山區(qū)高速公路深厚古滑坡堆積體復活特征機制及防治對策研究

王豐，劉天翔，雷航

(四川省交通運輸廳公路規(guī)劃勘察設計研究院，四川 成都 610041)

1 引言

公路是帶狀工程構造物，山區(qū)高速公路多沿山坡展布，以路基的方式穿越古滑坡體較為常見，該類公路工程修筑過程中不可避免地將對古滑坡體進行擾動，有可能造成古滑坡體復活形成新滑坡的問題，國內外對于古滑坡復活等問題已有相關的研究。薛德敏、胡卸文等、李育樞等通過對古滑坡的復活機制進行研究，得出滑坡復活主要受控于斜坡坡度、河流持續(xù)侵蝕下切前緣及強降雨等因素；李元彪、王衛(wèi)、朱福春等在分析古滑坡病害特征和成因基礎上，利用數值分析等方法，研究了路基設計位置、路基穿越方式和開挖深度對古滑坡復活和規(guī)模的影響。查明邊坡(滑坡)變形破壞的地質力學模式是滑坡地質災害防治的基礎，中國學者也做了不少工作，通過分析滑坡的成因機制，才能提出相應的處治措施，例如王喚龍等分析了廣巴高速公路紅層堆積體高邊坡的病害模式和災害機制，為設計開挖支護方法提供了依據；吳霞、胡志剛等、周首首、周德軍通過對現有古滑坡地質特征的分析，探討了建設階段高速公路穿越古滑坡體的邊坡防護技術；韓敘領通過對路線穿越大型古滑坡后誘發(fā)其再次復活形成的新滑坡進行了研究，提出不同的治理方案。國內學者對于公路工程穿越古滑坡導致其復活等問題的討論，多集中于公路建設階段，原有建設階段處于穩(wěn)定的古滑坡歷經多年運營后，在降雨、地震等作用下也可能再次發(fā)生局部復活，甚至誘發(fā)整體失穩(wěn)。

G5京昆高速公路(綿廣段)K1 581+800～K1 582+280段右側為一古滑坡，建設期間，高速公路在K1 582+076～K1 582+145段右側以挖方邊坡的形式穿越古滑坡。經歷多年運營后，該挖方邊坡處的古滑坡堆積體出現了局部復活跡象，變形持續(xù)多年，每年雨季均會出現明顯下沉、開裂跡象。2017年7月，在開挖邊坡后緣已形成了長大貫通性裂縫，呈弧形開裂，古滑坡前緣挖方邊坡處已發(fā)展形成為新的滑移變形體(圖1)。

由于該滑移變形體位于二級平臺以上，距高速公路平均高差約20 m，高位滑坡后將對高速公路的正常運營和行車安全造成巨大威脅。

該文在充分查明古滑坡堆積體及前緣滑移變形體地質結構特征的基礎上，研究其復活特征及成因機制，并對其穩(wěn)定性進行定性和定量評價，提出經濟合理的處治措施。

圖1 高速公路開挖邊坡滑移變形體及后部巨型古滑坡堆積體衛(wèi)星影像圖

2 地質環(huán)境條件

研究滑坡區(qū)位于四川省江油市石元鄉(xiāng)五指山村，屬構造侵蝕低山地貌，場地內為峽谷地形，高速公路路線右側斜坡整體較緩，自然坡度為10°～20°，橫坡呈折線狀及臺階狀，現地表多為旱地，后緣坡面植被發(fā)育，坡表可見崩坡積層及滑坡堆積層塊石，后緣陡壁及斜坡坡腳河床可見少量基巖出露，總體露頭條件較差。

場地總體為單斜構造，出露巖層為中生代侏亻羅系下統白田壩組粉砂質泥巖及砂巖。

高速公路左側坡腳發(fā)育一溪溝，屬嘉陵江水系。溪溝溝寬為5～10 m，流向由北西向南東。場區(qū)其余地表水主要為大氣降水及溪溝水，場地地下水主要有第四系松散層孔隙水、基巖裂隙孔隙水兩種類型。

