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【摘 要】山区公路滑坡病害给国家和人民财产带来较大的损失,因此,需要进行相应的治理。本文以某山区公路滑坡防治工程为例,通过对勘察资料的分析,对滑坡体物质组成、结构特征与运动特性有了一定的认识,在此基础上对滑坡体进行成因分析和稳定性评价,针对其变形规律提出治理方案,达到防灾减灾的目的。
【关键词】山区公路;滑坡;稳定性;治理
Landslide in a mountain road and treatment
Yu Ke-jing Liu Jin-bao
(Jiangxi Nuclear Industry 268 Geological Survey Institute Yushan Jiangxi 334700)
【Abstract】Mountain Highway Landslide to the country and the people incur a greater loss of property, therefore, the need for appropriate treatment. Based on a mountain road landslide control project, for example, through the analysis of survey data on the landslide, material composition, structure, characteristics and motion characteristics of a certain understanding, in this based on the Causes of landslide and stability were evaluated deformation control for its proposed program to achieve the purpose of disaster prevention and mitigation.
【Key words】Mountain road; Landslide; Stability; Treatment
1. 引言
滑坡是山区公路的主要病害之一,对山区建设和交通设施危害较大[1~2]。在河流发育、降雨量大的地区滑坡的发生比较普遍,往往对已建和在建工程造成很大的危害,中断交通,甚至带来人身危害。因此,在山区建设公路时,应通过勘察手段进行详细的地质调查,并在此基础上进行有效的整治,防止滑坡的产生和发展[3~5]。
本文在研究某山区公路滑坡的工程地质条件及滑坡体基本特征的基础上,分析了诱发坡体失稳的主要因素,并提出了治理方案。
2. 地质概况
2.1 地层岩性。
根据现场地质调查及钻探资料,该处地层自上而下主要为:第四系残坡积土层,由粉质粘土夹碎石组成;下伏基岩为泥灰岩夹薄层粉砂质泥岩,根据风化程度,分为强风化层和中风化层。
2.2 结构面特征。
下伏基岩为泥灰岩,岩层产状340°∠45°,上方边坡倾向348°,边坡走向与岩层走向呈小角度相交,该段边坡为顺向平行坡,泥灰岩中夹多层薄层粉砂质泥岩,强度低,是潜在的顺层滑动面。泥灰岩中节理裂隙发育。
2.2 水文地质条件。
该处边坡地下水主要由大气降雨补给,受降水影响很大。地下水类型主要为松散介质中的孔隙潜水。上方边坡第四系残坡积土中碎石含量较高,结构松散,其含水性和渗透性都较好。滑床岩体较完整,主要在节理裂隙中发育基岩裂隙水,由于节理裂隙大多闭合,泥灰岩中岩溶不发育,故基岩裂隙水不发育,含水性和渗透性相对较差。
3. 岩土物理力学性质
3.1 容重。
通过大量试验综合取值残坡积土层天然容重为19KN/m3,饱水容重为19.5KN/m3。
3.2 抗剪强度。
抗剪强度参数主要通过岩土体的物理力学性质试验、反演分析、参考类似工程经验等综合分析后取值[6~8]。
经过大量计算,得出残坡积土层的抗剪强度参数:残坡积土, =10°~20°时,c取6~19KPa;同时综合考虑试验结果和经验调查,最后确定出抗剪强度参数为:天然状态下内聚力 c=12KPa,内摩擦角=17.5°;饱水状态下内聚力 c=10.7KPa,内摩擦角=17°。
4. 滑坡成因分析
滑坡形成过程较复杂,既有外在因素又有岩土体内在因素。其主要影响因素可概括为以下几个方面:
(1)坡表残坡积土层碎石含量较高,结构松散,强度较低,它与下伏泥灰岩的接触面顺坡产出,且接触面较陡,倾角45~50°,因此,极易发生土岩接触界面的残坡积层滑坡。另外,由于边坡走向与岩层走向呈小角度相交,该段边坡为顺向平行坡,泥灰岩中夹多层薄层粉砂质泥岩,强度低,属软弱夹层,因此,还易发生沿泥灰岩中薄层粉砂质泥岩软弱夹层的顺层岩质滑坡,这类岩质滑坡的规模一般较大。这种不良的岩土体结构直接控制着坡体的变形破坏。
(2)路基的开挖致使残坡积土体及泥灰岩前缘坡脚被挖断,坡体前缘增加一个约9~16m高的临空面,从而大幅减小残坡积土体及岩体内软弱岩层的抗滑力,使其稳定性降低,导致边坡失稳破坏。路基开挖是该处发生滑坡的主要因素。(3)大气降水是滑坡发生的诱发因素。由于残坡积土层厚度较大,在旱季时残坡积土层含水量较小,抗剪强度较高,此时边坡稳定性较好。暴雨或连续降雨时,形成的地表水大量渗入残坡积土层中,使土层含水量急剧增高,容重相应变大,抗剪强度降低,同时由于下伏泥灰岩相对隔水,其法向渗透系数较小,切向渗透系数较大,地下水在该层面上大量富集,并逐渐沿泥灰岩层面渗流,从而也大幅降低土层与泥灰岩层面之间的抗剪强度,增加下滑力,导致坡体滑动。
