陕西黄土高原高速公路边坡滑坡治理地质勘察报告

'第一章概述一、工程概况xx至xx段高速公路是国道主干线（GZ35）xx~xx公路的重要组成部分，也是xx省高等级公路网主骨架的重要组成部分。该段高速公路的修建，对改善陕北地区交通环境，促进和加快地方经济的发展具有十分重要的带动作用。该段公路目前处于施工建设阶段。2005年7月，K130+460~760天云煤矿改线段，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K130+460~760段基岩以上3-6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，刷坡后共分十六级边坡，每级边坡高7-10m，平台宽4-8m，综合坡率约为1:1.75（见附录照片1）。2006年6月，K130+575.3~744.7段已施工完毕的高边坡3-6级边坡又产生局部滑塌，并产生错台裂缝，错台高度2-3m，为保证6级以上边坡稳定，防止产生边坡整体失稳，受院经营室委托，我通盛岩土公司对该滑坡进行了勘察，通过本次勘察确定了滑坡的范围和规模，评价其稳定性，提出了治理建议。二、目的与任务本次勘察的主要目的是查明滑坡区的工程地质条件，滑坡体的结构，滑动面、滑动带的位置，分析滑坡的成因及演化过程，评价和预测滑坡的稳定性现状及发展趋势，同时分析边坡的稳定性，为整个边坡治理工程设计提供地质依据。具体任务有：(1)在充分搜集区域地质、水文地质、工程地质资料及研究分析原线路勘察设计文件、施工文件的基础上，分析掌握滑坡的自然地质背景条件；(2)查明勘察区的地形、地貌、地层结构及岩性特征，提供各地层岩性及滑坡岩土的物理力学性质指标；(3)查明滑坡体的分布范围、形态、规模、类型，分析滑坡空间分布特征；(4)查明滑坡体厚度、滑面埋深及展布特征，提供滑面（带）土的物理力学性质指标；(5)在综合分析滑坡形成条件，产生机理及运动模式的基础上，对滑坡的稳定性进行定量评价，并预测其发展趋势及危害程度。(6)对滑坡防治提出经济技术合理的建议措施。三、勘察依据本次勘察工作依据和执行的规范、规程、技术标准及要求有：1.《公路工程地质勘察规范》[JTJ064-98]2.《公路工程抗震设计规范》[JTJ004－89]3.《公路土工试验规程》[JTJ051－93]4.《公路工程技术标准》[JTGB01－2003]5.《公路路基设计规范》[JTGD30－2004]6.《岩土工程勘察规范》[GB50021-2001]7.《建筑边坡工程技术规范》[GB50330-2002]8.《工程测量规范》[GB50026-93]9.《中华人民共和国工程建设标准强制性条文》(公路工程部分)10.《地质灾害防治工程勘察规范》[DB50/143-2003]11.《工程地质手册》（第三版）四、勘察方法及完成工作量本次勘察以工程地质调绘、钻探和室内试验为主，并辅以工程测量（包括1:1000地形图测量、断面测量及定点测量）、挖探等多种现场勘测手段进行工程勘察，对所取资料进行综合分析利用。工程测量采用尼康牌全站仪完成；钻孔采用一台XY-100型和一台XY-150型岩芯钻机完成，对土体部分完全采用干钻，取土用薄壁取土器；探井布置在滑坡周界，以便揭露滑带；室内对所取滑体和滑带土做了 常规物理力学性质试验及抗剪强度试验。所布置的勘察工作量查明了该滑坡的分布范围、地质条件、物质组成及结构特征。完成实物工作量详见“勘察工作量统计表”表1。表1勘察工作量统计表工作项目单位完成工作量工程测量1：1000地形测图km20.111：1000剖面测量km/条0.41/2定点测量点104地质测绘1：1000地质调绘km20.111：1000实测剖面km/条0.41/2勘探工程钻探m/个461.7/12探井m/个46.0/5取样原状样组230岩样组2室内试验常规试验(物理力学)组230剪切试验组137其他摄影张(工作日)40(3)五、勘察工作概况勘察工作是在院总工办、经营室统一安排下，由xx通盛岩土工程公司承担完成。外业工作于2006年9月20日开始，10月13日结束，我院总工办和岩土公司领导对本项目非常重视，勘察工作前期及外业验收期间到现场指导和解决疑难地质问题，对保证勘察质量和勘察资料的准确性起到了重要作用，于2006年10月中旬完成报告的编写，及时为设计部门提供了所需的工程地质资料。第二章自然地理及工程地质条件一、自然地理工作区位于xx省榆林市横山县魏家楼乡天云煤矿对面，处于正在建设中的子靖高速公路K130+460-760左侧。滑坡所在地属内陆干旱、半干旱气候区，冬季寒冷，夏季炎热且昼夜温差较大，春季多大风扬沙天气，沙尘暴时有发生。据地方气象部门资料，勘察区多年平均气温6.5C，一月平均气温-8.9C，七月平均气温22.5C，极端最高气温35.9C，极端最低气温-17.3C；多年平均降水量300~500mm，最大年降水量802.4mm，最小年降水量140.3mm，雨季多在七、八、九三个月，多以雷阵雨和暴雨形式发生，多年平均蒸发量1800~2200mm，是降水量的5倍；滑坡勘察区内多年平均风速3.1m/s，最大风速可达17.9m/s；季节性冻土深度0.7~1.0m。