3 邊坡滑移變形體與古滑坡堆積體規(guī)模及變形特征

3.1 邊坡滑移變形體規(guī)模及變形特征

G5京昆高速公路(綿廣段)K1 582+076～K1 582+145段右側為挖方邊坡，位于古滑坡前緣堆積體上，由塊石及含碎塊石黏土等構成，為土質邊坡。滑移變形體自然坡度為15°～25°，坡表及兩側溝內均未見基巖出露。該開挖邊坡后緣自2008年開始變形以來，變形量已較大，已形成一個前后緣變形邊界清晰，長約55 m、寬約45 m、平均厚度10 m的滑移變形體，該開挖邊坡滑移變形體方量約為3萬m3，滑動變形方向為SE161°，垂直于高速公路方向。其工程地質平面圖見圖2。

3.1.1 變形特征及分區(qū)

從地表變形上看，可分為強烈變形區(qū)(Ⅰ區(qū))及拉裂變形區(qū)(Ⅱ區(qū))：

① 強烈變形區(qū)邊界；② 拉裂變形區(qū)邊界；③ 推測牽引變形區(qū)邊界；④ 古滑坡堆積體邊界；⑤ 鼓脹裂縫；⑥ 拉裂縫。

(1)強烈變形區(qū)(Ⅰ區(qū))：強烈變形區(qū)位于變形體中前部，其前緣剪出口位于二級邊坡坡腳位置，部分框架梁已被剪斷、梁內鋼筋撓曲、錨桿被拔出，地表出現多條鼓脹裂縫。兩側邊界有剪裂縫發(fā)育，邊界處二級邊坡坡腳水溝已被剪斷。后緣距開挖坡口約35 m處已形成長約25 m、寬0.3～0.5 m、下錯0.8～1.0 m的長大貫通性拉裂縫。

(2)拉裂變形區(qū)(Ⅱ區(qū))：強烈變形區(qū)出現滑移變形現象后進一步向兩側及后部發(fā)展，并不斷加劇，范圍加大，形成拉裂變形區(qū)。拉裂變形區(qū)前緣位于二級邊坡坡腳位置，后緣距坡口約45 m，亦呈弧形開裂，變形體前后緣縱向延伸約55 m，左右兩側以溝為界，橫向延伸約45 m，左側溝內可見明顯剪裂縫發(fā)育，右側溝內裂縫發(fā)育不明顯。

3.1.2 滑移變形體結構特征

根據調查及鉆探揭露，滑移變形體以礫巖塊石、泥巖塊石及含碎塊石黏土為主。塊石間有相對滾動位移，使空隙中充填有較多碎石、角礫和粉質黏土。含碎塊石黏土部分段落黏土富集，黏性較強。黏土含水量較高，一般呈可塑狀，局部呈軟塑狀。變形體下部滑床主要為粉砂質泥巖及礫巖塊石。

鉆孔揭示的部分黏土富集帶在斷面上形成連續(xù)，為前緣滑移變形體的滑帶(面)，前緣滑移變形體正在沿淺層滑面發(fā)生蠕滑變形。

3.2 古滑坡堆積體規(guī)模及變形特征

該古滑坡平面形態(tài)近似扇形，后緣窄前緣寬。該古滑坡堆積體規(guī)模較大，堆積體主要由礫巖塊石、泥巖塊石及含碎塊石黏土、含礫黏土等構成。

3.2.1 變形特征及分區(qū)

根據調查及鉆探揭露，古滑坡堆積體區(qū)域可分為潛在牽引變形區(qū)(Ⅲ區(qū))及古滑坡基本穩(wěn)定區(qū)(Ⅳ區(qū))(圖3)。

圖3 古滑坡堆積體全貌圖

(1)潛在牽引變形區(qū)(Ⅲ區(qū))：古滑坡體前緣的滑移變形體開始變形松動后，會向中后部坡體進行牽引變形，引發(fā)中后部繼續(xù)變形開裂，往臨空面方向蠕變，潛在的滑動范圍和滑動深度都會因此而加大，這部分為推測潛在牽引變形體，其滑面較前緣滑移變形體滑面更深。據推測，其主軸長約110 m，寬約90 m，最大厚度約15 m，方量超過14萬m3。

