貴州某山區(qū)公路邊坡滑坡變形特征及成因機制分析

戴 楠，應(yīng) 森

(貴州省交通規(guī)劃勘察設(shè)計研究院股份有限公司，貴州 貴陽 550081)

0 引 言

貴州省余凱高速K24+520～K24+840段左側(cè)滑坡位于黃平縣境一碗水鄉(xiāng)盆水村，中心最大挖方20 m左右，原設(shè)計坡率1∶1、1∶1、1∶1，邊坡最大高度28 m，設(shè)計防護形式為拱形骨架護坡。

受降雨等因素的影響，2014年施工過程中多次發(fā)生滑塌變形，設(shè)計單位變更設(shè)計后，采用擋墻+清方+錨索地梁對該滑坡進行加固。2015年1月施工完成，開挖形成六級邊坡，坡率1∶2～1∶1.25，邊坡最大高度60 m，采用擋墻+錨索地梁防護。2015年6月13日暴雨之后該滑坡又產(chǎn)生新的變形，須進一步進行加固治理。

1 工程地質(zhì)概況

1.1 地形地貌

場區(qū)位于黃陂縣一碗水鄉(xiāng)盆水村，屬沖蝕河谷地貌，地形起伏大。路線附近地勢左高右低，后側(cè)山體最高890 m，右側(cè)龍洞河最低770 m，山頂與路線設(shè)計高差約80 m，斜坡自然坡度為15°～25°，K24+700段線路右側(cè)發(fā)育一沖溝。

1.2 地層巖性

勘察資料顯示，滑坡體地層從新到老依次為：第四系素填土(Q4me)、坡積成因(Q4dl)粉質(zhì)黏土、碎石、塊石及滑坡堆積成因(Q4del)碎石等，厚度不大，下伏基巖為奧陶系下統(tǒng)桐梓組(O1t)泥巖，少量白云質(zhì)灰?guī)r及寒武系中統(tǒng)(∈2g)白云巖。

1.3 地質(zhì)構(gòu)造及地震

該邊坡附近發(fā)育有3條斷層，小樁號出露于K24+200附近，走向與路線斜交；大樁號位于在盆水大橋K25+300附近，走向與路線斜交，傾角85°；線路右側(cè)為主斷裂，與龍洞河平行，奧陶系下統(tǒng)桐梓組泥巖和寒武系中統(tǒng)白云巖露頭相隔20 m左右，下盤白云巖一側(cè)可見斷層產(chǎn)狀40°∠75°，之間被覆蓋層掩埋，表層挖探未揭露基巖，多為碎石、碎石土，母巖為泥巖)。滑坡區(qū)中部第四系覆蓋層較薄，周界局部段基巖出露，出露地層巖性為奧陶系下統(tǒng)桐梓組(O1t)泥巖及寒武系中統(tǒng)(∈2g)白云巖；其中泥巖巖層起伏較大，但地層連續(xù)，未見明顯錯斷。

1.4 氣候及水文地質(zhì)

(1)氣候、氣象

滑坡區(qū)屬中亞熱帶季風濕潤氣候區(qū)，四季分明，氣候溫和，降水豐沛，冬無嚴寒，夏無酷暑，無霜期長，雨熱同季，具有明顯季風性氣候特點。年平均雨日(>0.1 mm)有178 d，月最大降雨量為440.2 mm(1996年6月)，日最大降雨量為189.9 mm(1996年6月)，全年有83%的降雨量集中在4～10月份，每年6月份出現(xiàn)暴雨機率最大。

(2)地表水及地下水

滑坡區(qū)地表水不發(fā)育，未見明顯地表水體，僅存在斜坡上雨季地表匯水，滑坡周界沖溝較發(fā)育，地表匯水面積較大，滑坡體表層土體結(jié)構(gòu)松散，滲透性較好，雨季大氣降水通過節(jié)理裂隙下滲至滑坡帶后沿滑動面徑流，受山體切割于滑坡前緣滲出地表，在斜坡段坡腳可見下降泉泉眼，水量0.1～0.5 L/S。

