竹岭隧道西硐口左侧滑坡治理措施.docx

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竹岭隧道西硐口左侧滑坡治理措施

ＳｅｒｉａｌＮｏ．４４４

Ｊｕｎｅ．２００６

矿业快报

ＥⅪ琢ＥＳＳＩＮＦＯＲＭＡＴｌ０Ｎ０ＦＭＩＮＩＮＧＩＮＤＵＳＴＲＹ

总第４４４期２００６年６月

竹岭隧道西硐口左侧滑坡治理措施

杨永生

（中钢集团马鞍山矿山研究院）

摘要：

针对竹岭隧道西硐口左侧滑坡形成原因进行调查分析，通过滑坡体稳定性计算和采

用地基反力系数法进行结构内力计算基础上，选择了锚索抗滑桩和削坡减载联合加固措施，并

应用于该段滑坡治理工程。

关键词：

滑坡；治理；内力计算；锚索抗滑桩

１概况

竹岭隧道为单向双硐隧道，洞中距４２－－４６ｍ，走向约ＮＥ８６。

。

隧道西进口段（Ｋ７４＋３６０～＋４９５ｍ）为深挖路堑，左右侧原设计最大边坡高度３０－－３５ｍ，为徽杭高速公路沿线主要控制性工程之一。

左线路堑挖方接近设计标高后，即发现坡体上部产生多条地表裂缝，裂缝距眉线位置约５０ｍ，最大裂缝宽度８０～１００ｃｍ，下错约３０～４０ｃｍ，其变形速率约１０ｍｍ／ｄ。

该滑坡纵长约８０ｍ，前缘横宽约１３０ｍ，根据滑坡因数和变形迹象综合分析，其滑体最大厚度约２０ｍ，主滑方向１９５。

。

竹岭隧道西硐口滑坡，已经严重地威胁着隧道施工和将来高速公路安全运营，必须采取工程治理措施，进行综合整治。

２滑坡特征

２．１滑坡段地质特征

竹岭隧道西洞口处位于近东西向山谷之中，隧道自西向东穿越小山梁垭口，左线隧道进口里程Ｋ７４＋４９５ｍ，设计高程４１８．０９ｍ。

右线进口里程Ｋ７４＋４４３ｍ，设计高程４１７．０２ｍ。

该路段总体东高西低，为南北向山坡，原自然斜坡坡度约３０。

－－４０。

。

滑坡段及其附近地层主要有震旦系下统休宁组凝灰质粉砂岩、凝灰质砂岩夹凝灰岩及粉砂质泥岩互层。

中厚层状结构，岩层产状３５５。

么５７。

，节理裂隙发育，岩体破碎。

分布于右线隧道进口外南侧山坡上。

寒武系下统荷塘组中薄层状结构碳质板岩、碳硅质板岩，内夹泥灰岩透镜体及硅质岩条带。

地层产状３３５。

么４５。

、３２０。

么５６。

，分布于左侧边坡开挖坡脚附近及隧道内。

第四系冲洪积层：

分布于洞口附近及旁侧沟谷内，以洪积粘性土混碎（砾）石为主，山坡上局部有坡积层零星分布。

区内休宁断裂是皖南南部一条深大断裂，由

５７６

数条逆断层和正断层组成宽达几十米到数百米深大断裂带，由休宁经歙县南、三阳镇、竹铺、竹岭隧道向东过昱岭关到浙江省顺溪，其东段即为三阳～顺溪断裂。

竹岭隧道位于查坑复式倒转向斜北西翼，岭脚次级向斜近核部，向斜轴线走向北西西，轴面近直立。

受断层及褶皱影响，隧道进口段节理裂隙十分发育，岩体破碎，主要节理有１７５。

～１８０。

么６２。

～６５。

、１１０。

么３７’、３１０。

么６０。

～６５。

、２５。

么６０’、６５。

么８０。

等，节理裂隙切割为滑坡变形体发育提供了结构条件。

竹岭隧道西洞口位于昌源河之源头，地形相对平缓，加之两侧均有北东向断层通过，地形和岩体均具备了地下水贮存条件，因此，在Ｋ７４＋３７５ｍ左侧沟口及隧道进洞左侧均有地下水出露，形成泉和湿地。