(2)古滑坡基本穩(wěn)定區(qū)(Ⅳ區(qū))：古滑坡前緣位于高速公路左側溪溝內，后緣及兩側邊界均以溝為界，主軸長約290 m，寬約370 m，最大厚度約45 m，平均厚度約35 m，堆積體方量超過350萬m3，為巨型滑坡堆積體。斜坡自然坡度為10°～20°，坡表呈臺階狀，多已開墾為旱地。除前緣溪溝溝床內有零星基巖出露外，坡表均未見基巖出露，距古滑坡堆積體后緣100～200 m處存在高50～200 m的基巖陡壁，基巖巖性多以石英質礫巖為主。

3.2.2 古滑坡堆積體結構特征

根據調查及鉆探揭露，古滑坡堆積體以礫巖塊石、泥巖塊石及含碎石黏土、含礫黏土為主。塊石間有相對滾動位移，使空隙中充填有較多碎石、角礫和粉質黏土。含碎石黏土以可塑狀為主，局部硬塑狀，碎石含量為15%～20%，該層處于古滑坡堆積體中部。含礫黏土多呈可塑～軟塑狀，局部含5%～15%角礫、圓礫，該層多處于古滑坡堆積體下部。古滑坡堆積體滑床主要為中生代侏亻羅系下統白田壩組的粉砂質泥巖及粉砂巖，巖體較為完整。

根據鉆探揭露，古滑坡堆積體原滑帶土存在多層連續(xù)分布的黏土富集帶，且局部存在搓揉、擠壓等跡象(圖4)，說明古滑坡存在過多次滑動，時間上也并非一次完成，具有多期性的特點。

圖4 鉆孔揭露的滑帶土中搓揉、光面及擦痕現象

4 邊坡滑移變形體與古滑坡堆積體成因機制分析

4.1 古滑坡堆積體成因機制

古滑坡堆積體的形成和發(fā)展是地形地質特征及各種自然因素疊加的結果，根據此次地質勘察成果分析，古滑坡成因機制主要有以下幾方面：

(1)地形地貌：根據現場調查，古滑坡為單一斜坡地貌，場區(qū)巖層產狀為SE155°∠37°，斜坡坡向與巖層傾向基本一致，為順向坡，易于產生順層滑動。

(2)巖性特征及降雨因素：原古滑坡所處斜坡巖性多以石英質礫巖為主，底部以砂泥巖為主，礫巖巖體裂隙發(fā)育，有利于地表水下滲，底部的粉砂質泥巖相對隔水，在大氣強降雨的影響下，地表水入滲后在此層聚集，泥巖飽水易軟化，降低了層間抗剪強度，在后部裂隙水壓力共同作用下，沿層面發(fā)生了大規(guī)模順層基巖滑動。

(3)河流溝谷的沖蝕作用：坡體前緣河流溝谷的沖刷是誘發(fā)古滑坡滑動的另一重要因素。在古滑坡形成前，前緣斜坡坡腳受溪溝內流水等長期沖刷掏蝕，使原斜坡形成臨空面，揭示出并軟化坡腳巖體的軟弱結構面，最終共同誘發(fā)了斜坡產生順層滑動。古滑坡滑動后，掩埋原沖溝，致使沖溝改道，形成高速公路左側現有新沖溝。

此外，場地地震基本烈度為Ⅶ度，長期的地震作用也是古滑坡發(fā)生的另一重要影響因素。

4.2 邊坡滑移變形體成因機制

邊坡滑移變形體為古滑坡的局部復活現象，其成因機制主要有以下幾方面：

(1)巖土特征：該邊坡滑移變形體位于古滑坡堆積體前緣，坡表多為含碎塊石黏土及塊石，表土松散，坡表以下5～10 m處發(fā)育一層連續(xù)的黏土富集帶，含水量較高，軟化后為坡體內的軟弱層(滑帶土)，易形成滑動。

