刘 军

(1.湖南理大交通科技发展有限公司， 湖南 长沙 410006； 2.湖南交通职业技术学院， 湖南 长沙 410132； 3.湖南湘工新区投资集团有限公司, 湖南 长沙 410008 )

1 工程概况

该边坡为贵州省某高速公路一枢纽立交北侧岩质路堑边坡，该区域主要为出露第四系碎石土，灰岩(错落体)，下伏二叠系下统栖霞组第1段，灰岩、砂岩、泥灰岩及炭系泥岩地层，山体岩石裂隙发育，雨水易沿地表裂隙渗灌。坡体上部多被开垦为耕地，呈阶梯状，坡体下部为施工开挖形成的临空面，坡度约20°～35°，局部陡坡接近50°。

受施工开挖和降雨等影响，该边坡于施工早期发生了滑移，根据现场调查，滑坡体主体为堆积块石，前缘公路开挖高边坡上部多处岩石张裂，张裂处有明显岩溶迹象，局部呈外翻状，并有逐步扩大趋势，下部泥灰岩及砂岩层在雨水侵蚀下，岩体风化严重，强度降低，存在剪出迹象。从坡面看有多层炭质泥岩出露，其中间夹砂岩，由于炭质泥岩岩性软弱，在地下水的作用下软弱带进一步软化，容易形成滑动面。

鉴于当前坡体多处发生开裂且有加剧趋势，严重威胁现场施工安全。为查明滑动面埋深，保证后续施工安全，对该滑坡路段进行深层位移监测。

2 边坡位移监测分析

本次监测总共布置监测钻孔10个，有效测孔8个(老路改造时有2处测孔进行了回填，未完成监测)，累计完成监测116次，其中深部位移监测结果见表1。

表1 深层位移监测结果测孔编号位置孔深/m总监测次数/次最大变形位置/m最大变形量/mmC1K207+71239.51118.55.02C2K207+71038.58216.67C3K207+76169.510528.26C4K207+75045.59305.83C5K207+751701059.57.95C6K207+82644932.59.30C7K207+82043.5914.57.76C8K207+82044929.510.98

根据施工现场持续监测成果，滑坡体有沿堆积块石与基岩接触带发生滑动迹象，初步判断该滑坡滑动面较深，受裂隙、坡面等结构面控制，局部临空，在自重引起的剪应力及人类施工活动外力综合作用下发生滑移，属于深层滑坡。

为了进一步研究边坡深部位移发展的规律，选择最大变形量较大的C6和C8孔位，进行合成方向累计相对位移变化情况分析，见图1、图2。

图1 C6孔位合成方向累计相对位移曲线

图2 C8孔位合成方向累计相对位移曲线

由图1、图2可知，C6孔在距孔口32.5 m以上位置有蠕动，最大变形位置分别为距孔口30.5 m处和孔口处，距孔口30.5 m处累计合成相对位移最大为4.68 mm，孔口处累计合成相对位移最大为5.47 mm，虽变形值较小，但已出现明显蠕动位置，该孔附近坡体在沿距孔口30.5 m位置蠕动变形。C8孔在距孔口32.5 m以上位置有蠕动，最大变形位置分别为距孔口29.5 m处和孔口处，29.5 m处累计合成相对位移最大为11.30 mm，孔口处累计合成相对位移最大11.43 mm，出现了明显蠕动。

综上分析，该滑坡体在沿堆积块石与基岩接触带存在滑动的趋势，尤其在持续暴雨天气期间表现明显，由于施工开挖形成大面积临空面且坡度较陡，仍有较大可能再次发生滑动。

3 边坡稳定分析工况及参数确定

3.1 计算模型与工况

根据该边坡结构特点，结合地勘调研及位移监测分析结果，不考虑孔隙水压力和渗透压力，初步判定该滑坡沿下伏基岩面呈折线滑动模式，并采用刚体极限平衡法的传递系数法定量分析计算其稳定性与剩余下滑推力。考虑现有边坡已经发生过滑动，可假定该边坡目前处于整体暂时稳定-变形状态(可取稳定性系数为1～1.05)，简化计算模型如图3所示[1-3]。

图3 传递系数法受力计算示意图

为全面分析边坡坡体所处的各种工况下的稳定状态，本次稳定性分析采用2种工况进行计算，工况假定为： ① 工况Ⅰ：自重;② 工况Ⅱ：自重+强降雨条件。

根据该边坡断面形式及特征选取了一特征剖面，预先确定推测滑动面的位置，并进行土条划分，剖面条分见图4。

图4 边坡剖面条分示意图

3.2 计算方法及参数

3.2.1计算方法

采用传递系数法进行稳定性分析时，其基本原理是假定上一条块对本条块的推力与上一条块的底滑面相平行，并忽略力矩的平衡，且仅依据力的平衡参照滑坡的倾向依次向下推算推力，适用于滑体平动情况且相互间变化较小的折线段[2-3]。其计算公式如下：

其中：

RDi=γwhiwLisinβsin(αi-βi)；

TDi=γwhiwLisinβicos(αi-βi);

Rn=[Wn(cosαn-gsinαn)-RDn]tanφn+CnLn;

