托苗坳左高边坡破坏成因机制与稳定性分析★

张书华 赵中华

(1.三峡大学科技学院，湖北 宜昌 443002; 2.湖北清江水电开发有限责任公司，湖北 宜昌 443002)

·岩土工程·地基基础·

托苗坳左高边坡破坏成因机制与稳定性分析★

张书华1赵中华2

(1.三峡大学科技学院，湖北 宜昌 443002; 2.湖北清江水电开发有限责任公司，湖北 宜昌 443002)

针对贵州省水口至格龙(榕江)高速公路AT17合同段托苗坳左超高边坡YK75+905～YK76+200段在开挖深路堑并支护高边坡基本完成后，在雨季强降雨影响下，发生了变形破坏的现象进行了分析，阐述了高边坡基本形态及变形破坏成因机制，提出了高边坡稳定性分析建议参数及治理措施。

路堑高边坡，变形破坏成因，治理措施

贵州省水口至格龙(榕江)高速公路YK75+800～YK76+204路段，原设计为托苗坳小间距短隧道，进口浅埋段软弱夹层、断层破碎带稳定性极差使成洞十分困难，经业主和专家组确定将整个隧道工程改为深路堑工程。按此变更方案开挖深路堑并支护高边坡基本完成后，由于边坡坡体软弱夹层、断层破碎带极其发育，范围显著扩大，导致高边坡在雨季强降雨影响下，发生岩土体蠕动变形，产生拉裂、剪裂现象，坡面及开挖面可见明显的变形拉裂破坏现象，有进一步发生滑坡的危险，故急需进行防护治理。

1 地质环境条件

1.1 水文地质条件

本区属亚热带温暖气候区，雨量充沛，年均降水1 050 mm～1 250 mm，降雨量的75%主要集中在5月份～8月份，雨季易形成洪水、泥石流、滑坡、崩塌等自然灾害，连续、集中的强降雨为诱发高边坡变形破坏提供了水动力条件。

地下水主要有第四系松散堆积物孔隙滞水和基岩构造裂隙水两种类型。孔隙滞水季节性赋存于山坡表层覆盖层孔隙中，由大气降水入渗补给，由于含水层分布不连续，厚度不大，土层结构松散，处于高边坡地形，孔隙水易于向坡脚或下伏强风化带下渗排泄，其贮水条件差，富水性弱，仅为季节性滞水，但雨季较丰富。据钻探资料，覆盖层中钻进漏水现象严重，终孔静止水位多位于下伏基岩内或无水，表明覆盖层孔隙发育，渗透性强，贮水性能差。持续强降雨期间，土体含水量剧增乃至饱和，雨后地下水则顺坡排向冲沟溪流。因此，土体含水量在丰水期较大。

1.2 地形地貌

折线形左高边坡坡面倾向NNW343°，左高边坡已形成七级边坡，其中第二级坡设有抗滑桩平台，将来作为连接线公路，边坡顶部标高约884 m，高速路面标高约777 m，总体坡高约107 m。

高边坡的北东侧为一山脊，呈NE50°走向。山脊与人工边坡之间残留了原始的坳沟，宽约10 m，深约4 m，植被发育，目前无水，已设置人工排水沟，山脊植被发育，多杉树和灌木。北东坡脚为在修的连接线，有几处工棚。高边坡南东侧为Y形冲沟，无水。

1.3 地层岩性

该边坡覆盖层为残坡积含角砾粉质粘土、粘土，最大厚度4.70 m，稍湿，稍密，角砾成分以变余砂岩、泥岩为主，棱角状～次棱角状，粒径一般为2 cm～4 cm，中间充填粉质粘土，充填物含量约20%。

强风化浅变质泥质砂岩分布在二级边坡开挖面以上，黄褐～灰黄色，干～稍湿，砂质结构，层状构造，主要矿物成分为长石、石英，含少量粘土矿物。由于处托苗坳断裂中，岩体受构造作用强烈，裂隙十分发育，岩体呈碎裂状结构，裂隙间充填粘土，扰动易散，湿水易崩解和泥化。粉砂质泥岩：紫红、褐红色，主要矿物成分为长石、石英等，受托苗断裂影响，节理及裂隙十分发育，岩石呈角砾状结构，风化强烈，岩体多为角砾夹砂土状，裂隙表面明显可见灰黑色铁锰质薄膜，充填泥质；结构稳定性及水稳性差。

