西南某全強風化玄武巖邊坡失穩(wěn)機制分析

薛　偉　歐躍洪

(中國電建集團昆明勘測設計研究院有限公司，云南 昆明　650051)

0　引言

西南地區(qū)尤其是云南地區(qū)公路建設逐年增加，加之云南地區(qū)玄武巖分布較廣，在玄武巖地區(qū)建設的公路越來越多，玄武巖邊坡也越來越多。由于玄武巖節(jié)理裂隙發(fā)育，特別是柱狀節(jié)理發(fā)育，故風化作用強烈、強風化厚度大。其風化后呈碎塊狀，斜坡地上常有大量坡積物且厚度大，易引發(fā)崩塌、滑坡等地質(zhì)災害，對公路建設與運營安全造成較大威脅。本文選取云南某高速公路玄武巖邊坡作為研究對象，通過一系列的方法，對其失穩(wěn)機制進行分析，對下階段的相同性質(zhì)的邊坡處置作為依據(jù)。

1　邊坡工程地質(zhì)條件

邊坡原始地貌屬構造剝蝕山前殘丘地貌,山丘低矮,山頂渾圓,周邊山頂高程1 750 m～1 870 m,山丘總體呈北東—南西向展布，其東南側(cè)為構造剝蝕中山區(qū)，北西側(cè)為山間寬緩盆地，谷盆底海拔高程一般1 630 m～1 680 m。滑坡區(qū)所處緩丘頂長約155 m，高程1 776 m～1 778 m，呈北東—南西向延伸，南側(cè)70 m處為鞍部(高程1 762 m)，頂部寬緩，寬20 m～55 m，坡度2°～7°。南東側(cè)斜坡平緩綿長，斜坡總體傾向南東，坡度10°～30°，長400 m～485 m；北西側(cè)斜坡相對短陡，坡腳高程1 704 m左右，斜坡總體傾向北西，坡度20°～35°，長120 m～160 m，往北西為平坦盆地。斜坡縱橫向起伏不大，局部發(fā)育次級沖溝，沖溝總體呈近東西向展布，多呈“U”形，溝底縱坡一般10°～25°，局部略陡，溝底寬2 m～6 m，溝岸坡度20°～35°，均為雨季降雨坡面流水沖蝕形成，無長流水，溝岸穩(wěn)定。周邊200 m范圍內(nèi)無地表水體，外圍零星分布有水塘?？辈靺^(qū)植被極差，大面積分布旱地，溝岸附近分布有雜草間灌木。高速公路從北西側(cè)斜坡腳附近呈北東—南西向穿過，路線方向基本與地形線平行，滑坡南西側(cè)150 m處為服務區(qū)，北東側(cè)為深挖路塹。

勘察區(qū)及周圍出露地層為第四系全新統(tǒng)沖洪積層(Qhal+pl)、第四系更新統(tǒng)蛇山組(Qpsh)半成巖、中生界三疊系上統(tǒng)白土廟組(T3ba)、古生界二疊系下統(tǒng)玄武巖系(Pβ)地層及燕山期堿性巖漿巖。

①第四系全新統(tǒng)沖洪積層(Qhal+pl)：分布于勘察區(qū)北西側(cè)1.0 km外大營街盆地中，為砂礫石及黏性土等松散堆積物，區(qū)域厚度0 m～50 m。

②第四系更新統(tǒng)蛇山組(Qpsh)：分布于勘察區(qū)北東側(cè)3.0 km以外大營河Ⅱ級階地，為灰黃、綠色半膠結(jié)的粉砂、細砂巖，夾灰白色黏土層。區(qū)域厚度約100 m。

③中生界三疊系上統(tǒng)白土廟組(T3ba)：分布于勘察區(qū)東側(cè)2.5 km外，為灰色含長石石英砂巖、粉砂巖夾頁巖及煤層。區(qū)域厚度811 m。

④古生界二疊系下統(tǒng)玄武巖系(Pβ)：在勘察區(qū)大面積分布，主要分布一段～五段：

五段(Pβ5)：灰黑色柑斑玄武巖夾杏仁狀玄武巖、凝灰?guī)r。區(qū)域厚度294 m。

四段(Pβ4)：致密狀、杏仁狀玄武巖夾紫灰色凝灰?guī)r，底部為黃綠色斜長斑狀玄武巖夾數(shù)層凝灰?guī)r。區(qū)域厚度870 m。

三段(Pβ3)：致密狀輝斑玄武巖、杏仁狀玄武巖及角礫狀玄武巖夾石灰?guī)r透鏡體。區(qū)域厚度872 m。

二段(Pβ2)：灰綠色角礫狀玄武巖，石英脈發(fā)育。區(qū)域厚度793 m。

一段(Pβ1)：角礫狀、致密狀、杏仁狀玄武巖。底部有數(shù)十米黃綠色凝灰?guī)r、凝灰質(zhì)砂巖，夾3層～4層角礫狀灰?guī)r小透鏡體及硅質(zhì)巖。區(qū)域厚度1 139 m，斷層破壞明顯。