Tn=Wn(sinαn+gsinαn)+TDn；

ψi=cos(αi-1-αi)-sin(αi-1-αi)tanφi。

式中：ψi为第i块土条的剩余下滑力传递至第i+1块土条的传递系数；Wi为第i块土条的重量,kN/m；Ci为第i块土条粘聚力,kPa；φi为第i块土条内摩擦角；Li为第i块土条滑面长度,m；αi为第i块土条滑面倾角；g为重力加速度；FS为稳定系数。

3.2.2参数确定

根据勘探结果，该边坡内部由多种岩体组成，沿折线滑动时滑动面为块石堆积体岩溶接触面及下覆泥灰岩、砂岩、灰岩的接触面。因此，在选取岩体力学参数时应综合现场及室内试验结果，参照附近工程的经验来确定取值。计算参数取值见表2。

表2 岩组岩体力学计算参数取值岩组密度/g·cm-3 泊松比μ弹性模量E/MPa单轴抗压强度σat/MPa抗剪强度天然饱和粘聚力c/MPa内摩擦角φ/(°)灰岩块石堆积体2.30——————石灰岩2.500.129 00027.622.34.845.0砂岩2.400.205 30036.426.57.840.0泥灰岩2.460.1314 62010.5—0.7541.0

初步假定在饱水状态下其稳定系数FS在1.00～1.05之间，反演计算堆积块石与下部岩体接触面c、φ值，计算结果见表3。

表3 接触面c、φ指标反演计算结果φ/(°)不同c(kPa)时的FS3028262422201816141210121.45 1.42 1.391.371.341.311.291.261.241.211.18111.35 1.32 1.30 1.27 1.24 1.22 1.191.17 1.14 1.11 1.09101.25 1.23 1.201.181.151.121.101.071.051.020.9991.16 1.13 1.111.081.061.031.020.980.950.930.9081.07 1.04 1.020.990.97 0.940.910.890.860.840.8170.980.95 0.930.900.880.850.820.800.770.750.7260.89 0.86 0.840.810.790.760.730.710.680.660.63

由表3可知，当FS取值为1.00～1.05之间时,c、φ的近似值作为饱水状态滑动面力学计算参数值，即c=19 kPa，φ=9.5°。

4 设计抗力计算与处治措施选择

该边坡前缘为在建高速公路，施工难度较大，防治工程级别为Ⅰ级。如果该地质灾害点进一步发展，北侧山体山坡失稳产生滑移，将严重影响高速路顺利通车及通车后的行车安全，需要进行及时处治。因此，为选择合理的支护方案，需对后期支护所需的抗力进行计算，其设计抗力按传递系数法计算公式如下：

Pi=Pi-1×Ψi-1+Fs×Ti-Ri

式中：Pi为第i块土条的推力，kN/m;Pi-1为第i块土条的剩余下滑力,kN/m;Ti为第i块土条的下滑力，kN/m;Ri为第i块土条的抗滑力,kN/m;Ψi-1为第i-1块土条的剩余下滑力传递至第i块土条的传递系数；FS为稳定系数。

根据《公路路基设计规范》(JTG D30—2015)要求，高速公路边坡安全系数控制标准应为1.20～1.30[4]。该边坡在连续降雨和前缘开挖临空共同作用下发生推移式滑坡，发生时间具有突变性，且该边坡前缘为高速公路开挖边坡，对其稳定性具有较高的要求，可取验算安全系数≥1.2。

因此，拟定工况Ⅰ的抗滑动安全系数为1.30，工况Ⅱ的抗滑动安全系数为1.20，并进行支护设计。对主控滑动面断面选取不同的安全系数来计算支护抗力，设计所需抗力计算如表4所示。

表4 不同安全系数下抗力计算结果工况抗滑动安全系数抗力/(kN·m-1)Ι1.39 980ΙΙ1.29 208

由表4可知，该边坡达到设定工况所需的抗力分别为9 980、9 208 kN/m，所需的抗力要求较高，为保障后续高速公路顺利施工及运营期间的安全，需要选择合理、有效的处治方案。

针对该边坡坡度较大、滑移面较深，且上部灰岩错落体岩溶及裂隙发育情况复杂的特点，主要考虑降低滑坡体自重以降低下滑力的处治方法，进行清方卸荷，着重清除对滑坡下滑力贡献较大位置处的滑体土石方，提出了“清方减重+反压填筑+动态监测”的综合处治方案，见图5。

图5 综合处治方案示意图

由图5可看出，该方案通过卸除上部部分滑动灰岩错落体，并将卸掉的荷载反压至前缘处，可有效降低潜在滑坡体体积，而且通过在边坡上部合适位置修建截、排水沟，可及时将雨水排走,有效防止雨水入渗。

通过对处治后边坡进行持续的地表巡视和深部位移监测，实施该方案后60 d中边坡内部岩土体已无明显位移变化，最大累计位移减少至4.43

mm，特征断面验算稳定性系数达1.25以上，满足安全限值要求，边坡稳定性有明显改善。

5 结论

本文以山区高速公路某高路堑边坡为研究对象，结合边坡结构特征、现场调研及位移监测结果，对该边坡堆积块石与下部岩体接触面自重状态和饱水状态的稳定性和所需抗力进行了分析，结果表明，该滑坡体存在较大的滑动风险，提出了“清方卸载+反压填筑+动态监测”的综合处治方案，可达到较好的处治效果。