福建某高速牽引式滑坡成因機制分析及治理措施

■肖九資

（三明莆炎高速公路有限責(zé)任公司，三明 365000）

由于地層巖性、邊坡開挖、河流侵蝕以及降雨等影響，在山體坡腳處易形成牽引式滑坡[1]。 這類滑坡在山區(qū)丘陵公路滑坡中占據(jù)很大比例，且破壞程度嚴重、治理難度較大，給基礎(chǔ)設(shè)施運營帶來較大挑戰(zhàn)[2]。 牽引式滑坡在自下而上的形成過程中，土體抗剪強度逐漸降低，前緣邊坡體失穩(wěn)后逐漸向后緣發(fā)展，導(dǎo)致前緣坡體的支撐力減小，規(guī)模不斷擴大，從而出現(xiàn)臨空面，使得與之相鄰的后緣發(fā)生失穩(wěn)破壞[3]。 這類滑坡體的顯著特征是由貫通的拉裂縫將整個坡體劃分為數(shù)級滑體，這些滑體將數(shù)個小滑動面貫通成一個大的滑動面，從而形成較大規(guī)模的滑坡[4]。 牽引式滑坡的失效形式不是一次性發(fā)生，而是隨著時間推移，在外界因素誘發(fā)下不斷發(fā)生滑坡，該類滑坡影響范圍大，持續(xù)時間長，在實際工程中應(yīng)引起高度重視[5]。 在山區(qū)公路建設(shè)過程中，若對路塹邊坡的開挖導(dǎo)致的牽引式滑坡治理不當，會導(dǎo)致更嚴重的二次滑坡，使得后期治理難度增大，施工成本增加[6]。 因此在評價牽引式滑坡時需考慮形成牽引式滑坡的工程地質(zhì)條件和水文地質(zhì)條件，是否在工程建設(shè)中形成新的滑坡，以及滑坡的演變過程[7]。針對牽引式滑坡存在的主要問題，本研究以福建某高速公路路塹牽引式滑坡為例，通過地質(zhì)勘察、Bishop 極限平衡分析、參數(shù)反演并結(jié)合室內(nèi)土工試驗，對牽引式滑坡的破壞特征、演化機理及漸進破壞過程進行分析， 并給出相應(yīng)的災(zāi)害防治措施，以期為類似工程提供參考。

1 工程概況及工程地質(zhì)條件

1.1 工程概況

該邊坡所處區(qū)域為莆炎高速公路某收費站南側(cè)丘陵坡地上，區(qū)內(nèi)主要交通為國道534 線及鄉(xiāng)村道，地理位置及邊坡樣貌如圖1 所示。 該邊坡場區(qū)地形起伏明顯，但下部地勢相對較緩，一般高程介于380.0～430.0 m，自然坡度約10°～35°。 邊坡東南側(cè)溝谷因坡體表層土較松散，在雨水作用下，引發(fā)淺表層滑坡。 該高速互通右側(cè)深路塹最高約33 m，原設(shè)計為底部半擋土墻支護，下部兩階為拱形骨架植草，上部兩階為預(yù)應(yīng)力錨索框架加固。 該邊坡已于2019 年4 月、2020 年6 月發(fā)生了2 次滑動，2022 年6 月再次產(chǎn)生滑動，截至目前仍處于緩慢變形階段，坡體現(xiàn)狀變形較嚴重。 坡面見開裂或拱出，發(fā)育多處淺層滑塌，坡體上多處裂縫開裂錯動，裂縫寬0.1～0.3 m，深度未探測到底，裂縫延伸走向和長度不一，下錯0.5～1.0 m，后緣裂縫不明顯。

圖1 滑坡場區(qū)位置圖

根據(jù)現(xiàn)場變形情況，結(jié)合鉆探及實測斷面分析，確定該滑坡存在1 個滑塌區(qū)，及左右2 個獨立的小范圍崩塌區(qū) （圖1）。 滑塌區(qū)對應(yīng)樁號里程約CP0+053～CP0+140 斷面，橫向長度約90 m，主滑方向約290°。 滑塌區(qū)CP0+053～CP0+120 范圍為主要變形區(qū)，推測滑坡后緣為框格梁坡腳變形形成的陡坎處，滑坡前緣剪出口為坡腳擋墻墻頂，滑體厚約5～8 m；滑塌區(qū)CP0+120～CP0+140 范圍現(xiàn)狀以淺層溜坍為主，變形范圍是框格梁坡腳至中部寬平臺，滑體厚約3 m，暫未侵占改路平臺。

