基于某填方路基滑坡的抗剪强度反算研究

基于某填方路基滑坡的抗剪强度反算研究

蒋翊1，欧士嘉2

（1.广西路桥工程集团有限公司，广西  南宁 530000；2.南宁职业技术学院，广西，530008）

摘要：在滑坡稳定性分析中，滑带土力学参数的选取正确与否十分重要，其抗剪强度参数c、φ值的合理选取是边坡稳定性评价和滑坡防治工程设计的关键。根据《公路滑坡防治设计规范》，滑坡岩土体参数，应根据室内外试验值、类比法和反演法，综合对比确定。本文通过结合一填方边坡滑塌的案例，对滑坡的反算进行，以获得较为准确的设计资料，保障了工程的安全性与经济性。

关键词：滑坡、反算、经济、稳定

0  引言

2022年1月13日，自然资源部发布《2021年全国地质灾害灾情及2022年地质灾害趋势预测》，全国共发生地质灾害4772起，直接经济损失32亿元，其中滑坡2335起，占了接近一半，广西发生的地质灾害数量和损失在省份中常居前五之列。

图1  2021年全国地质灾害灾情

岩土边坡的失稳破坏多与加固设计的不合理有关，其中岩土体抗剪强度参数取值的准确性是制约边坡稳定性分析乃至加固设计合理与否的重要因素，在边坡稳定性分析的过程中，岩土体抗剪强度参数取值的准确性很大程度上决定了稳定性分析结果的可靠程度。在滑坡稳定性分析中，滑带土力学参数的选取正确与否十分重要，其抗剪强度参数c、φ值的合理选取是边坡稳定性评价和滑坡防治工程设计的关键。根据《公路滑坡防治设计规范》，滑坡岩土体参数，应根据室内外试验值、类比法和反演法，综合对比确定。

1  工程概况

该项目道路该高路堤路段里程为XK3+460~XK3+700,线路走向约181°。路基设计宽度8.50m，最大填方高度约24.42m。由于路提阻断原有冲沟排水，造成地表水下灌至土体饱和。从现场情况来看，大量地表汇水下渗，使地表土体饱和，下部土体软化、泥化，其物理力学参数严重降低，直接导致坡体失稳发生滑动。

图2  滑塌平面图

图3  塌方航拍图

2  路基土层情况

2.1 地形地貌

该高路堤路段属构造侵蚀、溶蚀地貌溶丘洼地地形，地形坡度5～40°，路堤下边坡坡度较小，约2～10°，整体地形起伏较大，线路右侧为农田，未见崩塌、滑坡、塌陷等不良地质作用，自然斜坡稳定性较好。滑坡基本上以上方后缘及两侧位置处开裂点和裂缝线为界，滑坡整体呈圈椅状展布，主滑坡纵长约50m，横宽115m，平面面积约0.52×104m2，主滑动方向约272°，已发生明显变形破坏迹象，处于失稳状态。

2.2 地层岩性

根据工程地质调绘、钻探及施工揭露，滑坡区覆盖层主要由第四系人工填土层(Q4ml)、残坡积层(Q4el+dl)组成；下伏基岩为为三叠系上统大水塘组(T3d)灰岩及砂岩。依据各岩土层成因类型、地质时代、风化程度差异可划分为以下工程地质层，各地层特征自上而下分述如下：

（1）第四系人工填土层（Q4ml）

1-1层素填土：揭露层厚1.50～11.10m，厚度变化较大，分布不连续，褐黄、灰黄色为主，稍湿，稍密，部分稍压实，主要由黏性土、碎石等组成，为路基填筑层，已压实。

（2）第四系残坡积层(Q4el+dl)

2-1层残坡积粉质黏土：揭露层厚1.70～5.80m，场区较广泛分布，仅褐黄色，湿，软塑，主要由粉、黏粒组成，土质较均匀，黏性一般，局部表层为种植土。

2-2层残坡积粉质黏土：揭露层厚2.20～3.40m，在场区局部分布，褐黄色，稍湿，可塑，主要由粉、黏粒组成，局部含有少量碎石，土质较均匀，黏性一般。

2-3层残坡积黏土：揭露层厚3.50～19.30m，厚度变化较大，在场区广泛分布，深灰、灰色，稍湿，可塑～硬塑，主要由黏粒组成，土质较均匀，粘性较强，其稳定性较差、工程力学性质一般。

（3）下伏风化基岩为三叠系上统大水塘组(T3d)灰岩、砂岩及泥岩

3-2层强风化砂岩：揭露层厚4.70～5.60m，厚度变化大，分布不均，褐黄色、灰色为主，岩石风化强烈，风化不均匀，节理裂隙极发育，岩芯呈半岩半土状，岩质极软，遇水易软化。

4-2层强风化泥岩：揭露层厚13.50m，厚度变化大，分布不均，灰色为主，岩石风化强烈，风化不均匀，节理裂隙极发育，岩芯呈半岩半土状、土状，岩质极软，遇水易软化。

5-3层中风化灰岩：揭露层厚2.00～4.70m，灰白色，隐晶质结构，薄～中厚层状构造，节理裂隙较发育，局部见有溶蚀小孔，岩体较破碎

2.3 水文地质条件

场区地表水主要为右侧东河的河水，但距离工程区较远，故工程区地表水不发育，主要为大气降水形成的暂时性地表面流、坡流，地表水断面流量受降雨量控制，因此地表水对该路堤工程建设影响较大。

