某高速公路滑坡成因分析与稳定性评价

第３６卷第３５期　２　０　１　０年１　２月　山　西　建　筑　ＳＨＡＮＸＩ　ＡＲＣＨＩＴＥＣＴＵＲＥ　Ｖｏ１．３６　Ｎｏ．３５　Ｄｅｃ．　２０１０　・２７１・　文章编号：１００９—６８２５（２０１０）３５—０２７１—０３　某高速公路滑坡成因分析与稳定性评价　任鹏许世雄　摘　要：介绍了某高速公路滑坡治理工程中已查明的滑坡区工程地质条件，滑坡体的结构，滑动面、滑动带的位置，在此　基础上分析、评价了该滑坡体的成因、演化过程及稳定性现状，并对其发展趋势进行了预测，提出了相应的防治措施，对　类似工程具有积极的指导意义。　关键词：公路滑坡，成因，稳定性，防治措施　中图分类号：Ｕ４１８．５５　文献标识码：Ａ　岩，．上部全～强风化泥岩层节理裂隙较发育，接受补给条件有利，　１　概述　子洲至靖边段高速公路是国道主干线（ＧＺ３５）青岛一银ＪｉＩ公　路的重要组成部分。Ｋ１３０＋４６０～Ｋ１３０＋７６０天云煤矿改线段，　富水性较好，其下微风化砂岩层则富水性较差，根据地下水含水　层的岩性、赋存状态和水动力学等特征，勘察区地下水分为黄土　路基侧边坡开挖过程中，由于施工放炮及连续暴雨等因素，导致　孔隙裂隙水和基岩裂隙水，总体上看，勘察区基岩裂隙水基本上　以点滴状下渗，下渗面不连续。说明该类型地下水贫乏。　Ｋ１３０＋４６０～Ｋ１３０＋７６０段基岩以上３级一６级边坡失稳滑塌，后　经重新刷坡处理该段目前已处于稳定状态，刷坡后共分１６级边坡，　３滑坡工程地质特征　每级边坡高７　ｍ～１０　ｍ，平台宽４　ｍ一８　ｍ，综合坡率约为１：１．７５。时　３．１　滑坡形态　隔１年，Ｋ１３０＋５７５．３～Ｋ１３０＋７４４，７段已施工完毕的高边坡　该滑坡位于陕西省榆林市横山县魏家楼乡天云煤矿对面。　３级～６级边坡又产生局部滑塌，并产生错台裂缝，错台高度２　ｍ～　整体上形态呈“簸箕”形，滑坡后缘高程为１　０９９．７１　ｍ，前缘高程　３　ｍ，为保证６级以上边坡稳定，防止产生边坡整体失稳。本文根　为１　０７３．３２　ｍ，高差约２７．０　ｍ。路基三级边坡切削滑坡前缘，边　据对该滑坡进行的勘察资料，确定了滑坡的范围和规模，分析、评　坡坡度约为４５。。滑坡前缘宽度约为７６．０　１２０，顺主滑方向长约　价了其稳定性，并提出治理建议，以供工程技术人员对类似工程　５０．０　ｍ，滑体最大厚度约为１４．０　ｍ，体积约２．１×１０　ｍ　，为一中　参考。　型土质滑坡。　２工程地质条件　２．１　地形地貌　滑坡所在地为黄土梁峁沟壑区，冲沟发育，切割强烈，沟谷多　呈“Ｖ”形，基岩外露，谷坡较陡，２５。～６５。，水土流失严重。黄土梁　３．２滑体岩土特征　由滑坡上钻孔及探井柱状图可知，组成滑坡体的岩土沿深度　范围可以分为三层。上层为黄土状土（原黄土），多呈浅黄色，厚　度５．０　ｍ～７．０　ｍ，滑体前缘最薄处约３．０　ｍ，中间约６．７　ｎｌ，后缘　峁与河谷相对高差达１５０余米。滑坡地貌明显，上部有圈椅状滑　坡壁，坡面呈台阶状，上部陡，中下部变缓。　２．２地层岩性　最厚处约８．０　ｍ，垂直裂隙发育，岩性呈可塑～硬塑状态，结构较　松散，钻孔岩芯呈散块状，夹有少量植物根系及黑色斑点，粉粒含　量较高；中层黄土状土（原古土壤），褐黄～棕红色，厚度约２　ｍ，硬　塑状态，结构致密，钻孔岩芯呈柱状，夹有白色菌丝及少量钙质结　核；下层为浅黄色黄土状土（原黄土），厚度在１．０　ｍ一３．０　ｍ之　间，硬塑状态，结构致密，钻孔岩芯呈散块～短柱状，夹杂黑色斑　勘察区出露地层主要为第四系全更新统滑坡堆积层（Ｑ：　），　上更新统风积马兰黄土（Ｑ　）、中更新统风积离石黄土（Ｑ；　）、中　更新统河流三、四级阶地冲积层（Ｑ　），其下局部下伏中侏罗系直　点及白色菌丝。　