1.2 工程地質(zhì)條件

據(jù)區(qū)域地質(zhì)資料和工程地質(zhì)測繪成果，測段未見大的活動性斷裂通過， 地質(zhì)構(gòu)造條件較為簡單，屬相對穩(wěn)定地塊，地質(zhì)平面圖如圖2 所示。 據(jù)大演2 號大橋剪切波速成果，場地類別為Ⅱ類，屬中硬場地土。區(qū)內(nèi)基本地震動峰值加速度a 為0.05 g，地震基本烈度6 度，地震動反應(yīng)譜特征周期T 為0.35 s。場區(qū)地下水穩(wěn)定水位埋深大多在約5～15 m 處，前緣坡腳的地下水位埋深大多穩(wěn)定在約3～4 m，說明坡體失穩(wěn)開裂后破壞了地下水原有的徑流和排泄條件。 暴雨期間地表水和地下水順著坡面和滑動面的裂隙入滲，加之坡體前緣地形相對較緩，導(dǎo)致下部前緣坡體內(nèi)整體水位上升。 自2019 年4 月以來，因坡腳開挖平整修建梁場， 加之場區(qū)持續(xù)暴雨，引起邊坡塌方。 后期雖已處置，但邊坡一級寬平臺處又向下滑移，導(dǎo)致寬平臺上一級邊坡發(fā)生溜滑。

圖2 滑坡區(qū)工程地質(zhì)平面圖

根據(jù)鉆孔資料，該場地上覆第四系土層主要為坡殘積層 （Qel-dl）， 下伏基巖為石炭系下統(tǒng)林地組（C1l）泥質(zhì)粉砂巖，層理產(chǎn)狀90°∠57°。 巖土層從上至下分別為（前面數(shù)字為總層序號）：（1）4-13 為含碎石粉質(zhì)黏土（Qdl），呈灰色，以硬塑黏粉粒為主，碎石占10%～20%，成分為強風(fēng)化粉砂巖。 揭露厚度約1.20～9.20 m，為高液限土。 （2）5-13 為殘積黏性土（Qel），呈灰白-灰黃色，以硬塑黏粉粒為主，為泥質(zhì)粉砂巖風(fēng)化殘積土。 揭露厚度約6.30～9.40 m，為高液限土。 （3）13-11 為全風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖（C1l），呈灰白-灰黃色，局部夾灰色，粉砂結(jié)構(gòu)，薄層狀構(gòu)造，巖芯呈散體狀，手可捏散，揭露厚度約4.40～17.60 m。（4）13-12 為強風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖（C1l），呈灰黃色，粉砂結(jié)構(gòu)，薄層狀構(gòu)造，泥質(zhì)膠結(jié)，傾角15°，節(jié)理裂隙發(fā)育，見鐵錳質(zhì)染，巖芯以碎塊狀為主，部分夾砂土狀或夾少量柱狀，節(jié)長10～15 cm，錘擊易啞，揭露厚度約12.00～33.43 m。 （5）20-11 為構(gòu)造破碎帶（F），呈灰黑-灰黃色，碎裂狀，原巖為粉砂巖，受擠壓作用，蝕變嚴重，巖芯總體呈砂土狀，部分呈散體狀。 揭露厚度約14.13 m，未揭穿。 根據(jù)室內(nèi)土工試驗，得到滑坡區(qū)域內(nèi)巖土體參數(shù)如表1 所示。

表1 巖土體參數(shù)

2 滑坡變形破壞特征及穩(wěn)定性計算

2.1 變形破壞特征

由圖1～2 可知，該滑坡體滑向約290°，傾角約15°～60°。 沿線路橫向?qū)捈s100 m，縱長約100 m，滑坡體埋深約9～15 m，最大埋深約25 m，估算其平面面積約1.0×104m2，體積約8.0×104m3，判定其為牽引式淺-中層的中型新滑坡。 該滑坡經(jīng)過2019 年、2020 年的2 次滑動后，于2022 年6 月再次發(fā)生滑動。 該坡體雖前兩次滑動后采取了相應(yīng)的加固及支擋措施，但在2022 年4 月—6 月降雨影響下，中下部2 階拱形骨架支護的坡體再次發(fā)生滑動變形，下錯約1～1.5 m，向北側(cè)滑移約3～6 m。 上部錨索框架加固坡體未見明顯滑動，但底部已被掏空；滑坡后緣排水天溝裂縫明顯可見，寬約1 cm，下錯不明顯；滑坡體前緣因坡腳有擋墻支擋，未產(chǎn)生滑舌。