場地位于煉洞街寬緩褶皺小區(qū)，無斷層通過，地質(zhì)構造簡單，局部發(fā)育小褶曲，受周邊構造的影響，附近出露基巖節(jié)理裂隙發(fā)育，主要有以下幾組：

第一組(J1)：傾向0°～36°，平均16°，傾角45°～81°，平均59°。節(jié)理面平直，光滑，閉合，無充填，單條延伸長度5 m～15 m，密度5條/m～8條/m。

第二組(J2)：傾向101°～128°，平均110°，傾角64°～87°，平均74°。節(jié)理面平直，光滑，閉合～微張，無充填或少量鐵錳質(zhì)充填，單條延伸長度8 m～25 m，密度3條/m～6條/m。

第三組(J3)：傾向153°～183°，平均132°，傾角54°～68°，平均67°。節(jié)理面平直、光滑，閉合～張開，一般無充填，單條延伸長度10 m～30 m，密度1條/m～3條/m。結(jié)構面結(jié)合差。

第四組(J4)：傾向248°～267°，平均244°，傾角41°～57°，平均49°。節(jié)理面平直、光滑，閉合～張開1 mm～3 mm，無充填或2 mm～3 mm厚硅質(zhì)、鐵錳質(zhì)充填，單條延伸長度5 m～25 m，密度8條/m～12條/m。結(jié)構面結(jié)合差。

第五組(J5)：節(jié)理傾向311°～351°，平均304°，傾角68°～81°，平均73°。節(jié)理面光滑，閉合～張開2 mm～3 mm，少量泥質(zhì)、鐵錳質(zhì)、硅質(zhì)充填，單條延伸長度15 m～20 m，密度3條/m～7條/m。結(jié)構面結(jié)合差。

受區(qū)域構造影響，巖體擠壓強烈，結(jié)構面均為壓性，兩側(cè)從數(shù)毫米到幾十厘米范圍可見巖石破碎呈鱗片狀～碎石狀。同時由于風化作用，結(jié)構面上風化強烈，普遍分布有灰白、灰黃、灰綠等色的黏土，厚度一般小于3 mm。

以上節(jié)理裂隙與巖層面組合，將巖體切割破碎，呈碎石狀～碎塊狀，破壞了巖體完整性，降低了巖體力學強度，巖體呈碎裂結(jié)構，區(qū)內(nèi)構造活動強烈。

根據(jù)地質(zhì)調(diào)查，場地內(nèi)巖層產(chǎn)狀變化不大：巖層傾向52°～70°，平均55°，傾角47°～54°，平均51°，相對變化不大。