罗组（Ｊ：　）灰色、浅绿色泥岩～砂岩，细粉砂岩夹泥岩互层等，产状　根据钻孔及探井所揭露的滑动面位置，可以推断出该滑坡的　较平缓，倾角２。～５。，分布在河谷两岸，构成了滑坡中前部的滑床。　滑动面剖面形状为近似圆弧形，滑坡前缘大致与基岩面紧密接触。　２．３地质构造与地震　滑坡勘察区位于陕北黄土高原稳定地块区，属陕甘宁盆地的　一３．３滑坡变形破坏与成因分析　根据野外调查和勘探，该滑坡是在边坡重新刷坡完毕后，发　部分，褶皱、断裂不发育，地块隆起是其主要表现特征，地震活　生连续暴雨，雨水沿土体表面垂直裂隙及落水｝同下渗而引发的。　动较少，据历史记载仅发生过４级～６级地震，且分布零散。据　滑坡产生后，边坡中上部出现错台裂缝，错台高度达２　ｍ～３　１／１，严　ＧＢ　１８３０６．２００１中国地震动参数区划图和《陕西省活动性构造与　重威胁到了路基安全；坡体表层也出现了弧形的张拉裂缝，裂缝　地震震中分布图》，勘察区基本地震烈度为６度，场地地震反应谱　宽度０．５　ｃｍ～３　ｅｍ，深度１　ｍ一６　ｍ，个别裂缝已深入至强风化基　特征周期Ｔ＝０．３５　Ｓ，地震动峰值加速度０＜０．０５ｇ。勘察区地块　岩中。　总体上表现出较强的稳定性和完整性，未发现有断裂带。　总体来看，造成滑坡的成因主要有以下几点：　２．４水文地质条件　１）坡体结构是形成滑坡的物质基础。上覆黄土，下伏泥岩一　钻探调查，在勘察区路线两侧局部地段存在黄土陷穴，其周　砂岩是易滑坡地层，本边坡上部黄土易渗水，下部泥岩相对隔水，　边黄土存在上层滞水的可能性极大。含水岩组的特性决定了本　从而形成滑动带，使其具备了滑坡的条件。２）连续暴雨是滑坡产　层地下水富水性差，分布极不稳定。勘察区为中侏罗系泥岩一砂　生的直接诱因。雨水弱化了潜在滑动面的抗滑能力，增加了后缘　收稿日期：２０１０—０８－２４　作者简介：任鹏（１９７９一），男，工程师，山西省交通基本建设工程质量监督站，山西太原０３０００６　０３００２４　许世雄（１９８３－），男，太原理工大学建筑与土木工程学院硕士研究生，山西太原・第３６卷第３５期　２７２・　２　０　１　０年１　２月　山　西　建　筑　的静水推力，大大降低了坡体的稳定性。３）高边坡开挖过程中，　用规范推荐的Ｂｉｓｈｏｐ法计算边坡稳定系数，计算所需的物理力学　由于放炮及土方开挖等工程因素，造成土体结构松动，破坏原有　参数由土工试验结果报告取平均值，计算剖面图及参数取值如图　的坡体平衡，边坡前缘形成高陡临空面，边坡土体发生应力重分　２所示。计算结果表明，天然状态下Ⅱ一Ⅱ　剖面未滑坡段（６级一　布，是形成滑坡的另一重要因素。　１５级台阶）整体稳定性系数为１．２０２，应进行治理。　４滑坡稳定性评价　４．１　滑坡区域稳定性评价　４．１．１　定性评价　现场调查表明，滑坡体所反映的宏观变形迹象已很明显，主　要由于之前爆破施工刷坡及连续暴雨造成的。坡体后缘错台裂　缝不断扩展和下挫，前缘土体有被推出顺坡滑落的现象，均反映　了该滑坡目前处于不稳定状态，对公路建设已造成直接威胁。　４．１．２稳定性计算　１）计算方法。鉴于该滑坡体为土质坡体，根据滑坡分布特　征，按ＧＢ　５０３３０—２００２建筑边坡工程技术规范推荐的滑坡稳定性　计算公式：　—　㈩　Ｎｉ＝（Ｗ　＋Ｗ　）ｃｏｓ０　＋Ｐ　ｓｉｎ（Ｏｔ　一０　）　（２）　Ｔｉ＝（Ｗ　＋　）ｓｉｎ０　＋Ｐ　０ＯＳ（　一０　）　（３）　Ｒ　＝Ｎ　ｔａｎ￣ｂ　＋ｅｌＬ　（４）　其中，　为边坡稳定性系数；Ｗ　为第ｉ块段滑体所受的重力，　ｋＮ／ｍ；　为第ｉ块段滑体地表建筑的单位宽度自重，ｋＮ／ｍ；０　，　分别为第ｉ块段计算条块地面倾角和地下水面倾角，（。）