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谈向家山滑坡成因分析及其综合治理研究

摘要:论文关键词:土木工程 滑坡 高速公路 灾害治理 有限元 论文摘要: 向家山滑坡为高速公路路堑边坡的滑坡,在综合分析已有的工程勘探资料的基础上,对滑坡产生的原因进行了剖析。同时,将滑体与前期支挡工程视为桩土复合体,运用反分析方法和极限平衡法,评价了滑体的
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  论文关键词:土木工程 滑坡 高速公路 灾害治理 有限元

  论文摘要:向家山滑坡为高速公路路堑边坡的滑坡,在综合分析已有的工程勘探资料的基础上,对滑坡产生的原因进行了剖析。同时,将滑体与前期支挡工程视为桩土复合体,运用反分析方法和极限平衡法,评价了滑体的稳定状态。并根据高速公路滑坡的特点,制定了临时防治与永久根治的综合治理方案,经实施后,监测资料及有限元模拟结果表明效果很好,可为类似滑坡防治所借鉴。

  1 前言

  向家山滑坡位于某高速公路K13+500~K13+960段、向家坡立交左侧。公路修建时就对该边坡进行工程加固。但以后出现了变形、产生了滑坡。曾多次对该滑坡进行了治理。但效果不佳。2004年6月以来,该滑坡区又出现了大的变形和位移,治理工程受到破坏,出现抗滑桩倾斜,挡墙鼓出、开裂,排水沟拉裂、下沉,格构破坏等现象。这次对该滑坡又进行了全面勘探,设计了滑坡整治方案,以求能对该滑坡进行彻底根治。

  2 滑坡的工程地质条件

  2.1 滑坡概貌

  滑坡体坡面倾向W,现状地形可明显分为三级台阶(图1):上部为缓坡平台地形,高程在385~400 m;中部地形呈阶梯状,前缘为高12~14 m的锚桩挡土墙,再下即公路,为滑坡区域的最低点,高程一般342~346 m。滑坡后壁为高约40 m的陡壁,滑坡南侧和北侧为冲沟。

  

  地质勘察查明[1,2]:滑坡体在平面上呈不规则的马蹄形,滑体厚度平均约19.5 m。中部最厚达到40 m,滑坡区面积约7万m2,体积约140万m3。

  2.2 滑坡体的岩土组成

  滑坡区的地层分布如图1所示,自上而下大致可分为三层:

  (1)表层为第四系全新统崩坡积物(Qcol+dl4),岩性为砂岩、泥岩块石夹粉质粘土。

  (2)中层为侏罗系下统珍珠冲组(J1z)的强风化粉砂岩、泥岩薄~中厚层状,泥质结构,局部夹薄~中厚层状长石石英砂岩,多呈夹层状分布。

  (3)下层为侏罗系下统珍珠冲组的泥岩夹砂岩,岩石较完整,为弱风化带,具砂泥质构造,薄~中层状构造。

  滑坡体主要由粉质粘土夹碎块石及强风化砂泥岩组成,属于土岩混合型滑坡,滑体范围内的岩体结构松散,含水量高,不稳定、易变形。通过土层及滑面分析,该滑坡为由浅层、中层及深层的组成的多层次的滑坡。滑体上各岩土体的物体力学指标试验测试值见表1。

  

  3 滑坡产生原因分析及稳定性评价

  3.1 滑坡的形成原因

  首先,向家山滑坡表层为粉质粘土夹少量碎块石,透水性差,遇水易软化变形,具膨胀性;下部为破碎、风化的泥岩、泥质砂岩、页岩,网状裂隙发育,遇水软化,为滑坡形成提供了物质基础,而滑坡下伏基岩岩层面总体倾向为顺坡,为深层变形的形成提供了滑动结构面。其次,滑坡土体的透水性总体较差,地下水多沿泥岩顶面和强风化和中风化的界面一带径流,软化滑带物质,形成软弱泥化面(带),为滑坡的形成提供了滑动介质。第三,斜坡中部的裂缝发育为地表水的入渗提供了通道,使滑体中含水量大大增加甚至达到饱和状态,岩体软化,滑体的抗剪强度进一步降低,滑体容重增大,从而诱发了边坡变形失稳,滑体顺坡向路堑滑移。最后,人类工程活动,特别是高速公路的施工,边坡开挖过陡,前缘临空,边坡应力失衡,终至产生滑坡。

  3.2 滑坡稳定现状及评价

  依据滑坡现状,按照相应的规范要求对滑坡体进行三种工况的分析评价。

  工况(一):自重+地面荷载,取天然重度、天然抗剪试验值。

  工况(二):自重+地面荷载+暴雨,取饱和重度和饱和抗剪试验值,因该滑坡曾经滑动过,采用饱和抗剪残余值。

  工况(三):自重+地面荷载+暴雨+地震,取饱和重度和饱和抗剪、饱和抗剪残余值,并考虑地震力作用。

  采用基于极限平衡理论的传递系数法进行滑坡的稳定性评价计算,得出稳定系数见表2。

  

  从表2中看出,浅层、中层滑坡在边坡在工况(一)即天然状态下,FS=1.11~1.23为稳定状态,工况(二)即雨季状态下,FS=1.01~1.02,滑坡处于极限平衡状态,工况(三)即在地震状态下,FS=0.97~1.02,滑坡处于不稳定状态或极限平衡状态;深层潜在滑面在三种工况下均处于稳定状态。

  4 滑坡治理

  由于向家山滑坡发生在运营中的高速公路的区域内,所以滑坡治理考虑临时抢险与永久根治两个阶段进行。先按照抢险工程进行临时处置:在雨季临时封闭高速公路滑坡影响范围内的一幅路段;在坡体增设排水孔,用粘土夯实或者水泥桨封堵地表裂缝等应急措施;另外在滑体上布设监测系统,对滑体进行监测,及时反馈滑坡的动态信息,对出现的新情况进行及时处理。永久性治理方案则采用以下多种手段方案(图2)。

  

  (1)在现有锚固桩顶一级平台处设置一排预应力锚索抗滑桩,同时阻挡浅层和中层滑坡。(2)按照1∶1.25对二、三级坡面削坡处理,然后在二级坡面上设置预应力锚索框架工程锚固段深入中层滑面以下,并进入深层滑面以下一定深度。

  (3)地表及地下排水措施首先采用地表有组织排水措施,排出地表水尽量减少地表水入渗到地下,同时采用地下排水措施,在滑坡后部修建截水盲洞,以降低桩后地下水。

  (4)坡面植草为防止坡面冲刷,阻止地表水入渗,对整个坡

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