1. 引言
岩土工程最具挑战性的任务之一就是确定岩土体的物理力学参数值,建筑物由于范围小,地层划分和岩土力学参数的确定相对恒定,但线路由于穿越的范围大,特别在山区,地层和岩土的物理力学参数值变化很大,这给岩土工程勘察带来了巨大挑战,因为线路的岩土工程勘察钻孔布置间距较大,如果不作仔细的调查和研究,布置钻孔时或许正好错过了那段特殊地层,从而为日后的工程质量埋下了隐患。由于没有事故发生地段的岩土工程勘察报告,因此本文笼统地调查了该地区最有可能出现的地层---残积土的物理力学特性。
2. 工程地质概述
事故地区的山体一部分基本呈风化状态,表层土厚度为10m~50m,结构松散;另一部分岩石节理和裂隙发育,脆性并且在全饱和后变软和膨胀,表面厚度为 5m~10m,因此该地区发生的地质灾害较多,如崩塌、滑坡、泥石流、地裂、塌陷等。2023年4月1日,受持续强降雨影响,S12梅龙高速(梅大段)往大埔方向K55+690-K55+910处曾经发生过滑坡事故,虽无人员伤亡。但造成该路段双向交通中断,一个月之后才恢复了交通。发生事故的路段在未修建高速公路之前是一个山坡,如下图所示,图中画的那根线是事故发生的剖面线,参考之前的文章。整个边坡基本上保持在一个坡度,边坡角大约为11°。
3. 残积土的工程特性
残积土(residual soil)是基岩风化后就地形成的土,通常存在于非饱和条件下,它具有不同于冲积沉积或冰川沉积等迁移土的独特的工程特性,其特点通常是粘土含量高和渗透性低,会影响其在工程应用中的行为和性能,主要是抗剪强度(Shear strength)和压缩性(Compressibility)。了解残积土的工程特性对于岩土工程、土木工程和环境工程等一系列工程应用非常重要。残积土的抗剪强度和压缩性是重要的工程特性,受多种因素的影响,会影响其在地基、路堤和边坡等工程应用中的性能,它们受土的粒径分布、矿物成分、结构和构造、密度和孔隙度以及含水量等因素的影响。(1) 颗粒尺寸分布(Particle size distribution):残积土的粒径范围很广,从粘土到砂土和砾石都有,细粒和粗粒的范围分别为 13.0-66.5% 和 32.6-84.8%。粒径分布会影响土的渗透性、压缩性和强度。(2) 矿物成分(Mineral composition):残积土的矿物成分会因基岩类型和风化过程的不同而变化。残积土中常见的矿物包括石英、长石、云母和氧化铁。矿物成分会影响土的工程特性,如塑性、压缩性和剪切强度。(3) 结构和构造(Structure and fabric):残积土通常具有发达的结构和构造,这会影响其工程行为。残积土的结构和构造可能包括层理、节理和裂隙等特征,这些特征会影响土的渗透性、压缩性和抗剪强度。(4) 密度和孔隙度(Density and porosity):残积土的密度和孔隙度有大有小,具体取决于风化程度和母岩,数值为2.64~2.77。残积土的密度和孔隙度会影响其渗透性、压缩性和剪切强度。(5) 含水量(Moisture content):残积土的含水量会因气候和当地条件的不同而变化,范围为 7.2~25.9%。含水量会影响土的强度、压缩性和渗透性。液限范围为 24.0~61.1%,塑限范围为 19.2~26.2%。塑性指数是液限和塑限之差,范围为 4.35-38.90%。(6) 压实(Compaction):最大干密度和最优含水量分别为 1.48-2.07 g/cm³ 和 11.3-30.3%。
(7) 承载比(CBR):土浸泡后的 CBR 结果介于 3% 与 44% 之间。由于残积土的独特性质,使用残积土进行施工会面临一些挑战:
(1) 土性质的变化:即使在一个小区域内残积土的特性也可能会有很大差异,这种变化会使土在荷载作用下的行为难以预测,从而导致结构的潜在不稳定性。(2) 存在膨胀土:某些类型的残积土,如膨胀土会带来特殊的挑战,这些土会随着含水量的变化而发生显著的体积变化,导致地面移动,从而损坏结构。4. 边坡支护的演化
(1) 2013年,该段的高速公路开始动工,从图中可以看出,山体从标高135m处开始开挖。
(2) 从2017.02的图像可以看出,事故路段作了边坡支护。
(3) 2018年的状态与(2)的状态相比没有发生显著变化。
(5) 对比2019年的状态,可以发现2021年11月的边坡在上部加了支护,说明当时已经发现了问题并且开始着手解决。
(6) 一个显著的变化发生在2022年的某个时间,确切的时间节点不知道,这个图像来自百度地图,可以发现边坡支护作了较大改动,似乎是作了喷射混凝土处理。
5. 集思广益的讨论
大家必须意识到,如同之前的重大事故案例分析一样,我们的讨论既不是追求真相,也不是官方指定的调查研究,更不是严格意义上的学术论文,而是普遍意义上的工程技术讨论,观点没有对错之分。通过这些案例研究,至少能够让大家在今后的勘察、设计和施工中引以为戒。(1) 塌方这个位置没修路之前应该是个天然山沟吧?如果上面的水流下来没办法及时排走,如果水沟有裂缝就会渗透到土里。
(2) 就结束语中那张图:1·路面积水沿中分绿化带集中垂直下渗,2·原坡体本身就是个顺坡向的外倾风化结构面,3.地表积水集中垂直下渗至风化结构面无法下渗(应是风化基岩不透水),只能沿外倾风化面渗流,形成沿风化面的饱和水软化带,4·持续时间的降雨,导致了路面下填土+风化土层在一个短促的时间快速沿风化面的饱和水软化带下滑。
(3) 没见过中分带低于路面?高速公路和一般国道省道都有,只是没有造成大的人员伤亡而已。
(4) 不在山沟而有鱼塘,多半有泉水,中分带比路面高,难道仅仅中分带自己范围那点降水下渗?