(2)人類活動：由于高速公路的修建，開挖邊坡，為后部古滑坡體的變形提供了臨空面和空間，破壞了以前堆積體的整體完整性和應力平衡狀態(tài)，在雨水和自重作用下，易發(fā)生滑移。

(3)大氣降雨：2017年8—9月進入雨季后，降雨持續(xù)時間長，降雨量豐富，雨水下滲，地下水補給急增，地下水位上升，致使土體飽和而重度增加；另一方面，降水入滲至軟弱帶(黏土層)后，使其進一步飽水軟化，滑帶土抗剪強度降低，在重力作用下發(fā)生滑動。

(4)地震作用：受“5.12汶川地震”及其長期余震作用的影響，可能造成巖土體松動變形，有利于地表水下滲。

5 邊坡滑移變形體與古滑坡堆積體穩(wěn)定性分析評價

5.1 定性分析評價

(1)邊坡滑移變形體現狀穩(wěn)定性

根據邊坡滑移變形體形成機制，該變形體位于古滑坡前緣，為古滑坡堆積體的局部復活，且滑移變形體后緣已形成長大貫通性裂縫，前緣強烈變形區(qū)地表出現多條鼓脹裂縫。左側邊界已出現明顯剪裂縫。由此可見，該滑移變形體前后緣已基本貫通，整體處于欠穩(wěn)定狀態(tài)，今后在暴雨及地震等因素影響下，極易發(fā)生滑移失穩(wěn)破壞，將會對下方高速公路的正常運營及行車安全造成巨大的威脅和危害。

(2)古滑坡堆積體現狀穩(wěn)定性

就目前自然狀態(tài)而言，滑移變形體后部的推測潛在牽引變形區(qū)及古滑坡基本穩(wěn)定區(qū)坡表上均未有裂縫發(fā)育，同時，據訪問當地村民，該坡體除上述變形體外，其他區(qū)域在近60～70年以來均未出現變形及滑移，農戶祖輩居住多年的房屋(土房)穩(wěn)定性也較好。故該古滑坡堆積體目前處于整體穩(wěn)定狀態(tài)，無沿巖土界面產生整體滑動的可能。但前緣滑移變形體不斷發(fā)展，將會誘發(fā)古滑坡復活范圍逐步擴大。

5.2 定量分析評價

5.2.1 計算(潛在)滑動面的選取

根據前述分析，此次計算選擇Ⅱ區(qū)、Ⅲ區(qū)及Ⅳ區(qū)滑移面作為計算評價控制面。

(1)強烈變形區(qū)(Ⅰ區(qū))及拉裂變形區(qū)(Ⅱ區(qū))滑面：該層滑面處于古滑坡體的淺層位置，定義為淺層滑面。

(2)潛在牽引變形區(qū)(Ⅲ區(qū))滑面：前緣的滑移變形體開始變形松動后，會牽引中后部坡體變形，使其往臨空面方向蠕變，潛在的滑動范圍和滑動深度都會因此加大，其滑面較淺層滑面更深，根據鉆孔揭示，其主要集中在含碎石黏土中的黏土富集帶內，被定義為潛在中層滑面。

(3)古滑坡基本穩(wěn)定區(qū)(Ⅳ區(qū))滑面：根據鉆孔揭示，位于古滑坡體深層、接近原古滑坡體老滑面的位置存在一黏土富集的軟弱夾層，古滑坡有沿該層發(fā)生整體滑移的風險，該層被定義為潛在深層滑面。

5.2.2 計算工況的選取

根據邊坡滑移變形體及古滑坡可能發(fā)生滑移失穩(wěn)的主要影響因素，其穩(wěn)定性及剩余下滑推力計算主要分為：工況1(天然工況)；工況2(暴雨工況)；工況3(地震工況)。