；　为第　ｉ块段计算条块滑动面上岩土体的内摩擦角标准值，（。）；Ｐ　为第　ｉ块段条块单位宽度的动水压力，ｋＮ／ｍ；Ｎｉ为第ｉ块段滑体在滑动　面法线上的反力，ｋＮ／ｍ；Ｒ　为第ｉ块段滑体在滑动面切线上的反　力，ｋＮ／ｍ；　为作用于第ｉ块段的滑动分力，ｋＮ／ｍ；ｃ　为第ｉ块段　土的粘聚力，ｋＰａ；　为第ｉ块段土的内摩擦角，（。）；　为第ｉ块段　滑动面长度，ｍ。　２）滑坡稳定性计算。选取滑坡主剖面计算稳定性，计算分块　见图ｌ　图１计算分块图（单位：ｉｎ）　根据ＪＴＧ　Ｄ３０－２００４公路路基设计规范，分别计算正常工况　（天然状态）和非ＪＪ三常工况Ｉ（饱水状态）下滑坡稳定性。利用极　限平衡法进行滑坡稳定性计算一般要提供滑坡土体的重度，滑动　面的内聚力和内摩擦角。该滑坡为土质滑坡，滑体土土质比较均　匀，天然状态下滑体土的重度参考土工试验成果取１８　ｋＮ／ｍ　；饱　水状态下滑体土的重度取２２　ｋＮ／ｍ　。　运用前述计算公式分别计算正常工况（天然状态）和非正常　工况Ｉ（饱水状态）下滑坡稳定性。考虑到拟建公路的等级及滑　坡发生后的破坏性大小，安全系数取ｋ＝１．２５。　通过计算，天然状态下稳定系数为１．Ｏ４４；饱水状态下稳定系　数为０．９９６，说明在自然状态和连续降雨的条件下都可能失稳。　４．２边坡未滑区域稳定性计算　１）Ⅱ＿一Ⅱ嗜０面未滑坡段整体稳定性评价（６级～１５级台阶）。运　图２　ｌＩ一Ⅱ　剖面图　’　２）Ｉ—Ｉ　剖面整体稳定性评价（３级～１６级台阶）。同理运　用Ｂｉｓｈｏｐ法计算稳定系数，本计算所需的物理力学参数参考Ⅱ一　Ⅱ　剖面，计算剖面图及参数取值如图３所示。计算结果表明，天　然状态下Ｉ—Ｉ　剖面未滑坡段（３级～ｌ６级台阶）稳定性系数为　１．２５３，但在各种不利条件下可能失稳，建议进行加固处理。　图３　Ｉ—Ｉ　剖面图　５结论与建议　该滑坡所在的斜坡已经发生明显的蠕滑，处于极不稳定状　态，按照滑坡治理贯彻“安全、经济、彻底”的原则，综合考虑各种　条件与因素，建议对于支挡工程的位置，尽可能利用滑体抗滑段　的抗滑力，以减少支挡结构的荷载。同时应针对滑坡的具体特　点，根据滑坡各部分的稳定性、滑动面埋深及滑坡体的特点，可分　段采取不同的整治措施。具体措施包括以下几方面：　１）支挡措施。现场变形迹象和稳定性计算均表明，该滑坡处　于临界极限平衡状态，滑体厚度较大，滑坡前缘地形陡（约３０。），　若完全清除现有滑坡体，将可能导致其后缘坡体失去支撑而下　滑，因此建议在滑坡前缘采用挡土墙或抗滑桩等工程支挡措施，　对坡面进行不同程度的防护加固处理。　２）截排水措施。降雨入渗是加剧该滑坡活动的触发因素。　因此，在滑坡坡面上的排水，具体可根据地形和已有自然冲沟设　置截排水系统。　建议在工程施工前，应先回填边坡上已有拉张裂缝及落水洞　并夯实，防止降雨时地表水大量渗入滑体内，进一步恶化滑体的　稳定性。施工时，应尽量避免对坡体的大量扰动。应该不定时地　清除截排水沟中的淤泥，以免截排水设施起不到应有的作用。建　议在施工期间对滑坡进行人工观测，及时了解施工对滑坡的影响　和滑坡变形的发展趋势，保证施工安全。　参考文献：　［１］　ＪＴＪ　０６４－９８，公路工程地质勘察规范［Ｓ］．　［２］ＪｒｒＪ　００４—８９，公路工程抗震设计规范［ｓ］．　［３］ＪＴＧ　Ｄ３０－２００４，公路路基设计规范［ｓ］．　［４］　ＧＢ　５００２１－２００１，岩土工程勘察规范［ｓ］．　［５］　工程地质手册编委会．