该滑坡为一牵引式滑坡,后缘圈椅状滑塌裂隙有不断向上发展的趋势。
图1a 工况一天然状态计算结果
图1b 工况二饱水状态计算结果
5. 滑坡稳定性分析
5.1 计算工况及方法。
根据《公路路基设计规范》(JGTD30-2004)有关规定,计算工况及相应安全系数分别为:
工况1:自重+荷载(天然状态)为1.20;
工况2:自重+荷载+暴雨(饱和状态)为1.15。
图2 加固力计算
计算分析采用Bishop Simplified、Janbu Simplified、Janbu Corrected等计算方法。
计算公式如下:
K=Σ[cilicosθi+(Wi+Δhi)tgi]sec2θi/(1+tgi•tgθi/Fs)/Σ(Wi+Δhi)tgθi
式中:K—安全系数;
ci—第i条块滑动面上的粘聚力;
li—第i条块滑动面的长度;
i—第i条块滑动体滑动面上的摩擦角;
Wi—第i条块的自重;
θi—第i条块滑动面的倾角;
Δhi—第i条块两侧的剪力增量;
5.2 计算结果与稳定性分析。
边坡受连续降雨或大暴雨、重型汽车的影响下,坡体饱水时,自重增大,并伴有汽车运行的集中荷载,易导致稳定性降低。汽车载荷根据相关规定转换为1m土柱高的垂直荷载。稳定性计算结果也表明如此,所以工况2为该边坡的不利的工况,在此工况下坡体失稳下滑。采用固定滑动面即表层残坡积土和强风化泥灰岩接界面。地质剖面图如图2所示,稳定性计算结果如图1。
稳定性分析结果表明:边坡在天然状态下稳定系数为1.031,边坡处于基本稳定,在暴雨和连续降雨的情况下,稳定性下降,稳定性系数为0.959,边坡处于不稳定状态,发生滑移。
5.3 加固力计算。
根据计算(图2),使被加固滑体稳定系数达到1.15左右时所需加固力为214.8KN。
6. 治理措施
在现场勘查和稳定性计算分析的基础上,考虑技术可行性和经济合理性,提出以下综合治理方案:削坡减载,框格锚杆,地表设置截排水沟,植草绿化。根据计算锚杆采用32mm的螺纹钢,全粘结型,间排距2.5m×2.5m,长度平均约15m,下倾15°,地梁采用截面积20cm×20cm。在框格内植草起到绿化和减少雨水对坡面的冲刷作用。在滑坡外缘2~5m设置一圈截水沟,在边坡平台设置一排截水沟,在公路内侧设置一排边沟等等,形成一个有效的排水系统网,尽量减少地表水侵入边坡。
7.结论与建议
通过计算表明,该边坡加固前处于潜在不稳定状态,在暴、久雨等因素的影响下,将使变形破坏加剧,以致造成坡体失稳,从而对公路通行及附近居民的生命财产构成严重威胁。因此,有必要采取一定的防护工程措施来防治地质灾害的扩大,避免交通中断和滑坡体附近人民的生命和财产继续受到威胁和损失。经加固后为期一年的观测,所采用的治理措施加固效果良好。
参考文献
[1] 刘成志. 国道317线妥昌公路滑坡诱因分析及防治措施探讨[J],公路交通技术,2009,5:13~15
[2] 冯俊林. 我国公路滑坡与高边坡病害防治现状[J]. 山西交通科技,2009,4:20~21
[3] 王长军. 高速公路滑坡治理体会[J].黑龙江交通科技,2009,7:86~86
[4] 田忠清. 高速公路滑坡治理施工技术[J]. 淮北职业技术学院学报, 2009, 8(5): 5-7
[5] 陈慧清. 浅谈高速公路滑坡治理 [J].山西建筑,2009,35(8):292~293
[6] 祝玉学. 边坡可靠性分析[M]. 北京:冶金工业出版社,1993
[7] 唐德兰,冯晓,郭国和.公路边坡稳定系调查分析技术研究[J].山西建筑,2008,34(26):281-282
[8] 屈有智. 高速公路边坡稳定性计算及治理探讨[J]. 露天采矿技术,2008,5:18-19
[文章编号]1006-7619(2010)05-04-391
[作者简介] 余克井(1964-),男,地调院副院长、总工程师,主要从事地质勘查、岩土工程勘察、地质灾害评估和水工环地质调查研究工作。
【关键词】山区公路;滑坡;稳定性;治理
Landslide in a mountain road and treatment
Yu Ke-jing Liu Jin-bao
(Jiangxi Nuclear Industry 268 Geological Survey Institute Yushan Jiangxi 334700)
【Abstract】Mountain Highway Landslide to the country and the people incur a greater loss of property, therefore, the need for appropriate treatment. Based on a mountain road landslide control project, for example, through the analysis of survey data on the landslide, material composition, structure, characteristics and motion characteristics of a certain understanding, in this based on the Causes of landslide and stability were evaluated deformation control for its proposed program to achieve the purpose of disaster prevention and mitigation.