滑坡勘察区主要水系蚂蚁河属黄河二级支流大理河的支流，年平均水位较低，但雨季易发洪水，冲蚀两岸较严重。二、工程地质条件（一）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，25o~65o，水土流失严重。黄土梁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。（二）地层岩性勘察区出露地层主要为第四系全更新统滑坡堆积层（Q4del），上更新统风积马兰黄土（Q3eol）、中更新统风积离石黄土（Q2eol）、中更新统河流三、四级阶地冲积层（Q2al），其下局部下伏中侏罗系直罗组（J2z）灰色、浅绿色泥岩-砂岩，细粉砂岩夹泥岩互层等，产状较平缓，倾角2o~5o，分布在河谷两岸，构成了滑坡中前部的滑床。各时代的地层特点分述如下：1．第四系全新统（Q4）岩性为第四系全新统滑坡堆积层（Q4del）。主要分布在第四系中更新统风积离石黄土（工作区主要地层）与第四系中更新统河流三级阶地冲积层、中侏罗系直罗组泥岩-砂岩与过渡的斜坡地带。成分以浅黄色粉性黄土状土、棕红色古土壤为主。土质不均匀，结构松散，可塑~硬塑状态。2．第四系上更新统（Q3）岩性为风积的马兰黄土（Q3eol）。主要分布在该边坡上部，厚约10-15m，颜色以浅黄色为主，局部灰白色，粉粒含量较高 ，具大孔隙，结构疏松，垂直裂隙较发育。其下与第四系中更新统离石黄土整合接触。3．第四系中更新统（Q2）根据钻探及工程地质调绘可知勘察区分布的中更新统地层主要为风积离石黄土（Q2eol）、河流三级阶地冲积层（Q22al）、河流四级阶地冲积层（Q21al）。分述如下：（1）、中更新统风积离石黄土（Q2eol）主要分布在三级至十五级边坡范围内，并夹有2-3层古土壤，颜色以浅黄色为主，粉粒含量较高，夹杂少量粘粒、黑色斑点及白色菌丝，结构较密实，可塑~硬塑状态。其下与中更新统河流三级阶地冲积层（Q2al）、中侏罗系直罗组（J2z）泥岩-砂岩层不整合接触。（2）、中更新统河流三级阶地冲积层（Q22al）该层在边坡三级至十一级边坡范围内呈不连续分布，成分以圆砾土及亚砂土为主，颜色较杂，厚度5~8m，夹有锈黄色斑点，弱胶结，结构致密，呈坚硬~硬塑状态。其下一般与中侏罗系直罗组（J2z）泥岩-砂岩层整合接触。（3）、中更新统河流四级阶地冲积层（Q21al）该层在十级至十五级边坡范围内呈不连续分布，成分以圆砾土及亚砂土为主，颜色较杂，厚度0~30m，夹锈黄色斑点，弱胶结，结构致密，呈坚硬~硬塑状态。4．中侏罗系直罗组（J2z）根据钻探可知，该层主要为中侏罗系直罗组泥岩及砂岩。上部泥岩全-强风化，多呈浅绿色，层状结构；弱风化砂岩多呈浅绿色-灰绿色，块状结构，成分以长石、石英为主。总体上产状较平缓，倾角2o~5o，直接出露地表，构成了滑坡中前部的滑床。（三）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，属陕甘宁盆地的一部分，褶皱、断裂不发育，地块隆起是其主要表现特征，地震活动较少，总体上表现出地块较强的稳定性和完整性，未发现有断裂带。勘察区地震活动相当微弱，据历史记载仅发生过4~6级地震，且分布零散。据《中国地震动参数区划图》（GB18306-2001）和《xx省活动性构造与地震震中分布图》，勘察区基本地震烈度为Ⅵ度，场地地震反应谱特征周期T=0.35s，地震动峰值加速度a<0.05g。（四）水文地质条件根据地下水含水层的岩性、赋存状态和水动力学等特征，勘察区地下水可分为黄土孔隙裂隙水和基岩裂隙水二种。1．黄土孔隙裂隙水勘察区黄土层地下水量极小，以上层滞水为主，虽然钻孔及挖探均未发现地下水，但根据调查，在路线两侧局部地段存在黄土陷穴，其周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层地下水富水性差，分布极不稳定。2．基岩裂隙水主要赋存在中侏罗系泥岩-砂岩层的节理、裂隙中。赋水性与岩体节理、裂隙的大小、密度、以及连通性等密切相关，分布不均匀，主要取决于节理裂隙发育程度。上部全-强风化泥岩层节理裂隙较发育，接受补给条件有利，因此富水性较好，其下微风化砂岩层则富水性较差，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。第三章滑坡工程地质特征一、滑坡形态该滑坡位于xx省榆林市横山县魏家楼乡天云煤矿对面。整体上形态呈“簸箕”形（见照片1及附件工程地质平面图），滑坡后缘高程为1099.71m，前缘高程为1073.32m，高差约27.0m。路基三级边坡切削滑坡前缘，边坡坡度约为45°。滑坡前缘宽度约为76.0m，顺主滑方向长约50.0m，滑体最大厚度约为14.0m，体积约2.1´104m3，为一中型土质滑坡。