地下水主要為覆蓋層孔隙水、基巖裂隙水，賦存于基巖裂隙中，泥巖節(jié)理裂隙較發(fā)育，多充填泥質(zhì)，賦水條件一般，受地形、裂隙發(fā)育情況及連通情況控制，水量一般。

2 滑坡基本特征

2.1 滑坡形態(tài)、規(guī)模

該滑坡體平面上呈圈椅狀，后緣高程約873 m，前緣高程約803 m，最大高差約70 m。滑坡體主滑方向160°，滑坡體縱向長約250 m，橫向?qū)捈s100 m，勘察及監(jiān)測資料顯示，滑體厚度5～25 m，滑坡面積約1.7×104 m2，體積約26×104 m3，屬中型牽引式工程滑坡。

圖1 滑坡全貌

2.2 滑坡物質(zhì)、結(jié)構(gòu)特征

(1)滑坡物質(zhì)特征

勘察資料顯示，滑坡體主要為奧陶系下統(tǒng)桐梓組泥巖，巖體節(jié)理裂隙發(fā)育、風化嚴重，全風化層原巖結(jié)構(gòu)構(gòu)造基本破壞，巖芯多呈土狀，層厚0.6～8.3 m，局部為夾層，厚度為0.05～0.4 m；強風化層原巖結(jié)構(gòu)構(gòu)造大部分破壞，局部見泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，薄-中厚層狀構(gòu)造，層厚1.3～28.0 m。

(2)滑坡結(jié)構(gòu)特征

勘察資料顯示，場區(qū)發(fā)育三條斷層，對滑坡影響較大的斷層位于線路右側(cè)，順線路方向發(fā)育，為正斷層，滑坡區(qū)位于正斷層上盤，受其牽引作用影響，巖層產(chǎn)狀多變，總體上巖層順傾，滑坡前緣巖層反翹，滑坡中上部產(chǎn)狀130°～195°∠25°～42°，前緣產(chǎn)狀35°～50°∠8°～35°。

2.3 滑坡變形特征

(1)滑坡變形及加固歷史

K24+520～K24+840左側(cè)滑坡中心最大挖方20 m左右，原設(shè)計坡率1∶1、1∶1、1∶1，邊坡最大高度28 m，設(shè)計防護形式為拱形骨架護坡。

2014年3月初，邊坡第2、3級開挖成型時，邊坡上方自然坡體出現(xiàn)裂縫，裂縫處距開口線約50 m，同時K24+590左側(cè)第二級、第三級邊坡出現(xiàn)明顯剪出口，K24+540～K24+590第二級邊坡出現(xiàn)連續(xù)的小型裂縫。2014年3月18日，K24+590～K24+670段山坡第二、三級出現(xiàn)滑坡，滑坡體積約1萬方。

2014年4月中旬設(shè)計單位進場補充勘探，鉆探過程中，隨著滑坡現(xiàn)場的清理、運梁通道的繼續(xù)開挖，邊坡頂部裂縫范圍繼續(xù)向坡體后方擴展。5月26日暴雨，邊坡再一次發(fā)生滑塌，K24+600～K24+670段滑坡全部順基巖面滑塌至公路外側(cè)200 m外，堵塞龍洞河，形成堰塞湖；后緣裂縫發(fā)展至設(shè)計線外側(cè)200 m處；同時K24+670～K24+720段(第2、3級)也發(fā)生坍塌。

2014年7月18日設(shè)計單位變更設(shè)計，采用擋墻+清方+錨索對該滑坡進行加固。

2014年11月中旬，邊坡開挖成型后，在第二、三級坡面出現(xiàn)局部坍塌(K24+540～K24+570段)，K24+570～K24+650段坡面出露的層面有張開的跡象，現(xiàn)場確定在第二、三級坡面增設(shè)錨索地梁。

2015年1月開始，設(shè)計單位對該邊坡開始進行地表與深部位移監(jiān)測，6月中旬之前移位速率1 mm/月，6月13日暴雨之后有位移突變現(xiàn)象，6月17～7月初位移速率2～3 mm/周，7月之后位移速度約2 mm/月。

2015年6月13日暴雨，錨噴坡面(K24+560、K24+650)、擋墻(K24+580、K24+590)、路面(K24+590～K24+610段)于暴雨后有裂縫發(fā)生，擋墻墻腳處路面有輕微隆起現(xiàn)象(路肩處最大隆起約1 cm)。

