公路土質(zhì)邊坡水毀破壞形式淺析

喬 俊

（山西路橋建設(shè)集團有限公司 太原設(shè)計咨詢分公司，山西 太原 030000）

1 水毀破壞的主要形式

由于黃土高原土壤質(zhì)地疏松，孔隙率大，遇水極易崩解。暴雨洪水隨著坡面下泄，溝頭延伸、溝岸擴張、溝床下切等侵蝕活動異?；钴S，導(dǎo)致滑坡、崩塌等重力侵蝕不斷加劇。筆者通過實地調(diào)查滑坡和沖刷地質(zhì)災(zāi)害，將該區(qū)域的滑坡和沖刷地質(zhì)災(zāi)害分析并劃分為以下類型：a）表層沖刷侵蝕，由于降水的作用，邊坡表面受到水流沖刷，土顆粒被水流帶走，形成較多的沖溝，嚴(yán)重破壞坡體完整性，如圖1；b）淺層漸進破壞，滑坡分布范圍廣，影響因素較多，表現(xiàn)為部分土體發(fā)生剝離和崩塌，此類破壞具有反復(fù)性和繼發(fā)性，如圖2；c）深層水毀破壞，當(dāng)?shù)叵滤痪€高出坡腳后，坡后浸水面積相應(yīng)擴大，滑坡體以此滑帶為滑動面向臨空面滑出，滑體包括土體和表層植被，滑動面近似為圓弧形，其破壞性及影響較大，如圖3。

圖1 表層沖刷侵蝕

圖2 淺層漸進破壞

圖3 深層水毀破壞

1.1 沖刷破壞

當(dāng)降雨發(fā)生時，雨水沿著坡面自上往下流動，對邊坡表面形成沖刷。在初期，坡面徑流沖刷會在表面形成許多細溝，造成溝內(nèi)土體下泄，隨后徑流攜帶大量泥沙繼續(xù)對坡面進行沖刷形成切溝，隨著沖刷的不斷進行，切溝不斷加深，并向兩側(cè)侵蝕形成“V”型深溝[1]，邊坡完整性遭到嚴(yán)重破壞，進一步塌陷的概率加大。因此，邊坡表層在裸露的情況下，非常容易受到雨水和坡面徑流的直接沖刷侵蝕。

1.2 淺層漸進性破壞

高速公路土質(zhì)邊坡通常采用植被護坡，一方面是由于邊坡坡度較?。ㄒ话阍?0°左右）不會引起邊坡大規(guī)模失穩(wěn)，另一方面則是由于植物根系在土體中互相纏繞、穿插形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，對邊坡淺層土體產(chǎn)生加筋錨固作用[2]，在一定程度上會保護邊坡的完整性。同時該地區(qū)往年降水量偏少，雨水入滲深度有限，一般能保持穩(wěn)定狀態(tài)。但近年來，降雨量及降雨時間顯著增加，當(dāng)雨量較大，持續(xù)時間較長時，防護作用就會降低，其演變過程為淺層漸進性滑動破壞。當(dāng)集中降雨發(fā)生時，由于植物的存在，一部分雨水來不及入滲便沿著植物表面形成徑流流走，其余降水則下滲進入土體中致使淺層土體黏聚力急劇減小，土體和植物根系之間的摩擦力降低，進而造成土體抗剪強度降低。并且淺層土體相較于更深的土體抗剪強度降低更大，在重力和水流的雙重作用下，部分淺層土體脫離植物根系的束縛和網(wǎng)固作用開始出現(xiàn)蠕動-拉裂-貫通-下滑的破壞過程，同時根系深度較淺的植物會隨著下滑土體一起往下滑動。隨著失去表層植被的保護，斜坡土層直接暴露在降雨的持續(xù)作用下，短時間內(nèi)邊坡表層土體飽和，穩(wěn)定性降低，引發(fā)又一輪的滑動，破壞機理見圖4。

圖4 邊坡淺層漸進性破壞形成機理

1.3 深層水毀破壞

雨水大量下滲，地下水在溢出帶附近匯聚，局部滯水造成水流溢出帶附近地下水位抬升，浸水面積擴大，邊坡潛在滑動面土體受水浸泡結(jié)構(gòu)強度破壞，結(jié)構(gòu)面軟化，靜水壓力升高，有效應(yīng)力降低，斜坡體軟土化，從而容易誘發(fā)滑坡[3]，圖5為深層水毀破壞模型。