二、滑体岩土特征由滑坡上钻孔ZK2-1、ZK2-2及探井柱状图可知（见附件），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～ 7.0m，滑体前缘最薄处约3.0m，中间约6.7m，后缘最厚处约8.0m，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2m，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；下层又为浅黄色黄土状土（原黄土），厚度在1.0～3.0m之间，硬塑状态，结构致密，钻孔岩芯呈散块-短柱状，夹杂黑色斑点及白色菌丝，ZK2-2该层下部可见砾石及泥砂岩层，但ZK2-1揭示该层下部缺失砾石层，分析认为是由于滑坡造成此处砾石层被推出。滑体土物理力学性质统计见表2。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。照片1三、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，发生连续暴雨，雨水沿土体表面垂直裂隙及落水洞下渗而引发的。滑坡产生后，边坡中上部出现错台裂缝，错台高度达2-3m，严重威胁到了路基安全；坡体表层也出现了弧形的张拉裂缝，裂缝宽度0.5~3cm，深度1~6m，个别裂缝已深入至强风化基岩中（见附录照片6）。从总体上来看，造成滑坡的成因主要有以下几点：1、坡体结构是形成滑坡的物质基础。上覆黄土，下伏伏泥岩-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，从而形成滑动带，使其具备了滑坡的条件。2、连续暴雨是滑坡产生的直接诱因。3、高边坡开挖过程中，由于放炮及土方开挖等工程因素，造成土体结构松动，边坡前缘形成高陡临空面，边坡土体发生应力重分布，是形成滑坡的另一重要因素。表2滑体土物理力学性质指标统计表统计项目样本个数最大值最小值平均值天然含水率(W)%2913.83.27.2天然密度(ρ)g/cm3161.991.411.66干密度(ρd)g/cm3161.631.341.47比重(Gs)292.712.682.69孔隙比(e0)181.120.660.88饱和度(Sr)%1889.99.033.6液限(WL)%2930.626.728.6塑限(WP)%2922.016.819.6塑性指数(IP)%2912.46.89.8液性指数(IL)%290.45<0.0<0.0压缩系数(a1-2)MPa-1110.750.110.39压缩模量(Es1-2)MPa1120.42.98.9内摩擦角(j)°1127.019.022.2内聚力（C）kPa1146.015.028.4第四章滑坡稳定性评价一、滑坡区域稳定性评价 1、定性评价现场调查表明，滑坡体所反应的宏观变形迹象已很明显（附录照片），主要是由于以前爆破施工刷坡及连续暴雨而造成的。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，均反应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。2、稳定性计算2.1计算方法根据《岩土工程勘察规范》推荐的滑坡稳定性计算公式计算本滑坡的稳定系数。（1）其中式中:Fs—稳定系数；wi—第ｉ块段滑体所受的重力(kN/m)；Ri—作用于第ｉ块段的抗滑力(kN/m)；Ti—作用于第ｉ块段的滑动分力(kN/m)；ci—第ｉ块段土的粘聚力(kPa)；ji—第ｉ块段土的内摩擦角(°)；Li—第ｉ块段滑动面长度(m)。滑坡推力计算公式为：（2）式中:Ei—第i块剩余下滑力（kN/m）；Ei-1—第i-1块剩余下滑力(kN/m)；k—安全系数；其余参数同前。若所得某条块的滑坡推力为负值时，说明自该条块以上的滑体是稳定的，并考虑其对下一条块的推力为零。2.2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1。图1根据《公路路基设计规范》（JTGD30-2004），分别计算正常工况（天然状态）和非正常工况Ⅰ（饱水状态）下滑坡稳定性及滑坡推力。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18kN/m3；饱水状态下滑体土的重度取22kN/m3。滑面强度参数取值根据土体室内试验值及反算综合考虑。由于该滑坡目前处于蠕动挤压状态，天然状态下稳定系数应在1.00-1.05之间，根据土工试验成果另结合经验给定滑动面的抗剪强度c值为12kPa，反算滑动面的j值。在1.00-1.05之间给不同的稳定系数反算，反算结果如表3。 根据反算结果及经验，滑动面强度参数取值如下：c=12kPa，j=16.0°。表3滑动面参数反算结果表给定滑动面抗剪强度c=12kPa稳定系数k1.001.011.021.031.041.05反算结果j°15.7115.9316.1716.3816.6016.82运用公式1和公式2分别计算正常工况（天然状态）和非正常工况Ⅰ（饱水状态）下滑坡稳定性及滑坡推力。