位移监测点兼顾了滑坡发育影响的范围，能提供滑动面的位置、位移量、位移速率的代表性参数。水位监测孔则视水位的高低和深部位移监测孔的位置也布置4个，为滑坡整个发育过程提供地下水位监控，并为深部位移监控过程及其稳定性分析提供参数支持。

图1 深部位移监测孔、水位监测点平面布置图

2.2 Ⅰ区监测成果分析

CK1、CK4分别位于滑坡体主滑轴线的中部和前部，轴线坡度为20°左右，两孔相差标高为9.7m。两孔U(合位移)方向累计位移—深度曲线见图2、图3。图2位移变化可分为2层，第一层为孔口至孔深13.0～13.5m处存在一个活跃的滑动带，曲线拐点位置明显，孔口最大滑动位移为14.0mm，滑动面成熟，是一个典型的从渐变到突变的发展过程，该层是出现潜在滑动破坏的危险深度;第二层为13.5～19.0m之间，曲线在孔深14.5m处有一峰值为6.0 mm的波峰，波形形状明显，表明13.0～15.0m之间存在一个岩层不整合接触位置，并产生相对滑动，且下层岩层较上层稳定，相对累计位移变化较小，但受上部滑坡体活动的牵引，在14.5m处形成了二级滑坡面。

图3为施工开挖前监测成果，在孔口至孔深18.5～19.0m 处曲线近似平行，滑动变形均匀，滑动位移为5.0mm左右，最后收敛于19.0m处，而该点至孔底之间，位移基本保持在0附近，可见在该处形成明显的滑动带，有整体滑移趋势，滑动面以下岩层处于稳定状态。

分析认为:Ⅰ区滑坡体变形剧烈，在滑坡深度13.0～19.0m间存在一个活跃的滑动带，判断为该区间出现了岩层间的不整合接触，且呈整体滑移，为典型的D型牵引式滑坡［4］。

2.3 Ⅱ区监测成果分析

图2 CK1孔U方向累计位移—深度曲线

图3 CK4孔U方向累计位移—深度曲线

CK2、CK3布置于滑体滑动走向的中心轴后部和前部，位置敏感且为关键部位。图4、图5分别为两孔U(合位移)方向累计位移—深度曲线监测成果［5］。图4分析可知:曲线在孔口至孔深 8.7～9.5m处存在一个较大的波峰，峰值位置为3.0～4.0m之间，大小为27.0mm，在孔深9.5m至孔底之间位移均为2.0mm左右，可知该处为典型的推动式滑坡，浅层岩体滑动位移大，稳定性差;深层岩土体位移变化小，处于稳定状态。

图4 CK2孔U方向累计位移—深度曲线

图5分析可知:曲线为波形振动，有明显的波峰和波谷，在孔口至孔深3.0～3.5m处累计位移变化最明显，孔口差动位移最大为15.0mm;可知滑坡体沿多个滑动面滑动，各层滑动速率不一致，且主要以3.5m处的浅层滑动面滑移为主，深层滑动面仍处于发展状态，有进一步向深部发展的趋势。

分析认为:Ⅱ区滑坡体为浅层B型整体推动式滑坡，滑动面明显，其存在深度为3.0～9.5m之间，深部岩层为剪切蠕动变形，滑面仍处于发展状态。

图5 CK3孔U方向累计位—移深度曲线

3 稳定性分析

表1为各孔深部位移监测所确定的滑动面深度与工程勘测所确定的滑动面深度的成果表，通过对比可以看出，两者结果基本吻合，证明了监测数据和滑动面分析的正确性，其结果能为判别滑坡发展趋势和稳定性分析提供可靠依据。

表1 各钻孔监测成果表

3.1 1#滑坡体稳定性分析

Ⅰ区滑坡体形成了明显的深层滑动面，其失稳源主要由于山体东侧岩石出露较高，西侧为冲沟岩石风化严重，孕育了天然的卸荷空间，形成了年代较久的老滑动面。又正因公路路基开挖卸荷，形成滑动变形的临空面，致使东北方向地层应力状态发生改变，失去原有的应力平衡条件，坡体抗滑力降低，导致坡体沿上伏震旦系江口组硅化砂质板岩底部与板溪群强风化硅化砂岩顶部的不整合接触部位产生滑动。建议措施:为预防坡体整体崩滑，在坡脚偏上设置抗滑桩，同时防止再次切方的触发作用，使抗滑力继续降低，应采取适当抬高路基标高的整治方案，以及采取排水、截水及封填裂缝的措施［6～10］。

Ⅱ区滑坡体以浅层滑动为主，且CK2孔的滑动带深度比CK3孔的滑动带深度大，即滑坡后缘的滑动带深度比滑坡前缘的滑动深度要大，原因是滑体深部为震旦系南沱组弱风化硅化含砾砂岩，该岩质较坚硬提供了起到平衡滑动力的作用，但由于受2#滑坡体和Ⅰ区滑坡体的推动挤压作用，后缘浅层岩石破碎，降水下渗，导致硅化砂质板岩中泥质板岩夹层受降水和地下水的侵蚀，抗剪能力降低，形成滑动面。建议措施:为防止边坡开挖卸荷，导致深部岩层蠕动变形的发展，应采取压脚处理，在坡脚处设置抗滑桩，快速提升边坡的抗滑力，为Ⅰ区和2#滑坡体的加固处理提供安全保证。

根据深部位移不同周期不同深度监测结果对比，锚固工程对滑坡体稳定性影响不容忽视。10月初对坡体进行应急锚固施工，为保证施工安全，加固处理完后才继续开挖路基。根据施工前后监测结果显示，图6、图7对比分析，监测初期各孔孔口速率大幅度变化，坡体浅层处于欠稳定状态，监测中后期孔口速率降低，逐渐趋于稳定，而在孔深9.0m处的位移速率，监测初期深部变形速率较为缓和，中后期深部变形速率逐渐增大，且明显大于监测初期的位移速率，安全系数有所降低，但从监测后期总体来看各孔在不同深度的位移速率基本处于相对控制的范围内，不存在欠稳定状态。

分析认为:锚固工程能有效抑制或减少加固坡体浅层范围内的变形，其稳定度相应提高，但由于坡体深部岩层之间的不整合接触，致使上部岩层整体剪切应力增大，坡体潜在失稳模式转移至深层弱面发展，影响或增大其深部的变形。处理建议:在Ⅰ、Ⅱ区坡面增设预应力锚索框架工程，增长锚固段长度至板溪群硅化砂岩顶部以下，布置区域尽量覆盖坡体后缘裂隙发育、岩层扭曲地带，在裂缝变形较大的区域，适当减小锚杆之间的竖向间距，加大其密度，布置角度应尽量垂直。

图6 各孔孔口位移速率—时间曲线

图7 各孔孔深9.0m处位移速率—时间曲线

3.2 2#滑坡体稳定性分析

2#滑坡体的失稳源主要是因为1#滑坡体滑移，导致原有地质平衡条件和地下水动力条件发生改变，其后缘发育较多张拉裂缝和剪切裂缝，为地面降水和地下径流提供很好的通道，导致了地层中全风化亚粘土呈软塑状态，降低滑动带指标，形成明显的滑动带，且已产生缓慢滑移，开挖同时进行了支护施工处理，但受Ⅱ区大平台的阻挡，有往南迁的趋势。根治处理建议:在坡体前缘平台处设置抗滑挡土墙，布置仰斜平孔排水工程，封填裂缝，在坡体外缘稳定处设置截水沟，引导地表降水排出滑坡体范围。