5.2.3 計算參數的選取

計算參數以此次勘察試驗參數為依據，并結合相關經驗參數，取滑體(含塊石黏土和塊石)天然重度為21.9 kN/m3，飽和重度為22.4 kN/m3，各層滑面參數如表1所示。

在職稱評定的影響下，學歷的重要性也越來越突出，但是部分單位并不承認夜大和函授畢業(yè)的文憑，進而影響部分護理人員的繼續(xù)教育[16]。針對上述問題，應學習國外經驗，不重視形式，而重視結果，主要目的是讓護理人員的技能和素質提高。根據護理人員的層次制定合理的教育目標，采用不一樣的教育方法、考核辦法和學分管理辦法，促進護理人員的相互競爭，提高其學習主動性和積極性[17]。

根據前緣滑移變形體目前的穩(wěn)定狀況，假定其拉裂變形區(qū)在暴雨工況下的穩(wěn)定性，進行力學參數的反算，并綜合室內試驗成果得到的參數，最終取c=12 kPa、φ=10.23°進行穩(wěn)定性計算。

表1 滑移變形體及古滑坡體滑帶土抗剪強度參數取值

5.2.4 穩(wěn)定性計算結果

選取K1 582+110斷面(圖5)作為主斷面進行計算，計算結果如表2所示。

由表2可得：淺層滑面在天然工況下處于穩(wěn)定狀態(tài)，但在暴雨及地震工況下處于不穩(wěn)定狀態(tài)。中層潛在滑移面和深層潛在滑移面在3種工況下均處于穩(wěn)定狀態(tài)。

6 邊坡滑移變形體與古滑坡堆積體發(fā)展趨勢預測

邊坡滑移變形體至2017年調查期間一直處于蠕滑變形階段，累計變形量已較大，2017年進入雨季后已出現變形加速的跡象，在暴雨等因素的影響下，變形體將進一步發(fā)展，其失穩(wěn)破壞面以淺層滑動面為主，最終將形成整體性滑坡，將對高速公路的正常運營和行車安全造成巨大威脅。

注：1.第四系全新統人工填筑層；2.第四系全新統滑坡堆積層；3.中生代侏亻羅系下統白田壩組；4.人工填土；5.含碎塊石黏土；6.塊石土；7.黏土；8.粉砂質泥巖；9.粉砂巖；10.滑面或潛在滑面；11.巖土界面線；12.強中風化界面線；13.地層分界線；① 強烈變形區(qū)淺層滑面；② 拉裂變形區(qū)淺層滑面；③ 牽引變形區(qū)潛在中層滑面；④ 基本穩(wěn)定區(qū)潛在深層滑面。

表2 K1 582+110斷面3組滑面穩(wěn)定系數計算結果

古滑坡堆積體由于形成年代久遠，歷經多次地質運動后，其整體已處于穩(wěn)定狀態(tài)，但前緣滑移變形體若持續(xù)變形發(fā)展將為后部大型崩滑堆積體的變形提供空間，會產生漸進后退式、逐級牽引的滑移變形，若不立即對前緣滑移變形體進行處治，將誘發(fā)后部滑坡堆積體發(fā)生更大規(guī)模、更大危害的變形開裂，甚至是誘發(fā)其整體滑動，將會給綿廣高速公路造成嚴重危害。

7 工程處治措施及工后效果

綜合該邊坡滑移變形體及古滑坡堆積體的結構特征與穩(wěn)定性分析、推力計算等，在方案研究階段，共擬定了以下兩個方案對該滑移變形體進行處治：① 方案1：在右側邊坡滑移變形體前緣設置一排抗滑樁對該滑移變形體進行支擋加固；② 方案2：在右側二級邊坡上設框架錨索予以加固。

(1)經濟比選

方案1比方案2造價低。

(2)技術比選

方案1的優(yōu)點：① 通過抗滑樁支擋工程可以確保該滑移變形體的穩(wěn)定；② 抗滑樁受荷段相對較短，樁截面相對不大，總體工程量相對較小；③ 整個施工工期可控、工期相對更短。