2015年8月，設(shè)計單位完成補勘工作，結(jié)合鉆孔揭露及監(jiān)測資料，滑體厚度5～25 m，并提交了加固治理工程設(shè)計文件，擬在K24+590～K24+700段一級邊坡平臺處設(shè)23根滑樁進行加固。

分析該段滑坡的變形歷史，主要有以下兩個特點。

①隨著邊坡的開挖，由上而下相繼生成多次滑坡，滑坡逐漸向后、兩側(cè)及深部發(fā)展，邊坡的開挖是該滑坡主要誘發(fā)因素。

②降雨與滑坡的發(fā)生密切相關(guān)，是該滑坡的主要誘發(fā)因素之一。

(2)滑坡變形特征

根據(jù)勘察、監(jiān)測資料，結(jié)合我院2015年10月12日現(xiàn)場調(diào)查情況，該滑坡目前變形特征如下。

①滑坡小里程側(cè)中上部及后緣可見多條張拉裂縫，可見縫寬3～4 cm；

②滑坡大里程側(cè)中上部可見數(shù)條剪切裂縫，表層噴混凝土見剪切旋扭現(xiàn)象，且有下沉位移，最大位移量5 cm，五級平臺鋼管樁連系梁被剪斷。

③下部坡腳擋墻見鼓脹裂縫，裂縫寬0.4～1.0 cm，擋墻所設(shè)施工縫處見明顯錯動位移，位移量約3 cm，擋墻臨路面處邊溝局部見擠壓鼓脹現(xiàn)象；前緣路面處見“S型”羽狀裂縫，縫寬0.5～1.5 cm，可探測深度約11 cm。

④2014年6月中旬滑坡引起的老舊裂縫多為植被覆蓋，未見新近變形痕跡。

⑤四級邊坡坡面K24+548、K24+552兩根錨索地梁靠近邊坡張拉裂縫，向大里程側(cè)偏移3～4 cm，其余錨索地梁無明顯變形破壞。

根據(jù)滑坡變形特征分析。

①該滑坡平臺鋼管樁連系梁被剪斷，既有擋墻及路面均有變形，后緣及側(cè)壁裂縫均已形成，滑坡處于蠕動階段，欠穩(wěn)定；

②錨索地梁除靠近拉后緣張拉裂縫的兩根有變形外，其余均無明顯變形破壞跡象，結(jié)合勘察、監(jiān)測資料，滑坡滑動面已向深部發(fā)展，該滑坡為深層滑坡。

3 滑坡形成條件及成因機制分析

3.1 滑坡形成條件

(1)地層巖性

勘察資料顯示，滑坡體主要為奧陶系下統(tǒng)桐梓組泥巖，薄～中厚層狀，泥巖抗風化能力低，在結(jié)構(gòu)遭到破壞的情況下，遇水易軟化，長期遭遇地下水浸泡易產(chǎn)生泥化現(xiàn)象，故沿泥巖的頂和底面、泥巖中構(gòu)造裂面(包括層間錯動面)易于滑動，為易滑地層。此為控制滑坡變形及破壞方式的內(nèi)因。

(2)坡體結(jié)構(gòu)

滑坡區(qū)發(fā)育三條斷層，受其斷層影響，巖層產(chǎn)狀多變，多為130°～195∠25°～42°，與路塹開挖面小角度相交，總體上為順向坡；巖體節(jié)理裂隙發(fā)育，主要發(fā)育一組陡傾X節(jié)理，其產(chǎn)狀分別為188°～345°∠52°～62°，255°～285°∠75°～82°，深部節(jié)理面一般較平直，延展性好，節(jié)理面附近巖體風化強烈，局部呈全風化。因此層面與節(jié)理裂隙的不良組合為邊坡變形失穩(wěn)提供了邊界，為控制滑動的關(guān)鍵。