3  滑坡分析

滑坡区总体处于构造侵蚀、溶蚀地貌溶丘洼地地形，原地面地形坡度5～40°，路堤下边坡坡度较小，约2～10°，整体地形起伏较大，原始地貌下，线路右侧为农田，未见崩塌、滑坡、塌陷等不良地质作用，自然斜坡稳定性较好。滑坡基本上以上方后缘及两侧位置处开裂点和裂缝线为界，滑坡整体呈圈椅状展布，主滑坡纵长约

50m，横宽115m，平面面积约0.52×104m2，主滑动方向约272°，滑坡体平均厚度在8～10m，滑坡体方量约0.5×105 m3。后缘高程约1468m，前缘高程约1488m，相对高差约20m。勘探成果和现场岩性判断表明，滑坡体地层主要由人工填土层、残坡积土层组成，为土质滑坡。

根据《公路滑坡防治设计规范》(JTG/T3334-2018)条款3.1，按3.1.2主要物质组成分为土质滑坡（填土滑坡）；按3.1.5体积分类为中型滑坡；按3.1.6滑动面埋藏分类为中层滑坡。本滑坡诱因主要是由于人工堆载（路堤填筑）影响作用下，下部软弱地基未进行有效处理或处理的效果较差，再加上原始地貌为一向路线右侧缓倾的情况，导致填方路堤边坡产生坍塌、滑动变形，坡脚附近软弱地层率先挤出，继而引发上部变形滑动，属推移式滑坡。

（1）首先从物质构成上分析：

滑坡地层主要由残坡积软塑状粉质黏土及人工填土层构成，滑动软弱面基本上分布在相对软弱带中，这与施工堆载后，下部软塑状粉质黏土中的水体未能及时排出，其有效应力变化不大，而孔隙水压力明显增加，对岩土体边坡的稳定性及滑坡产生不利的影响；同时，上部堆载及施工荷载足以使得下部的压缩性较高的软塑状粉质黏土发生挤出变形，从而发生推移式破坏，从而形成了稳定的滑裂面。因此坡体区的物质构成条件是滑坡发生的主要内在因素之一。

（2）其次从人类工程活动上对坡体变形分析：

当形成相对软弱带后，局部的微变形是持续进行的，土体的抗剪强度大为弱化。人工堆载过程中，使得坡脚附近的软塑状粉质黏土位移逐渐增大，发生挤出变形，变形明显，表现为各类滑坡裂缝（拉张、剪切、鼓胀）持续发展，滑坡下移加剧。由此可见，路堤填方堆载和降雨的影响，是滑坡变形破坏的主要外在因素。

（3）从滑坡区地形地貌条件分析：

滑坡处于斜坡中下部，原地面地形坡度5～40°，路堤下边坡坡度较小，约2～10°，整体地形起伏较大，线路右侧为农田，未见崩塌、滑坡、塌陷等不良地质作用，自然斜坡稳定性较好。该处原地面向路基右侧（西侧）缓倾的倾斜地貌，为填方路基的滑动提供了有利的空间条件。

（4）从滑坡区水文地质条件分析：

滑坡处于斜坡中下部，有利于坡面地表水的汇集，该区域坡体地层主要由残坡积粉质黏土构成，其总体渗透性较弱，局部中等。降雨是影响地下水动态变化的主要因素，地下水位频繁的升降，改变了上覆土体的状态和强度，路堤的修建，改变了路基区的地下水的补径排条件，降雨入渗作用使得滑坡边坡土体抗剪强度急剧下降，进一步弱化了滑动面的抗剪性能，加剧了滑坡发生可能，加速了滑坡的形成与发展。

4  滑坡参数反算

4.1滑带土特征

根据地形地貌、地表变形特征及岩土特征综合确定滑动面，该滑坡体滑动面主要位于软塑状粉质黏土及路堤填筑层内，现场剪出口位置较明显，结合钻孔揭露的地层信息等相关资料分析，综合推测滑面呈圆弧形。该滑坡整体目前（滑动后）天然工况下处于基本稳定状态，在暴雨不利工况条件下处于失稳、破坏状态。

4.2 稳定性分析

（1）计算模型及典型剖面

根据上述滑动面、剪出口的确定情况以及滑坡变形特征相互组合，对剖面1-1ˊ和剖面2-2ˊ建立计算模型，如图所示：

图4  1-1'剖面滑动面计算模型

图5  2-2'剖面滑动面计算模型

单断面反演法常用于地质条件相对简单单一的边坡，基本原理是将边坡即将滑动而没有滑动的那一瞬间视作极限平衡状态，此时边坡安全系数取 接近1.0，由于滑坡已经失稳，按原地形剖面进行反演分析时，安全系数取0.98~1.00，根据多次反算结果并对滑坡c和φ值进行敏感性分析后，选用上表的反算结果，此时滑坡稳定系数分别为0.994和0.99。

表1  抗剪强度反算计算表

5  结论

（1）安全系数F与滑裂面凝聚力C和内摩擦角φ均与呈正相关；

（2）滑裂面抗剪强度指标中，内摩擦角φ对滑体稳定性影响较凝聚力C大，水对滑坡的稳定性影响较大。

（3）土的抗剪强度参数与土的类别有着密切关系的。本次在选取粘聚力和内摩擦角的范围时采用的是试算的方法，能否快速找到可靠的范围区间很大程度决定于研究者的经验。

参考文献：

[1] 《工程地质手册》编委会 . 工程地质手册 [M] .第五版 .北京 ：中国建筑工业出版社 ，2018.

[2]JTG D30 -2015.公路路基设计规范［S］.

[3]JTG-T3334-2018 公路滑坡防治设计规范 ［S］.

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[5] 黄玮,徐卫亚,陈鸿杰,等. 滑坡堆积体滑带土强度参数反算研究

[J]. 三峡大学学报（自然科学版）,2012,34(5):74-78,91.