滑坡稳定系数及滑坡推力计算结果见表4和表5。表4滑坡稳定系数及滑坡推力计算表（天然状态下）块号滑块重量Qi(kN/m)滑面长Li（m）滑面倾角qi(°)粘聚力Ci(kPa)内摩擦角ji(°)下滑力Ti(kN/m)抗滑力Ri(kN/m)传递系数Yj滑坡推力E(kN/m)稳定系数Fs1442.814.067.71216409.68216.180.89295.921.01321036.88.751.91216815.89287.840.88993.9531171.86.636.21216692.07350.350.921384.8741260.05.919.51216420.60411.380.991384.0451173.65.87.31216149.12403.401.001157.696972.05.76.01216101.60345.590.99933.757797.45.55.1121670.88293.751.00719.228630.05.43.2121635.17245.170.99515.069370.85.32.4121615.53169.830.99358.0010169.25.21.712165.02110.90250.17表5滑坡稳定系数及滑坡推力计算表（饱水状态下）块号滑块重量Qi(kN/m)滑面长Li（m）滑面倾角qi(°)粘聚力Ci(kPa)内摩擦角ji(°)下滑力Ti(kN/m)抗滑力Ri(kN/m)传递系数Yj滑坡推力E(kN/m)稳定系数Fs1514.514.067.71216500.7226.90.89399.020.95721267.28.751.91216997.2328.60.881271.0231432.26.636.21216845.8410.60.921759.4541540.05.919.51216514.0487.00.991768.6251434.25.87.31216182.2477.61.001509.9161188.05.76.01216124.2407.20.991247.987974.65.55.1121686.6344.41.00999.378777.05.43.2121643.0285.20.99763.759453.25.32.4121619.0193.40.99584.1910206.85.21.712166.1121.7464.96考虑到拟建公路的等级及滑坡发生后的破坏性大小，计算滑坡推力时安全系数取k=1.25。由表4和表5可见，天然状态下，最终滑坡推力E1=250kN/m；饱水状态下最终滑坡推力E2=465kN/m，稳定系数为0.957，说明在连续降雨的条件下，可能失稳。二、边坡未滑区域稳定性计算依据《公路路基设计规范》（JTGD30-2004），公路路基两旁高边坡均应进行边坡稳定性计算，以评价是否需要进行治理。1、Ⅱ-Ⅱ′剖面未滑坡段整体稳定性评价（六至十五级台阶）运用规范推荐的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2所示。图2计算结果表明，天然状态下Ⅱ-Ⅱ′剖面未滑坡段（六至十五级台阶）整体稳定性系数为1.202，应进行治理。2、Ⅰ-Ⅰ′剖面整体稳定性评价（三至十六级台阶） 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-Ⅱ′剖面，计算剖面图及参数取值如图3所示。图3计算结果表明，天然状态下Ⅰ-Ⅰ′剖面未滑坡段（三至十六级台阶）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。第五章边坡治理方案建议由于该滑坡所在的斜坡已经发生明显的蠕滑错动，因此应按滑坡治理原则选取治理方案。滑坡治理原则是：技术可行、经济合理、不留后患。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、推力大小、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：一、工程措施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，在刷坡、护坡等工程活动及降水作用下，随时都有可能滑塌下来，对滑坡前缘的路基施工造成直接的威胁，因此应及时采取措施进行治理。由滑坡横断面图可以看出，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。二、建议1．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。2．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。3．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。'