２．２滑坡特征

该滑坡后缘位于堑顶以上正在开挖截水沟附近，两侧界以两侧自然沟为界，西侧界线路里程Ｋ７４＋３７０ｍ，东侧界位于隧道进口，路线里程Ｋ７４＋４９５ｍ，剪出口位于路基坡脚附近，滑体沿滑动方向长约８０ｍ，沿路线方向宽约１３０ｍ，后缘裂缝呈圆弧状，最大下错约１．５ｍ，后缘裂缝总体走向７５。

～８０。

，结合侧界裂缝走向及各部位变形形态，确定主滑方向为１９５。

ｏ滑体平均厚度２０ｍ，其前缘出口根据坡脚钻孔资料分析最深在低于坡脚５．３ｍ处，主滑带滑面

倾角分析约２４。

，后缘依附倾角６５。

构造面形成。

滑坡岩层倾向北，倾角４５。

左右，滑坡体基本处于三

阳～顺溪断裂范围内，受断层影响，岩体十分破碎，

倾向临空软弱结构面发育，相对富水，易形成切过

层面主滑带，在开挖卸荷下该带首先蠕滑，牵引后部形成主拉裂缝，继而主滑及牵引段推挤前部抗滑段，现抗滑段已受挤开裂，但剪出口尚未形成，故处

杨永生：

竹岭隧道西硐口左侧滑坡治理措施

２００６年６月

于蠕动挤压阶段，属破碎岩切层滑坡。

随着进一步开挖，或在降雨进一步作用下，滑坡有变形加剧和大滑动可能。

２．３滑坡形成主要因素

（１）断裂破碎带。

滑坡地段位于三阳～顺溪断裂破碎带上，两者大角度斜交。

破碎带岩体表现为强度低、稳定性差构造岩特征，决定了断裂破碎带

是导致该路段山体滑坡破坏最主要诱因。

（２）岩体风化及蚀变。

场地分布主要岩性为碳硅质板岩和碳质板岩，均属于软质岩石，其抗风化能力差，风化裂隙发育，并沿裂隙面和片理面粘土化、高岭土化强烈，岩石被切割成碎片状，岩石强度低，稳定性差。

（３）坡体开挖。

路基开挖形成右侧路堑边坡

高达７０ｍ，导致坡体内应力重分布，同时由于切割坡

脚，减小了被动区岩土压力，当上部岩土体自重产生主动土压力（滑坡推力）大于坡脚处被动土压力（抗滑力）时，造成边坡失稳形成滑坡。

（４）大气降水和地下水。

山体中地下水主要补给来源是大气降水，由于该区气候温热，雨季时间较长，降雨量大，实际岩体长时问处于干湿交替状态，不仅加速了岩石风化速度，也是地表残坡积层和强风化岩体软化、粘土化，降低山体透水性，易造成山体边坡失稳滑落。

（５）片理及裂隙。

片理及裂隙均属于强度软弱结构面，分布于边坡结构面，如果两者产状近于一致，则易发生顺坡滑动。

因此，及山体小角度相交或顺坡向片理及裂隙，也对山体边坡稳定性构成了相当威胁。

综上所述，该路段位于区域性大断裂带（张性～压扭性），裂隙发育，岩体破碎，透水性差应是滑坡发生内部物质基础，工程施工开挖坡体，导致构造破碎坡体内部应力重分布是积极诱发因素。

３滑坡稳定性分析

稳定性计算方法采用《公路路基设计规范》（ＪＴＪ

０１３—９５）推荐传递系数法（推力传递法）计算公式如下：

１

Ｆｉ＝（训ｉｓｉｎａｉ＋ＱｉＣＯＳ０ｒｉ）＋。

旁［Ｃｉｚｉ＋（ＺＵｉＣＯＳａｉ—Ｑｉ

』１Ｓ

ｓｉｎａｉ）ｆ１］＋Ｆｉ一１仍一１，

式中，仍一１为传递系数，仇一１＝ｃｏｓ（ａＨ—ｄｉ）一

１缸ｓｉｎ（ａｉ－１口ｆ）；Ｅ为条间推力ｋＮ／ｍ；ｗｉ为单位

』１Ｓ

长度竖直力（条块自重），ｋＮ／ｍ；％为条块滑动底面

倾角，（。

）；Ｑ为单位长度水平力，ｋＮ／ｍ；Ｋ。

为抗滑安全系数；矗为条块滑动底面处岩土粘聚力，ｋＰａ；ｚｉ为条块滑动底面长度，ｍ；Ｆｉ～，为第ｉ一１条块剩余下滑力，ｋＮ／ｍ；．疋为条块滑动底面处岩土摩擦系数，正＝ｔｇｇｉ；９ｉ为岩土内摩擦角，