根據(jù)第1 次滑動后的勘察鉆孔成果，表層含碎石粉質(zhì)黏土與全風(fēng)化地層其巖土結(jié)構(gòu)不清，局部土夾石，可判斷為滑床位置。 根據(jù)現(xiàn)場踏勘及實測斷面分析，路塹擋墻未發(fā)生變形，推測滑面剪出口應(yīng)當在擋墻墻頂之上。 第3 級框架錨桿（索）邊坡未發(fā)生明顯變形，且在第3 級邊坡坡腳下方有明顯陡坎，推測滑面后緣在第3 級邊坡坡腳陡坎處。 因該坡體歷經(jīng)3 次巖土體滑動，經(jīng)泡水軟化后，造成滑動面加深，導(dǎo)致新滑動帶位于殘積土底部及全風(fēng)化粉砂巖層中。 滑坡體中部表層因本滑坡引起較大面積淺表層崩塌、坍塌，且滑坡坡腳擋墻底部有明顯地下水滲出。 后上部錨索框架加固坡體雖未見明顯滑動，但局部錨索錨頭已脫落，說明上邊坡已處于蠕動變形階段。

2.2 穩(wěn)定性計算

自然邊坡在受到外界破壞后，其地質(zhì)體內(nèi)部原有應(yīng)力狀態(tài)重新調(diào)整，導(dǎo)致應(yīng)力重新分布和應(yīng)力集中，使得斜坡緩慢變形直至破壞。 雖然牽引式滑坡是在長期歷史環(huán)境中演化形成的，但在外界影響下（如強降雨）存在突發(fā)性，因此有必要計算極端工況下坡體的穩(wěn)定性[8]。 根據(jù)鉆孔揭露的軟弱層和變形情況，以及錯動裂隙、塌陷點位置連線而成的坡面位置，確定本區(qū)域有1 個主滑動面，其深度約10～25 m。 基于Bishop 極限平衡法，選擇潛在滑動面進行穩(wěn)定性驗算，計算其穩(wěn)定性并反求c、（值，其計算表達式如下：

式中：Fs是穩(wěn)定性系數(shù)；ci為第i 計算條塊滑面黏聚力；φi為第i 計算條塊內(nèi)摩擦角；θi為第i 計算條塊滑面傾角；Wi為第i 計算條塊單位寬度自重。在此基礎(chǔ)上反算主滑帶抗剪強度指標，其反演計算公式為：

本研究對變形較嚴重的CP0+053 與CP0+120 2 個斷面進行參數(shù)反演分析。 參考前一次變更c、φ值反演取值情況，反演得到邊坡滑面在暴雨工況下的抗剪強度參數(shù)為：c=5 kPa，φ＝12°。 考慮邊坡經(jīng)歷多次變形，滑體物質(zhì)結(jié)構(gòu)松散，將暴雨工況下滑體抗剪強度參數(shù)修正為：c=8 kPa，φ＝14°。 采用下部清方加固、中部抗滑樁支擋及樁后填土反壓，頂坡框架錨桿（索）防護的方式進行加固，計算在正常工況以及暴雨工況下上述2 個斷面的潛在穩(wěn)定性系數(shù)，評價工況影響以及加固效果。

圖3、4 分別為正常工況下和暴雨工況下CP0+053（垂直大里程方向）斷面處于加固前后邊坡的潛在穩(wěn)定性計算圖。 從圖中可看出在正常工況下，潛在穩(wěn)定性系數(shù)由加固前的1.060 提升到1.373，大于安全系數(shù)1.20；暴雨工況下潛在穩(wěn)定性系數(shù)從加固前的0.915 提升到1.102，大于安全系數(shù)1.10，加固效果良好。 加固后此處的抗滑樁抗力約為750 kN/m，能顯著提升邊坡穩(wěn)定性。