方案1的缺點：① 新增征地面積相對較多；② 會產生一定量的棄土。

方案2的優(yōu)點：① 新增征地面積相對較少；② 無需產生棄方，施工安全更易保證。

方案2的缺點：① 由于該段滑移變形體的地質情況，下伏基巖面為勺子狀，錨索需穿過古滑坡體巨厚層滑體錨入穩(wěn)定基巖體內，錨索長度需達80～95 m，長度過大，總體工程量過大；② 在深厚覆蓋層里的長錨索工程有效性差，長期安全性不高，后期預應力損失較為嚴重，工程加固的可靠性無法得到保證；③ 整個施工工期相對更長；④ 施工工藝復雜，施工可操作性差。

(3)方案比選結論

根據以上分析，主要從處治工程的工程造價、工程安全性、長期有效性、施工工期、施工可操作性等角度考慮，方案1技術可行，經濟合理，安全可靠，綜合比較后，推薦采用方案1。

綜上所述，由于古滑坡滑動后，掩埋原沖溝，致使沖溝改道，形成高速公路左側現有新沖溝。故滑移變形體前緣(高速公路現開挖二級邊坡中上部)基覆界面呈反翹狀，此處覆蓋層厚度小，抗滑樁受荷段相對較短，樁截面相對不大，總體工程量相對較?。煌ㄟ^計算滑移變形體在該位置的潛在下滑推力和土壓力，最終確定抗滑樁截面尺寸為1.8 m×2.7 m，樁長為27 m，樁中心間距為5 m，共12根(圖6)。

圖6 處治工程平面布置圖

通過詳細的地質調查及鉆探手段，在充分查明古滑坡及滑移變形體的地質結構和變形機制的基礎上，確定了抗滑樁最為合理的支擋位置，以最經濟的處治措施對古滑坡進行了處治，處治工程已完工近3年，度過了三個雨季，古滑坡的變形得到有效抑制，變形范圍未再向古滑坡體后部牽引延伸，起到了很好的支擋效果，確保了下方高速公路正常運營安全，是一例以小體量的支擋措施治理大體量古滑坡的成功案例。

8 結論

(1)G5京昆高速公路(綿廣段)K1 582+076～K1 582+145段右側挖方邊坡段的滑移變形體處在一巨型古滑坡堆積體的前緣。根據變形特征，滑移變形體可分為強烈變形區(qū)(Ⅰ區(qū))及拉裂變形區(qū)(Ⅱ區(qū))；古滑坡堆積體區(qū)域可分為潛在牽引變形區(qū)(Ⅲ區(qū))及古滑坡基本穩(wěn)定區(qū)(Ⅳ區(qū))。

(2)古滑坡形成因素包括地形地貌條件、巖土體自身的產狀、結構特征、地下水(內因)影響、前緣沖溝侵蝕作用及臨空等(外因)。前緣邊坡滑移變形體是在巖土體結構特征、大氣降雨、人類工程活動(邊坡開挖等)和地震等綜合因素影響下產生的。

(3)根據定性及定量分析評價，前緣邊坡滑移變形體在天然工況下處于穩(wěn)定狀態(tài)，地震及暴雨工況下處于不穩(wěn)定狀態(tài)；古滑坡堆積體在天然、地震及暴雨工況下均處于穩(wěn)定狀態(tài)。但前緣滑移變形體若持續(xù)變形發(fā)展將為后部大型崩滑堆積體的變形提供空間，會產生漸進后退式、逐級牽引的滑移變形，將誘發(fā)后部滑坡堆積體發(fā)生更大規(guī)模、更大危害的變形開裂，甚至是整體滑動。

(4)綜合該邊坡滑移變形體及古滑坡堆積體的結構特征與穩(wěn)定性分析、推力計算等，選取了以抗滑樁為主的支擋措施進行處治。通過查明古滑坡及滑移變形體的地質結構和變形機制，確定了抗滑樁最為合理的支擋位置，以最經濟的處治措施對古滑坡進行了防治，處治工程完工后，古滑坡的變形得到有效抑制，確保了下方高速公路正常運營的安全。