（。

）；ａｉ为第ｉ—ｚ条块所在滑面上倾角，（。

）。

图１条块力系

计算中采用岩土强度指标是在岩土力学实验基础上，经大量现场勘察工作，计算机模拟边坡

岩体滑坡模式、不连续面及诸多地质因素。

根据

典型剖面进行反演后得出。

选用强度参数见表

１。

表１岩体力学性质指标

堂互鱼签

塑墨垄曼竺！

塑壁堡垒翌』！

：

！

碳质板岩

２０２１．５碳硅质板岩

２０

２５

滑坡及边坡设计安全系数取高速公路规范低值１．２０时，经计算滑坡推力为：

１２００ｋＮ／ｍ。

４滑坡治理方案

为了控制滑坡及边坡变形，消除其对高速公路及其构筑物影响，确保隧道施工和高速公路运营安全，根据其工程地质条件、滑坡形成原因和稳定性分析及边坡特征，结合现场实际情况和工程实施可行性，对左线滑坡体经技术经济比较后，采用锚索抗滑桩及锚索框架治理方案。

４．１抗滑桩计算

（１）抗滑桩外力计算。

作用在每根桩上滑

坡推力ＥＴ，桩前滑面上岩土抗力睇，计算出滑面处

剪力Ｑｏ，按桩顶设锚索，锚固力为Ａ，则将外力全部移于滑面处，按下式计算：

Ｑｏ＝ＥＴ—Ａ—Ｅｐ，

，

Ｔ

Ｍｏ＝Ｅ≥等一ｍ１一Ｅ；等．

厶

Ｊ

（２）抗滑桩内力计算。

抗滑桩内力按地基反力系数法（Ｍ法）计算，抗滑桩滑面以上部分所受荷载，见图２（ａ），可以将其对滑面以下桩段进行简化，简化后桩计算图式见图２（ｂ）。

此时，可根据桩周

５７７

总第４４４期矿业快报２００６年６月

土体性质确定弹性抗力系数，建立挠曲微分方程

式，通过数学求解可得滑面以下桩段任一截面变位和内力计算一般表达式。

最后根据桩底边界条件计算出滑面处位移和转角，再计算出桩身任一深度处变位和内力。

图２抗滑桩计算简图

桩顶受水平荷载挠曲微分方程为：

』４．．

Ｅ，锚＋Ｂｐｍｈｘｙ＝０，

式中，ＥＪ为桩抗弯刚度；Ｂｐ为桩计算宽度。

上式为四阶线性变系数齐次微分方程，采用幂级数解法，整理后有：

ｙｘ＝ｙｏＡ。

＋挚。

＋箍ｃ。

＋舞。

，－ｏｘ＝ａ［ｙｏＡ２－．Ｉ－》：

十器ｃ：

＋舞：

］，尥甜肼［ｙｏＡｓ＋》ｓ＋箍即静。

］，Ｑ＿－－ｏｒ３酬ｙｏＡ４－．Ｉ－》。

＋箍ｃ。

＋舞。

］，

＇ｍ／Ｗｙ。

％２

ｍｈｘｙ；口刈１广

式中，弘，亿，地，Ｑ分别为锚固段桩身任意截面

位移ｍ、转角（ｍｄ）、弯矩，ｋＮ・ｒｎ和剪力，ｋＮ；Ｙｏ，

Ｐｏ，Ｍｏ，Ｑｏ分别为滑面处桩位移ｍ、转角（ｒａｄ）、

弯矩，ｋＮ・１３２和剪力，ｋＮ；Ａｉ，Ｂｆ，Ｃｉ，Ｄｉ为随桩换算深度Ｚ＿ＯｔＺＥ而变化ｍ法影响函数值；ｚ为滑面处以下锚固段计算断面深度，ｍ。

５７８

计算时必须先求得滑动面处Ｙｏ和咖，然后

求出桩身任一截面处位移、转角、弯矩和剪力，地基土对该截面侧向应力。

按桩截面２ｍ×３ｍ，桩长１６ｍ，桩间距６ｍ，滑坡推力１２０ｔ／ｍ，地基比例系数ｍ＾取５０００ｔ／ｍ４，代入

计算桩最大弯矩Ｍ一＝８６１．２ｔ・１＂／１，对应剪力

Ｑ一＝５０２．３ｔ’ｍｏ

４．２滑坡治理方案

（１）为减少滑坡推力，三级边坡按１：

１坡率进行削坡，在其顶部设９ｍ宽减重平台，三级坡以上按１：

１削坡，坡高每级９ｍ，留３ｍ宽平台，直至后缘裂缝。

每级减载平台均设排水沟，坡面设拱型骨架护坡，骨架内植草防护。

（２）一级边坡坡率１：

０．５，设浆砌片石护面墙，在其顶部平台上设预应力锚索抗滑桩一排１７根，桩长１６ｍ，桩中心距６ｍ，截面２ｍ×３ｍ；每根桩顶部设２孔预应力锚索，每孔采用７根７烈５．２４高强度低松弛钢绞线，锚索长２６ｍ，下倾角２５。