【Key words】Mountain road; Landslide; Stability; Treatment
1. 引言
滑坡是山区公路的主要病害之一,对山区建设和交通设施危害较大[1~2]。在河流发育、降雨量大的地区滑坡的发生比较普遍,往往对已建和在建工程造成很大的危害,中断交通,甚至带来人身危害。因此,在山区建设公路时,应通过勘察手段进行详细的地质调查,并在此基础上进行有效的整治,防止滑坡的产生和发展[3~5]。
本文在研究某山区公路滑坡的工程地质条件及滑坡体基本特征的基础上,分析了诱发坡体失稳的主要因素,并提出了治理方案。
2. 地质概况
2.1 地层岩性。
根据现场地质调查及钻探资料,该处地层自上而下主要为:第四系残坡积土层,由粉质粘土夹碎石组成;下伏基岩为泥灰岩夹薄层粉砂质泥岩,根据风化程度,分为强风化层和中风化层。
2.2 结构面特征。
下伏基岩为泥灰岩,岩层产状340°∠45°,上方边坡倾向348°,边坡走向与岩层走向呈小角度相交,该段边坡为顺向平行坡,泥灰岩中夹多层薄层粉砂质泥岩,强度低,是潜在的顺层滑动面。泥灰岩中节理裂隙发育。
2.2 水文地质条件。
该处边坡地下水主要由大气降雨补给,受降水影响很大。地下水类型主要为松散介质中的孔隙潜水。上方边坡第四系残坡积土中碎石含量较高,结构松散,其含水性和渗透性都较好。滑床岩体较完整,主要在节理裂隙中发育基岩裂隙水,由于节理裂隙大多闭合,泥灰岩中岩溶不发育,故基岩裂隙水不发育,含水性和渗透性相对较差。
3. 岩土物理力学性质
3.1 容重。
通过大量试验综合取值残坡积土层天然容重为19KN/m3,饱水容重为19.5KN/m3。
3.2 抗剪强度。
抗剪强度参数主要通过岩土体的物理力学性质试验、反演分析、参考类似工程经验等综合分析后取值[6~8]。
经过大量计算,得出残坡积土层的抗剪强度参数:残坡积土, =10°~20°时,c取6~19KPa;同时综合考虑试验结果和经验调查,最后确定出抗剪强度参数为:天然状态下内聚力 c=12KPa,内摩擦角=17.5°;饱水状态下内聚力 c=10.7KPa,内摩擦角=17°。
4. 滑坡成因分析
滑坡形成过程较复杂,既有外在因素又有岩土体内在因素。其主要影响因素可概括为以下几个方面:
(1)坡表残坡积土层碎石含量较高,结构松散,强度较低,它与下伏泥灰岩的接触面顺坡产出,且接触面较陡,倾角45~50°,因此,极易发生土岩接触界面的残坡积层滑坡。另外,由于边坡走向与岩层走向呈小角度相交,该段边坡为顺向平行坡,泥灰岩中夹多层薄层粉砂质泥岩,强度低,属软弱夹层,因此,还易发生沿泥灰岩中薄层粉砂质泥岩软弱夹层的顺层岩质滑坡,这类岩质滑坡的规模一般较大。这种不良的岩土体结构直接控制着坡体的变形破坏。
(2)路基的开挖致使残坡积土体及泥灰岩前缘坡脚被挖断,坡体前缘增加一个约9~16m高的临空面,从而大幅减小残坡积土体及岩体内软弱岩层的抗滑力,使其稳定性降低,导致边坡失稳破坏。路基开挖是该处发生滑坡的主要因素。(3)大气降水是滑坡发生的诱发因素。由于残坡积土层厚度较大,在旱季时残坡积土层含水量较小,抗剪强度较高,此时边坡稳定性较好。暴雨或连续降雨时,形成的地表水大量渗入残坡积土层中,使土层含水量急剧增高,容重相应变大,抗剪强度降低,同时由于下伏泥灰岩相对隔水,其法向渗透系数较小,切向渗透系数较大,地下水在该层面上大量富集,并逐渐沿泥灰岩层面渗流,从而也大幅降低土层与泥灰岩层面之间的抗剪强度,增加下滑力,导致坡体滑动。
该滑坡为一牵引式滑坡,后缘圈椅状滑塌裂隙有不断向上发展的趋势。
图1a 工况一天然状态计算结果
图1b 工况二饱水状态计算结果
5. 滑坡稳定性分析
5.1 计算工况及方法。