2　邊坡變形特征

本路段邊坡自2016年6月25日開始從上往下開挖，至2016年10月23日3級～7級邊坡開挖結(jié)束，其中5級～7級邊坡于2016年7月21日坡面防護工程(錨桿、錨索框格梁)施工結(jié)束，其余邊坡未防護結(jié)束。2級邊坡基本開挖到位，1級邊坡至今未開挖到位。2016年11月22日，2級～6級邊坡上出現(xiàn)開裂變形，11月23日K25+650右側(cè)坡口線外地面發(fā)現(xiàn)裂縫，2016年11月26日1級邊坡出現(xiàn)開裂變形，2016年12月11日7級邊坡上出現(xiàn)開裂變形。邊坡出現(xiàn)開裂變形后，施工方于2016年11月27日對整個邊坡共布設34個監(jiān)測點，至勘察結(jié)束時共進行了兩次觀測，根據(jù)觀測結(jié)果，垂直錯落位移量0.1 cm～13.2 cm，水平位移量1.1 cm～21.0 cm，隆起4 mm～105 mm。2017年1月19日，滑坡后緣及右側(cè)發(fā)現(xiàn)裂縫L1，但后緣及右側(cè)斷續(xù)；2017年2月3日，滑坡左側(cè)后部地面發(fā)現(xiàn)裂縫L1～L6；2017年1月19日坡腳路面上隆起不明顯，到2月3日起，隆起越來越明顯，左右兩側(cè)先隆起，TC10右側(cè)坡腳弱風化巖體中于2月15日起剪出隆起明顯。目前滑坡周界清楚：1)滑坡左側(cè)下部K25+803～K25+810右側(cè)邊坡上，坡體剪出明顯，從坡腳到4級坡口連續(xù)貫通(L62裂縫)，裂寬3 cm～5 cm，坡體剪出10 cm～20 cm，坡口附近扦插深度50 cm～73 cm，平面上裂縫延伸方向與路線近于垂直。上部自然斜坡上發(fā)育L1,L2,L3,L6等近平行羽狀裂縫，裂縫間距4 m～10 m不等，寬6 cm～32 cm，錯落3 cm～12 cm，扦插深度70 cm～135 cm，最大扦插深度170 cm，裂縫基本順坡向發(fā)育；2)滑坡后緣沿邊坡中部坡口線外圍地面發(fā)育三條裂縫(L1,L5,L7)，寬2 cm～25 cm，最寬40 cm，錯落3 cm～10 cm，扦插深度75 cm～160 cm；3)滑坡右側(cè)發(fā)育L1裂縫，從坡腳到山頂連續(xù)貫通，裂縫寬10 cm～80 cm，錯落高度3 cm～35 cm，最大錯落高度45 cm，可見深度70 cm～100 cm，扦插深度120 cm～160 cm。上段斜切地形、橫穿山脊后向下延伸，下段表現(xiàn)為K25+615～K25+628左側(cè)坡面明顯剪出45 cm～65 cm；4)滑坡前緣表現(xiàn)為地面鼓張、隆起，K25+620～K25+640混凝土地坪上發(fā)育與路線近平行的L75裂縫及與之垂直的數(shù)條裂縫，L75裂縫寬2.5 cm～4.1 cm，混凝土地板鼓張，破裂，隆起高度2 cm～5 cm；TC10右側(cè)坡腳巖體明顯剪出；K25+730～K25+805右側(cè)坡腳連續(xù)鼓張，特別是右側(cè)較明顯，L71裂縫隆起高度3 cm～18 cm，外移約3 cm～6 cm，同時發(fā)育數(shù)條與之近垂直的裂縫；滑坡左—后—右邊界裂縫基本連續(xù)貫通，前緣斷續(xù)隆起剪出。

根據(jù)圖1～圖8，結(jié)合前期變形歷史，可分析得出：

1)從發(fā)現(xiàn)坡體變形(2016年11月23日)到2017年2月6日，累計最大位移量42 cm～114.5 cm，位移量及速率相對小，大致從2月6日后位移速率明顯增大(達6.3 cm/d)且呈上升趨勢。

2)本次觀測期內(nèi)位移速率明顯增大，特別是2月17～18日增速最大。

3)本次觀測期內(nèi)滑坡在左～中部后緣變形相對較弱，G1～G5累計位移3.5 cm～6.8 cm(僅G2點達13.6 cm)；而滑坡右側(cè)后緣變形相對強烈迅速，G6～G8累計位移12.9 cm～28.9 cm，這與坡腳剪出強烈是相應的。

4)在所設觀測點中，G1,G3～G5位置所對應坡腳附近均分布有強度相對較高的弱風化玄武巖體；而變形較大的其余點所對應坡腳則為強風化玄武巖，右側(cè)邊緣地帶風化相對較強。

3　滑坡破壞模式及變形機制

3.1　破壞模式

勘察區(qū)坡體巖性較單一，以玄武巖為主夾凝灰?guī)r夾層，自然地表分布少量(厚度小于1.0 m)含碎石粉質(zhì)黏土。巖土界限順自然斜坡分布且傾角較陡，但土體較薄不會發(fā)生滑坡，從周邊調(diào)查可證實，不具備巖土界面控制下的滑坡條件。

玄武巖以強風化為主，坡腳局部有弱風化玄武巖分布，風化界面高低起伏大，不易發(fā)生沿風化界面的滑動破壞。

玄武巖中夾凝灰?guī)r軟弱夾層，但層面傾向與邊坡傾向反向大角度相交，傾角較陡，不會發(fā)生順層面的滑動破壞。

巖體節(jié)理裂隙發(fā)育，但大多與坡面大角度(大于50°)相交或反向，傾角均較陡，僅傾向北西的節(jié)理與坡向基本一致，但傾角陡(68°～81°)，不存在圓形破壞，現(xiàn)場實際變形情況無圓弧形破壞的變形特征。