，单孔设计拉力８００ＫＮ。

Ｋ７４＋３７３～＋３９５ｍ一级坡设浆砌片石挡墙长２２ｍ。

（３）二级边坡１：

０．７５，设浆砌片石护面墙。

（４）为有效排除地表水对滑坡稳定性影响，在滑坡区设两条截排水沟，一条设在滑坡周界以外１０ｍ处，另一条设在堑顶以上，均向两侧排水。

截排水沟至隧道顶时及隧道洞顶截排水沟相接。

在一、

二级边坡平台上设边坡排水沟。

５结语

竹岭隧道西硐口左侧滑坡体经过本方案整治，有效控制了该段滑坡病害，保证了高速公路安全运行；工程实践表明，锚索抗滑桩加固技术，在高速公路工程建设中，具有较好适用性和可靠性，且较为经济，便于推广应用于类似滑坡治理工程。

作者简介：

杨永生（１９６７一），男，中钢集团马鞍山矿山研究院，高级工程师，２４３００４安徽省马鞍山市湖北路９号。

竹岭隧道西硐口左侧滑坡治理措施

作者：

杨永生

作者单位：

中钢集团马鞍山矿山研究院

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在研究中得到以下一些认识：

1、呷爬滑坡变形机制为弯曲—拉裂变形所致。

2、呷爬滑坡3D-Sigma模拟及FLAC-3D模拟结果表明，天然状况下，滑坡整体是稳定，只存在局部破坏现象。

这及对呷爬滑坡实地考察和地质分析是一致。

3、3D-Sigma及FLAC-3D模拟结果相互印证，表明呷爬滑坡计算模型、参数取值是合理，同时也证明，应用FLAC-3D可以有效评价和预测蓄水条件下滑坡稳定性。

4、蓄水条件下FLAC-3D模拟表明，呷爬滑坡在蓄水情况下，不同蓄水高程下，滑坡稳定状况不同，失稳破坏范围不同。

5、呷爬滑坡稳定性极限平衡分析结果表明，在天然情况下，呷爬滑坡处于相对较稳定状态，但其安全相对较低；在地震或地震迭加蓄水情况下，呷爬滑坡处于失稳状态；在天然蓄水情况下，滑坡体处于局部失稳状态。

若其发生局部失稳，也会沿Ⅱ次级滑面发生。

6、呷爬滑坡防治工程研究结果表明，以现有经济技术手段无法达到根治目，但从其涌浪预测研究结果分析，实施减载反压工程后呷爬滑坡失稳下滑所产生涌浪对下游坝址影响，较实施减载反压工程前呷爬滑坡失稳影响，大大降低。

因此，减载反压工程实施是必要。

7、结合滑坡防治工程方案设计研究和涌浪预测评价，本文作者针对呷爬滑坡提出了以“排水工程+减载反压工程”治理有效方案设计。

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本文主要是针对目前存在这些问题展开。

　　本文首先对抗滑桩及岩土体相互作用进行详细分析，然后提出抗滑桩有限元力学计算模型，同时对抗滑桩和锚索共同作用进行模拟。

其中，将所研究问题假定为平面应变问题；岩土体为理想弹塑性模型，采用四节点等参单元，遵循适于岩石和岩土Drucker-Prager屈服准则；抗滑桩和锚索分别采用梁单元及杆单元来模拟，都视为线弹性体；桩及岩土体之间通过设置接触单元来模拟抗滑桩及岩土体相互作用。

通过有限元强度折减法计算分析得出了不同岩体强度参数、不同桩长和桩截面尺寸、不同锚索预应力值情况下，抗滑桩水平位移和桩身内力分布规律，并分析了抗滑桩对各个参数影响敏感程度。

　　本文提出了锚索抗滑桩计算分析一种新方法，得出了一些有意义结论，为工程中锚索抗滑桩设计和优化提供了一些有意义参考。

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