强风化断层角砾—糜棱岩：灰黄～黄红色，分布于高边坡坡肩一带，边坡面上局部也见到。原岩为变余粉砂岩，主要矿物成分为长石、石英等，由于断裂构造作用强烈，节理及劈理十分发育，风化强烈，岩体多为角砾夹砂土状，结构稳定性及水稳性差，另外明显见宽1 m左右的断层泥。

中风化断层角砾—糜棱岩：青灰色，分布于高边坡坡脚、坡体深部一带。原岩为变余粉砂岩，主要矿物成分为长石、石英等，由于断裂构造作用强烈，节理及劈理十分发育，岩石呈碎散角砾和片理状结构，风化强烈，岩体多为角砾夹砂土状，结构稳定性及水稳性差，岩体呈碎裂状结构，可用机械直接挖掘。

1.4 地质构造

左高边坡区位于北东向托苗坳向斜南东翼，次级小褶皱发育，岩层产状变化明显，可见多条规模不等断裂破碎带，在断层构造岩中发育平行于层面的劈理和片理,分布密集，致使岩体极度破碎。

F1:走向NEE～SWW，断裂产状210°∠30°，宽约2.0 m，向东变窄。带内岩石破碎呈角砾状、碎块状，并夹有断层泥，外表呈土黄、黄红色，与断裂两侧的差别明显。断裂南侧岩层倾向SW，产状在300°∠26°，局部略变陡，断裂北侧岩层产状210°∠30°，该断裂类似顺层断裂。

F2:分布在F1北侧约16 m，走向NEE～SWW，断裂产状163°∠63°，宽约1.3 m，向西变窄。带内岩石破碎呈角砾状、碎块状，并夹有断层泥，外表呈土黄、黄红色，与断裂两侧的差别明显。断裂南侧岩层倾向SE，产状在130°∠30°，局部略变陡，断裂北侧岩层产状主体也向SE倾斜，该断裂类似顺层断裂。

F3:位于F1的南西侧，该断裂见于开挖的陡坎上，走向NW～SE，倾向南西，产状为230°∠45°，断裂带宽约1.5 m，带内岩石成碎块状、角砾状，夹有断层泥。该断裂截切了F1。

F4:走向NEE～SWW，断裂产状163°∠23°，宽约6.0 m，向东变窄。带内岩石破碎呈角砾状、碎块状，北侧块状，夹有断层泥，外表呈土黄、黄红色，与断裂两侧岩层的差别明显，断裂南侧岩层倾向SW，产状在128°∠56°，局部略变陡。该断裂也类似顺层断裂。

F5:位于小号段坡脚，宽约0.8 m。带内岩石破碎呈角砾状、碎块状。

F8:位于二级平台处，该断裂见于开挖的边坡陡坎上，走向NE～SW，倾向南东，产状为110°∠68°，断裂带宽约2.5 m，带内岩石呈碎块状、角砾状。

工区总体上属区域上的托苗坳向斜南东翼。在露头上可见小褶皱，岩石呈碎块状、角砾状。

2 高边坡基本形态及变形特征

2.1 坡体平面特征

二级坡抗滑桩受到变形坡体推移作用的影响，向外发生一定的位移；地面变形主要表现为地表开裂、地面下沉，抗滑桩以上三级～五级坡体鼓凸；坡体后缘发育环形拉张下挫裂缝(拉张73 cm，前部下挫96 cm)。综合分析研究，高边坡可以分成两块变形体系特征。

2.1.1 后缘圆弧滑动变形体区(Ⅰ)

分布在高边坡坡顶及后缘区域。在通信塔后侧约7 m处可见一圆弧状贯穿拉张裂隙，最大变形处位于通讯塔东侧96°方向约11 m处，可见张开约73 cm，下沉96 cm；该拉张裂隙向北东约50 m处高边坡上可见拉张约20 cm，下座不明显；向SW约50 m的山坳附近可见拉张约22 cm，下座不是很明显，该圆弧状贯穿拉张裂隙为该区变形体后缘。变形体物质基本为碎石土+强风化变余砂岩、泥岩层。该区变形体前缘推测位于原先的第八级边坡及断裂带F2，F4一带，在2010年7月可见有裂隙，目前因抢险施工而基本清除。根据弓箭原理，推测该变形区总体滑动方向为NW312°左右，为浅层圆弧滑动变形。