(5) 照片看都是中分带高于路面的,高速公路没见过中分带低于路面的。
(6) 就是因为这段中分绿化带低于路面(重点提示:低于高速路面,水集中在此段下渗了),此段路面降雨积水集中下渗,这个是此次滑坡意外发生的关键,现滑坡体范围内未见地下水渗出点照片,本次滑坡与鱼塘的地下水关联?
(7) 山区沟谷鱼塘多为地表水汇聚(鱼塘下部多有腐植土层隔水且生长水草),即便是下降泉也很难确认与本次滑坡有关系。中分带渗水导致其向下滑坡,中分带之上坡面无地下水集中下渗,故上段坡体无地灾迹象,何来更易塌方?后缘陡坎相对干燥是因为无地表水下渗后,水分挥发干燥。目前未见滑坡体渗流。
(8) 相对湿度不大,才更说明不是正上方下渗,而是有内渗。
(9) 没现场调查地下水点涌出能公开提供出来?网上仅能搜到一张未经证实的涌出点图片。西侧是比这位置更高的边坡,如果中分带渗水那里更容易塌方,因为建设工艺是接近的。正下方有鱼塘,说明有泉水水源。没其他资料,建议仔细核对下地形、影像、现场图片再综合分析。
(10) 道路与坡体间的排水沟无地表水下渗, 西侧更高边坡?不知道何意?这个道路坡上的坡面雨水未汇入本段滑坡,沿截水沟导入两侧沟谷了。
(11) 就因为大部分路段中分带高于路面才确保了道路的安全,故此次路面积水渗入中分绿化带是个意外才触发了此次滑坡,正下方鱼塘?滑坡下方的积水如何能影响半坡上的道路?裂隙水涌出?如何解释滑坡发生后缘无地下水持续流出?如何解释滑坡后缘沿中分带陡立面?并相对湿度不大?
(12) 不认同中分带(中分带一般高于路面)下渗水及排水沟下渗水,这个原因无法解释与西侧更高边坡的对比。从正下方三十来米位置有两个小鱼塘(工程建设前),塌方位置不在山沟位集水面积较小两个原因看,雨季有裂隙水(山泉水)涌出的可能性大。
(13) “破坏起始位置不是位于山体,而是位于公路的中分线,即隔离带。"这一结论与实际不符,到达隔离带位置是滑移牵引的结果。这个滑坡在滑前应是有征兆的,否则不会进行至少二次整治(建设时的防护处置和2022年左右的处置,未用治理是因为不清楚工程目的),可惜由于对地质的复杂性认识可能存在不到位的情况,结果成了“防不胜防”,本是个小滑坡(启动区体积应该不大于10万方),却因发生在半夜,无法提前预见而酿成大灾难。
(14) 小型滑坡,太大危害。根据滑带土的图片,感觉半挖半填,高填路基压实度可能不够,另外排水不畅,导致水沿着原状土与路基土交界面渗流,在水润滑作用下形成了软弱的滑动面,在多雨季节水和车辆动荷载的扰动下失稳,发生小型牵引式滑坡。
(15) 一句话,水是路基病害的第一要因!路面动荷载是突发性路基病害的诱因。为消除路基病害的隐患,保证设计、施工质量也是一定要做到的,在坡面上采用填土路基的形式,如果做好了原坡面清除表层腐植土、沿路基轴向顺坡面分级挖水平台阶、合格的填料分层压实,在可能产生的滑动土体上方的采取有效的截水、排水措施,则能很大程度降低路基病害发生的风险。当然,在做好以上措施基础上,能在路基的坡体中分级设置重力式挡土墙,坡面上设永久性护坡那就一定更好!
(16) 结合蹋方面看,路基严重失稳,出现滑劣面,边坡填筑是否做成内倒角台阶不大足一米,分层辗轧实,每层压实不大于30Cm。况且无级结合料,压实板体效果具有一定承载力!
(17) 现在施工单位在土路基填筑过程中都是大厚度填筑,不能完全压实压透,而检测压实度表面压实度又够,弯沉检测也不仔细,所以后患无穷!
(18) 也不能所有问题都推给地质吧,如果地质问题,也不会单纯的从挖填结合处为后缘,地质问题有可能后缘还要往后。
(19) 边坡设计有缺陷,加上路基基层处理方案可能考虑的太简单,从图片外观看那个土质材料都是易流失的沙土。边坡坍塌肯定是坡脚失稳。