工程地质手册［Ｍ］．北京：中国建筑　工业出版社．２００７．　第３６卷第３５期　２　０　１　０年１　２月　山　西　建　筑　Ｖｏ１．３６　Ｎｏ．３５　ＳＨＡＮＸＩ　ＡＲＣＨＩＴＥＣＴＵＲＥ　Ｄｅｃ．２０１０　・２７３・　文章编号：１００９—６８２５（２Ｏｌ０）３５—０２７３—０２　沥青路面温度场理论预估研究概述　徐世民　摘要：简要介绍了沥青路面温度状况及路面温度预估方法，结合国内外关于沥青路面温度场的理论研究成果，归纳总　结了理论法求解沥青温度场的一般步骤和方法，指出理论预估模型便于分析沥青层不同深度处的温度随时间的变化，值　得推广。　关键词：沥青路面，温度模型，预估方法　中图分类号：Ｕ４１６．２１７　文献标识码：Ａ　０　引言　当地的气象要素资料（包括太阳辐射热、气温、日照时间、风速、降　大气的温度在一年内和一一日内均发生着周期性的变化，与大　水等），而后采用统计分析的方法，建立面层温度状况与外界大气　气直接接触的沥青面层也相应地在一年内和一日内发生着周期　因素之问的相关关系。利用所建立的统计关系，就可以根据气象　性的变化。沥青和沥青混合料的劲度和强度性质具有强烈的温　资料来预估面层内的温度状况。显然，按这种方法建立的预估模　度依赖性，其模量值随着温度的升降而发生变化，从而使沥青层　型，主要适用于观测站所在地区或者大气条件类似的地区，应用　和沥青路面结构的力学响应（应力和应变）以及使用寿命都与路　于其他地区时，由于内部和外部影响因素的差异，预估的精度较　面的温度状况密切关联。因而准确预测沥青路面温度场的分布　低，可靠性不高。因而，经验法的通用性较差。　特性和变化规律，有助于确定沥青路面的强度参数和分析沥青路　３温度场的理论预估　面各种损坏形式的产生机理。　决定沥青层内温度状况的因素可分为外部和内部两方面。　１　温度状况　外部因素主要为大气条件，如太阳辐射量、气温、风速、降水和蒸　路面是修筑在地面上的环形建筑物，其直接经受着气温、太　发等，其中，太阳辐射量和气温是决定沥青层温度状况的两项最　阳辐射、风力等自然因素的综合作用。由太阳直接照射到路表的　重要的因素。内部因素则为沥青层的热传导率、热容量和对辐射　短波辐射以及大气介质从各个方面投射到路表的散射辐射组成　热的吸附率等　。　的太阳总辐射，一部分被路表反射到大气，余下的则被路面吸收，　由大气进入路面表面的热流，通过路面介质向结构层的深处　从而使路面的温度增高。大气对路表和路表对大气发出的长波　传导。从气候学和热传导理论的基本原理出发，作如下基本假　辐射构成的有效辐射，使路表释放出部分热量。同时，大气与路　设：１）路面各层均为完全均匀和各项同性的连续体；２）温度变化　面的温度差异会引起对流形式的热交换。在辐射以及对流的影　不随水平坐标的变化而变化；３）路面各层接触良好，热传导连续；　４）路面以下不同深度的温度都作与路表边界温度同频率的周期　响下进出路表的热量，通过路面介质的热传导作用，沿深度方向　变化。由于路面各结构层材料的导热性能差别不是很大，因而可　向下传递，使得路面不同深度处的温度发生变化。　以近似地将路面结构简化为均质半无限体。按上述假设，沥青路　２路面温度预估方法分类　面的温度场可以由均质半无限体的一维热传导偏微分方程确定：　分析和预估沥青面层内的温度场（不同时刻温度随深度的变　化），可以采用经验法或者理论解析法。　Ｏｔ＝Ｐ去　ＯｆＳｃ　ｚｚ　　（１）　理论解析法是根据气象资料和路面材料的热特性参数，应用　其中，Ｔ（ｚ，￡）为　（ｍ）深度处，ｔ（ｈ）时刻的温度，ｏＣ；Ａ为路面　传热学的理论以及有关的假设和边界条件求得路面温度解析表　材料的导热系数，Ｗ／（ｍ・℃）；ｐ　为路面材料的密度，ｋｇ／ｍ　；５　为　达式倒　种方法。