滑坡區(qū)裂縫展布與結(jié)構面具高度吻合性：1)延伸方向與坡向近平行的系列裂縫基本沿J1節(jié)理產(chǎn)生；2)延伸方向呈近SN，NW—SE向的裂縫基本沿層面、J3節(jié)理、J4節(jié)理產(chǎn)生；3)延伸方向呈近EW向的裂縫基本沿J2節(jié)理產(chǎn)生；4)順坡向的系列裂縫沿J5產(chǎn)生。由于無連續(xù)貫通的外傾軟弱結(jié)構面，單一結(jié)構面對滑坡變形起主導控制作用的跡象不明顯。主要的結(jié)構面都影響和控制了滑坡裂縫。綜合上述分析，坡體無連續(xù)貫通的軟弱結(jié)構面，影響坡體穩(wěn)定的主要是巖層面(特別是凝灰?guī)r軟弱夾層)和5組節(jié)理面，節(jié)理面發(fā)育且連續(xù)貫通性好，坡面未見剪出跡象，坡體破壞模式為風化玄武巖在結(jié)構面組合控制下發(fā)生從坡腳剪出的整體滑動，滑動面呈折線形。在坡體變形滑移過程中，局部會發(fā)生楔形破壞，沿相對較軟弱的結(jié)構面(如凝灰?guī)r夾層)變形相對較強。

3.2　變形機制

雖然巖石力學性能較好，坡體無連續(xù)貫通的外傾軟弱結(jié)構面，但層間存在軟弱凝灰?guī)r夾層，巖體節(jié)理裂隙發(fā)育、連通貫通性好、結(jié)合較差，結(jié)構面組合為坡體破壞提供了有利條件。開挖邊坡形成高陡臨空面，破壞了坡體原始平衡條件，滑坡體呈頭重腳輕之勢，坡腳應力集中且地下水作用較強，后部坡體在前緣支撐減弱的條件下發(fā)生滑動破壞。邊坡在雨季開挖，雨季末期開挖到現(xiàn)狀并發(fā)現(xiàn)坡體變形，其間降雨入滲起了一定促滑作用。

2級～6級坡面先發(fā)生開裂變形，隨后1級、7級坡面出現(xiàn)變形，相隔時間甚短，坡口線外圍自然坡面基本上在同一時段發(fā)生變形，坡腳變形在后。坡體中～后部變形相對強烈，裂縫連續(xù)貫通性好，而坡腳變形相對弱，連續(xù)貫通性差，變形速率較后部小。中～前部裂縫多緊閉，平行邊坡延伸方向的裂縫多呈倒鋸齒形?？傮w上變形具有中～后部變形早且變形強烈、下部變形略晚且較弱的特點，滑坡力學性質(zhì)為推移式。

4　結(jié)論及建議

1)滑坡平面形態(tài)呈“撮箕”形，平均長約170 m，平均寬168 m，面積2.86×104m2?；麦w平均厚19.5 m，體積約54.6×104m3，滑坡體主要為強、弱風化玄武巖，屬中層大型巖質(zhì)滑坡，滑坡主滑方向平行于邊坡坡向(304°)。

2)滑體物質(zhì)主要為強～弱風化玄武巖，變形強烈。滑動帶(面)沿層面、節(jié)理面等軟弱結(jié)構面發(fā)育，呈折線形?；仓饕蓮姟躏L化玄武巖構成。

3)滑坡地形條件、巖土條件、構造條件(結(jié)構面)、水文地質(zhì)條件是滑坡發(fā)生的基礎條件，其中地形因素及軟弱結(jié)構面是重要影響因素?；抡T發(fā)因素主要是公路建設深切開挖。

4)滑坡破壞模式為風化玄武巖體沿軟弱結(jié)構面發(fā)生從坡腳剪出的整體滑動，在整體變形過程中，局部坡面會發(fā)生楔形破壞，滑坡力學性質(zhì)為推移式。

5)目前滑坡處于初滑階段，滑坡整體不穩(wěn)定，局部欠穩(wěn)定，滑坡易向劇滑方向發(fā)展，擴大滑坡范圍及規(guī)模，加大危害性及治理難度，應及早治理。

6)滑坡直接對公路路段造成破壞和掩埋，危害性大，滑坡防治工程等級屬Ⅰ級。