圖5 深層水毀破壞模型

2 水毀破壞的主要特征

2.1 沖刷+地下水潛蝕+靜水壓力+動水壓力

邊坡發(fā)生水毀破壞，一般會經(jīng)歷表層坡面沖刷，一部分水流走，一部分水會下滲進入坡體，造成邊坡內(nèi)部充水，水分會對邊坡土體造成潛蝕，并伴隨產(chǎn)生靜水壓力、動水壓力，導(dǎo)致其抗剪強度降低，由于水的存在，邊坡內(nèi)部軟弱結(jié)構(gòu)面將承受靜水壓力，此時的靜水壓力相當(dāng)于作用在結(jié)構(gòu)面上[4]，施加給滑體上浮托力，從而降低軟弱滑動面上的摩擦力。同時坡體下滑一般會伴隨產(chǎn)生大量豎向裂隙，又會產(chǎn)生水平推力，增大滑體的下滑力，增大滑塌風(fēng)險。

2.2 軟化變形

山西位于黃土高原，土質(zhì)邊坡中土壤類型多為黃土、紅黏土等，其具有強親水性，吸水易濕化，當(dāng)坡腳處水流匯集，坡腳結(jié)構(gòu)軟化破壞，從而導(dǎo)致坡頂下沉拉裂變形，坡后產(chǎn)生大量裂隙，這些裂隙又成為雨水的排泄通道進入邊坡內(nèi)部。

當(dāng)進入汛期后，河流流量增大，會使得原本處于穩(wěn)定狀態(tài)的邊坡地下水位急劇上升，影響范圍內(nèi)的土體水動力場發(fā)生變化，進而會引起重力侵蝕和水力侵蝕重疊區(qū)域應(yīng)力場的響應(yīng)，造成坡腳土體軟化、抗剪強度降低，最終導(dǎo)致滑塌。

2.3 潛在滑動結(jié)構(gòu)面及其強度衰減性

土體浸泡軟化是土顆粒與土中水相互作用的結(jié)果，因此可以從土水相互作用角度分析其軟化機理。浸泡后土體的峰值黏聚力c不斷損失，主要是因為：土體黏聚力主要是土顆粒間的聯(lián)結(jié)力，天然狀態(tài)下，聯(lián)結(jié)力主要由黏粒以及顆粒表面水膜的吸附力提供，而在浸泡之后，土中黏粒不斷溶解，顆粒表面水膜變厚，吸附力持續(xù)降低，從而導(dǎo)致顆粒間的聯(lián)結(jié)力持續(xù)下降，最終黏聚力不斷下降。

2.4 土體崩解性

據(jù)地質(zhì)資料及現(xiàn)場勘察，黃土特殊的物理力學(xué)性質(zhì)，斜坡所含地層主要以粉粒為主，水敏性好，遇水體積含水量迅速增長，黏聚力下降，強度降低，發(fā)生軟化。由于斜坡所含地層是由黃土層與古土壤層依次順序排列，二者在滲透性、黏粒含量和滯水性等方面差異較大，黃土層的滲透性相對古土壤大得多，古土壤層相當(dāng)于一個隔水層，導(dǎo)致地下水在土層與泥巖層接觸區(qū)形成大的滯水帶，使得接觸地帶的土層含水量增大，長期處于飽和狀態(tài)，甚至發(fā)生液化，形成易滑帶，導(dǎo)致抗滑力降低，增加斜坡失穩(wěn)概率。

3 預(yù)防措施

a）公路設(shè)計階段，設(shè)計人員需深入現(xiàn)場實地調(diào)研，結(jié)合實地水文地形地貌情況，對地質(zhì)薄弱處進行有針對性的防排水設(shè)計，加強坡面防護設(shè)計。

b）防護措施的選擇，需要根據(jù)實地情況合理進行。對于坡度較緩，穩(wěn)定性較好的土質(zhì)邊坡可直接采用植物防護，選擇恰當(dāng)?shù)倪吰戮G植，植被的覆蓋會減緩雨水的直接沖刷，植被根系扎入土體具有固土的作用；對于不適合直接植樹種草的坡體，如紅黏土、碎石土質(zhì)邊坡等，可采用噴混凝土植生防護；對于欠穩(wěn)定的邊坡可采用工程防護和植物防護相結(jié)合的形式進行防護?？偟脑瓌t就是采取相應(yīng)工程措施防止水流過多滲入坡體。

4 結(jié)語

筆者結(jié)合工作實際，對公路邊坡水毀破壞形式、特征進行了分析，提出了預(yù)防措施，為以后邊坡水毀處治做出參考。

a）根據(jù)現(xiàn)場地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查，研究區(qū)降雨和植被作用下的滑坡地質(zhì)災(zāi)害可以劃分為沖刷破壞、淺層漸進性破壞、深層水毀破壞等類型。

b）黃土特殊的物理力學(xué)特性，使其遇水性能會迅速軟化變形，抗滑力迅速降低導(dǎo)致斜坡失穩(wěn)。

c）為降低邊坡破壞的概率，在設(shè)計施工管理的各個階段均應(yīng)合理處治。