该方法的缺点是温度场的解析表达式过于复　路面材料的热容量，ｋＪ／（ｋｇ・℃）。　杂，其数值计算过于繁琐，不利于实际工程应用，同时该方法需要　热传导方程的解须满足路表面和无限深处的两项边界条件。　大量的气象资料和路面材料热特性参数，这些都是限制其推广的　无限深处的边界条件为有界条件：　制约因素，但理论方法具有较强的适应性，不受地域限制。　ｚ．－－￣。。时，Ｔ（　，ｔ）≠∞，或ｚ＝　时，Ｔ（　，ｔ）＝常数。　经验法是在面层不同深度处埋设测温元件，连续观测年内不　在已知进入路表的热流函数ｑ（ｔ）的情况下，路表面应满足的　同时刻的温度变化，并设立气象观测站或通过当地气象站，采集　边界条件为：　Ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｎ　ｃａｕｓｅｓ　ｏｆ　ａ　ｈｉｇｈｗａｙ　ｌａｎｄｓｌｉｄｅ　ａｎｄ　ｓｔａｂｉｌｉｔｙ　ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ　ＲＥＮ　Ｐｅｎｇ　ＸＵ　Ｓｈｉ－ｘｉｏｎｇ　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓ　ａｒｔｉｃｌｅ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ　ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　ｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ　ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ，ｌａｎｄｓｌｉｄｅ　ｍａｓｓ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ｓｌｉｐ　ｓｕｒｆａｃｅ，ａｎｄ　ｓｌｉｄｉｎｇ　ｚｏｎｅ　ｉｎ　ｌａｎｄｓｌｉｄｅ　ａｒｅａ　ｗｈｉｃｈ　ａｒｅ　ｃｌａｒｉｆｉｅｄ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ｏｆ　ａ　ｈｉｇｈｗａｙ　ｌａｎｄｓｌｉｄｅ　ｇｏｖｅｒｎｉｎｇ，ａｎｄ　ｔｈｅｎ　ａｎａｌｙｚｅｓ　ａｎｄ　ｅｖａｌｕａｔｅｓ　ｃａｕｓｅｓ，ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ　ｐｒｏｃｅｓｓ，ａｎｄ　ｓｔａｂｉｌｉｔｙ　ｓｔａ—　ｔｕｓ　０ｆ　ｔｈｅ　ｌａｎｄｓｌｉｄｅ　ｍａｓｓ，ｐｒｅｄｉｃｔｓ　ｉｔｓ　ｄｅｖｅｌｏｐｉｎｇ　ｔｅｎｄｅｎｃｙ，ａｎｄ　ｆｉｎａｌｌｙ　ｐｒｏｐｏｓｅｓ　ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇ　ｐｒｅｖｅｎｔｉｖｅ　ｍｅａｓｕｒｅｓ，ｗｈｉｃｈ　ｈａｓ　ｐｏｓｉｔｉｖｅ　ｇｕｉｄｉｎｇ　ｓｉｇｎｉｉｆｃａｎｃｅ　ｆｏｒ　ｓｉｍｉｌａｒ　ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｈｉｇｈｗａｙ　ｌａｎｄｓｌｉｄｅ，ｃａｕｓｅｓ，ｓｔａｂｉｌｉｔｙ，ｐｒｅｖｅｎｔｉｖｅ　ｍｅａｓｕｒｅｓ　收稿日期：２０１０－０８－２６　作者简介：徐世民（１９７９一），男，工程师，山西朔州高速公路有限责任公司，山西朔州０３６０００