(3)氣象水文

滑坡區(qū)屬中亞熱帶季風濕潤氣候區(qū)，降水豐沛，全年有83%的降雨量集中在4～10月份，每年6月份出現(xiàn)暴雨機率最大。大量雨水下滲一方面降低了滑動面的抗剪強度，另一方面裂隙中靜水壓力還增加了滑體的下滑力，降雨是該滑坡的主要誘發(fā)因素之一。

(4)人類活動

滑坡區(qū)自然狀態(tài)下穩(wěn)定，高速公路路塹的開挖，為斜坡的變形破壞提供了臨空面，隨著路塹邊坡的開挖，淺表部巖體發(fā)生卸荷回彈，使得巖體中原生及次生結(jié)構(gòu)面張拉開裂，巖體完整性遭到較大程度的破壞，同時也為地表水及地下水的入滲和運移提供了良好的通道，一方面水的楔劈力促進了結(jié)構(gòu)面的擴張破壞，降低了巖體強度，高速公路路塹的開挖是也是滑坡主要誘發(fā)因素。

3.2 滑坡成因機制分析

(1)淺層滑坡

路基的開挖，在坡體前緣產(chǎn)生臨空面，破壞了坡體平衡條件，中上部坡體在自重的作用下，沿著軟弱夾層及節(jié)理裂隙的不良組合面產(chǎn)生蠕動變形。受開挖擾動及卸荷回彈影響，坡體中結(jié)構(gòu)面張開、松弛，在短時間集中降雨的影響下，大量雨水沿張開結(jié)構(gòu)面下滲，既增加了坡體自重又降低了軟弱夾層抗剪強度，同時在坡體后方產(chǎn)生靜水壓力。在上述不良因素的影響下，滑坡蠕動變形進一步發(fā)展，最終形成工程滑坡。淺層滑坡底界受路基開挖深度及軟弱夾層影響，一般發(fā)展至開挖坡腳處為止。

(2)深層滑坡

邊坡的開挖及淺層滑坡引起坡體中結(jié)構(gòu)面張開、松弛，形成良好的地表水下滲通道，淺層滑坡加固后趨于穩(wěn)定，地表水沿張開裂隙逐漸下滲，在深部軟弱夾層附近匯集，致使軟弱夾層抗剪強度降低，坡體在自重及靜水壓力作用下沿著軟弱夾層產(chǎn)生滑動變形，推動前緣沿層面向阻力最薄弱的部位(路面或右側(cè)沖溝)剪出。

4 結(jié)論及建議

(1)綜合分析滑坡特征及成因機制，按滑動面深度不同，該滑坡可分為淺層滑坡和深層滑坡兩種，目前該滑坡已由淺層滑坡發(fā)展為深層滑坡，處于蠕動階段，滑坡欠穩(wěn)定，既有防護工程對深層滑坡加固效果有限，為防止滑坡變形進一步發(fā)展，保證高速路行車安全，應(yīng)采用工程措施對深層滑坡進行加固。

(2)設(shè)計單位綜合滑坡特征、成因機制以及穩(wěn)定性評價，主要采用抗滑樁加固、綜合排水對滑坡進行綜合處治的思路是正確的，但治理方案中方案中仰斜排水孔受施工難度及排水管長度的影響，治理效果值得商榷。

(3)場區(qū)巖體風化程度較大，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖體破碎，導致巖體側(cè)向承載力較低，為保證抗滑樁安全，建議結(jié)合勘查資料及現(xiàn)場條件，采取措施提高樁周巖土體側(cè)向承載力，或適當增加錨固段長度等手段，提高抗滑樁的抗傾覆能力。

(4)仰斜排水孔受施工難度及排水范圍的影響，疏排地下水的效果值得商榷。建議根據(jù)場區(qū)地下水發(fā)育情況，結(jié)合其他疏干、排水構(gòu)筑物，完善滑坡地下水疏排系統(tǒng)。

5 結(jié) 語

綜上所述，在山區(qū)公路邊坡滑坡治理中，應(yīng)綜合分析各個滑坡特征、成因機制以及穩(wěn)定性評價，針對性采用抗滑樁、錨索、綜合排水等對滑坡進行綜合處治，保證公路邊坡滑坡治理設(shè)計的科學性和合理性，本文對今后公路邊坡滑坡地質(zhì)災害防治具有一定的指導意義。