圖3 正常工況下CP0+053（垂直大里程方向）斷面處加固前后穩(wěn)定性分析

圖4 暴雨工況下CP0+053（垂直大里程方向）斷面處加固前后穩(wěn)定性分析

圖5、6 分別為在正常工況下和暴雨工況下CP0+120 斷面處加固前后邊坡的潛在穩(wěn)定性計算圖。 從圖中可看出在正常工況下，潛在穩(wěn)定性系數(shù)由加固前的1.125 提升到1.378， 大于安全系數(shù)1.20；暴雨工況下潛在穩(wěn)定性系數(shù)從加固前的0.890提升到1.106，大于安全系數(shù)1.10，加固效果良好。加固后此處的抗滑樁抗力約為650 kN/m，能顯著提升邊坡穩(wěn)定性。

圖5 正常工況下CP0+120 斷面處加固前后穩(wěn)定性分析

圖6 暴雨工況下CP0+120 斷面處加固前后穩(wěn)定性分析

3 滑坡演化機理及防治措施

3.1 滑坡演化機理

根據(jù)鉆孔資料，場區(qū)中心有1 條斷層破碎帶通過，走向與主滑向夾角約10°，傾角約75°。場區(qū)坡體上覆厚約6.0～10.0 m 的硬塑坡殘積粘性土，為高液限土；下伏厚約4.0～10.0 m 全風(fēng)化巖，埋深最深處達40 m，這為坡體變形和滑坡的形成提供了地質(zhì)基礎(chǔ)。 山坡上部坡殘積粘性土及全風(fēng)化巖透水性差，飽水易軟化，而下部碎塊狀強風(fēng)化巖層透水性相對較好。 在持續(xù)降雨作用下，上覆松散土體迅速飽水軟化，土體自重增加，粉砂巖的層理面不斷浸潤、泥質(zhì)化。 強風(fēng)化巖層飽水后形成承壓含水層，對上部地層產(chǎn)生較強的浮托作用，并軟化上部地層，使得上部地層底面抗剪強度大幅降低，改變了原有自然山體的整體應(yīng)力平衡，產(chǎn)生滑動，進而牽引后部山體的變形開裂。

3.2 防治措施

雖然該滑坡現(xiàn)狀穩(wěn)定，但上部錨索框架坡體處于蠕動變形狀態(tài)，若未及時采取有效的加固措施，當再次遭遇持續(xù)降雨時，中下部殘坡積高液限土經(jīng)泡水軟化后可能再次產(chǎn)生滑移，極易牽引后上部已加固的坡體（具潛在滑動面的）變形，危及下方路堤。 為防止坡體繼續(xù)下滑，應(yīng)采取有效措施，具體包括：（1）工程防治措施。夯填裂縫和開挖臨時截水溝，完善坡面上及坡頂?shù)呐潘到y(tǒng)，防止降雨時地表水大量滲入坡體內(nèi)，進一步加劇坡體變形。 將坡體現(xiàn)有裂縫用防水板鋪底后采用粘土夯填，且在裂縫外側(cè)挖設(shè)臨時截水土溝，必要時采取相應(yīng)的降水措施。 根據(jù)前兩次滑坡治理效果及本次勘察成果，應(yīng)在坡體中部選用抗滑樁支擋及樁后填土反壓，坡頂框架錨桿（索）防護，增大抗滑力，防止邊坡再次滑動。 （2）滑坡位移監(jiān)測。 在施工期間及完工后，應(yīng)對滑坡位移及深部土體變形等進行監(jiān)測，做到及時預(yù)警、動態(tài)設(shè)計、信息化施工，做好相應(yīng)的應(yīng)急措施，同時評價加固效果，確保施工期間和運營期的滑坡穩(wěn)定及安全。

4 結(jié)論

本研究以福建某高速牽引式滑坡為例，介紹了滑坡的工程特征及形成機制，并計算了暴雨及正常工況下邊坡加固前后的穩(wěn)定性，提出了防止該邊坡再次滑動的治理措施，得出主要結(jié)論如下：（1）該牽引式滑坡由坡腳開挖及侵蝕，外加巖土體破裂以及坡體排水不暢，導(dǎo)致滑動面從下到上持續(xù)貫通發(fā)展而形成；（2）通過參數(shù)反演及極限平衡分析，計算出在正常工況和暴雨工況下邊坡加固前后的穩(wěn)定性，證明邊坡加固后穩(wěn)定性顯著提高；（3）針對滑坡的形成機制，提出具體的工程防治措施與位移監(jiān)測要求，應(yīng)采取下部清方加固、中部抗滑樁支擋及樁后填土反壓，頂坡框架錨桿（索）防護的方式進行加固；在施工中及施工后，均應(yīng)對滑坡位移及深部土體變形等進行監(jiān)測，做到及時預(yù)警。