根据《公路路基设计规范》(JGTD30-2004)有关规定,计算工况及相应安全系数分别为:
工况1:自重+荷载(天然状态)为1.20;
工况2:自重+荷载+暴雨(饱和状态)为1.15。
图2 加固力计算
计算分析采用Bishop Simplified、Janbu Simplified、Janbu Corrected等计算方法。
计算公式如下:
K=Σ[cilicosθi+(Wi+Δhi)tgi]sec2θi/(1+tgi•tgθi/Fs)/Σ(Wi+Δhi)tgθi
式中:K—安全系数;
ci—第i条块滑动面上的粘聚力;
li—第i条块滑动面的长度;
i—第i条块滑动体滑动面上的摩擦角;
Wi—第i条块的自重;
θi—第i条块滑动面的倾角;
Δhi—第i条块两侧的剪力增量;
5.2 计算结果与稳定性分析。
边坡受连续降雨或大暴雨、重型汽车的影响下,坡体饱水时,自重增大,并伴有汽车运行的集中荷载,易导致稳定性降低。汽车载荷根据相关规定转换为1m土柱高的垂直荷载。稳定性计算结果也表明如此,所以工况2为该边坡的不利的工况,在此工况下坡体失稳下滑。采用固定滑动面即表层残坡积土和强风化泥灰岩接界面。地质剖面图如图2所示,稳定性计算结果如图1。
稳定性分析结果表明:边坡在天然状态下稳定系数为1.031,边坡处于基本稳定,在暴雨和连续降雨的情况下,稳定性下降,稳定性系数为0.959,边坡处于不稳定状态,发生滑移。
5.3 加固力计算。
根据计算(图2),使被加固滑体稳定系数达到1.15左右时所需加固力为214.8KN。
6. 治理措施
在现场勘查和稳定性计算分析的基础上,考虑技术可行性和经济合理性,提出以下综合治理方案:削坡减载,框格锚杆,地表设置截排水沟,植草绿化。根据计算锚杆采用32mm的螺纹钢,全粘结型,间排距2.5m×2.5m,长度平均约15m,下倾15°,地梁采用截面积20cm×20cm。在框格内植草起到绿化和减少雨水对坡面的冲刷作用。在滑坡外缘2~5m设置一圈截水沟,在边坡平台设置一排截水沟,在公路内侧设置一排边沟等等,形成一个有效的排水系统网,尽量减少地表水侵入边坡。
7.结论与建议
通过计算表明,该边坡加固前处于潜在不稳定状态,在暴、久雨等因素的影响下,将使变形破坏加剧,以致造成坡体失稳,从而对公路通行及附近居民的生命财产构成严重威胁。因此,有必要采取一定的防护工程措施来防治地质灾害的扩大,避免交通中断和滑坡体附近人民的生命和财产继续受到威胁和损失。经加固后为期一年的观测,所采用的治理措施加固效果良好。
参考文献
[1] 刘成志. 国道317线妥昌公路滑坡诱因分析及防治措施探讨[J],公路交通技术,2009,5:13~15
[2] 冯俊林. 我国公路滑坡与高边坡病害防治现状[J]. 山西交通科技,2009,4:20~21
[3] 王长军. 高速公路滑坡治理体会[J].黑龙江交通科技,2009,7:86~86
[4] 田忠清. 高速公路滑坡治理施工技术[J]. 淮北职业技术学院学报, 2009, 8(5): 5-7
[5] 陈慧清. 浅谈高速公路滑坡治理 [J].山西建筑,2009,35(8):292~293
[6] 祝玉学. 边坡可靠性分析[M]. 北京:冶金工业出版社,1993
[7] 唐德兰,冯晓,郭国和.公路边坡稳定系调查分析技术研究[J].山西建筑,2008,34(26):281-282
[8] 屈有智. 高速公路边坡稳定性计算及治理探讨[J]. 露天采矿技术,2008,5:18-19
[文章编号]1006-7619(2010)05-04-391
[作者简介] 余克井(1964-),男,地调院副院长、总工程师,主要从事地质勘查、岩土工程勘察、地质灾害评估和水工环地质调查研究工作。