2.1.2 折线与圆弧复合变形区(Ⅱ)

该变形区块位于高边坡中下部，原第八级边坡至坡脚公路路面。该区东侧变形见于NE向的山脊，可见近平行的3条NE走向的拉张裂隙，自东向西，张开幅度分布为20 cm，22 cm，63 cm，东侧排水沟之中下部可见拉张裂隙，导致下部排水沟完全损毁，其走向在45°左右。张开约23 cm，其西侧下滑明显。该部分为圆弧变形区。

该区西侧的高边坡可见许多近平行的NE向裂隙，一般倾向SE，倾角在45°～60°左右。东侧下滑，NW侧外鼓，位移距离在20 cm左右。这些滑动面基本上是顺岩层软弱面发育，变形带宽3 cm～20 cm不等，可见泥化层，较湿润。变形位移导致框架变形拉裂，钢筋扭曲；下降盘(东侧)的框架悬空。

该区中部楔状变形分布在高边坡中部及西侧(大号段)。主要变形集中在原第三级～第七级边坡一带。开挖面可见多组不同方向的变形裂缝、突出错坎，组成复杂的楔状体。

2.2 坡体垂向结构特征

根据两条控制性勘探剖面揭示，高边坡岩体成分组成复杂多变，相互间常呈过渡或交错状态，界线并不十分清晰，分布范围广、厚度大，且横向、纵向差异变化较大。分层主要依据上下层的主体物质构成特征来划分。

Ⅰ—Ⅰ′剖面前部已施工锚杆格构，岩体均由强～中风化破碎的断裂带物质组成，呈土夹石状态，坡面均有裂缝张开及鼓凸；Ⅰ—Ⅰ′剖面中部坡段岩体上部相对较完整，但也被断裂所切割呈块状、碎块状，下部深度岩体为断裂带物质组成；Ⅰ—Ⅰ′剖面后部坡段岩体较完整，坡面见拉张裂缝，张开度较大。另外在岩层中可见顺层分布的铁锰质软夹层及断层泥灰。

Ⅱ—Ⅱ′剖面岩体均由强～中风化破碎的断裂带物质组成，呈土夹石状态。前部坡面均有裂缝张开及鼓凸、错坎；中部坡段岩体被断裂所切割呈块状、碎块状及角砾砂状，岩体为断裂带物质组成；后部坡段坡面见拉张裂缝，张开度较大。另外在岩层中也可见顺层分布的铁锰质软夹层及断层泥灰。

从以上汇总分析，高边坡为Ⅳ类型边坡，为构造破碎带规模较大、岩体不完整的碎裂结构岩质边坡。

3 变形破坏成因机制分析

根据高边坡地形地貌、物质组成、变形活动特征等，分析高边坡变形破坏成因机制大致如下：

首先，边坡开挖形成临空面后，引起应力释放，边坡内应力重新调整。边坡中下部及坡脚应力集中地带岩体为托苗坳断裂带物质，岩体破碎及节理裂隙发育，另外坡体在多条小断裂(如断层泥灰软化带)切割分隔，岩体完整度极差，岩体力学强度急剧降低，故在应力集中部位岩土体发生压密、位移，边坡中上部易产生卸荷松弛变形，在加载、雨水等外因的作用下，坡体极易发生变形破坏。

其次，高边坡区内典型的变形破坏现象均发生在丰水年雨季连续强降雨过程后。持续降雨达饱水状态时岩土体强度降低，稳定性变差，自重作用下亦可产生向下蠕动变形，形成大致平行于就近临空面的拉张裂缝，或在自重作用下产生浅层变形、小滑移，形成平行于就近临空面的拉张裂缝和错落坎。局部陡临空土体(小号坡脚侧处)甚至发生坍滑破坏。

因此，该高边坡在具备了地形地貌、物质组成、坡体结构等地质要素后，降雨是诱发坡体变形乃至破坏的外部主要因素。由于该诱发因素具有周期性和不确定性，因此，高边坡变形破坏显现出周期性发生和强度不等的特点。

边坡变形破坏后，边坡后缘就形成多条大致平行于主临空面的拉张裂缝，在坡面形成多条剪切裂缝。在坡体局部岩体较完整的深部部位，格构锚索的锚固力大，明显大于岩体破碎部位，防护效果强，故该岩体较完整区域变形位移较其他部位小，交错部位形成剪裂缝及错坎，这种情况主要发生在锚索格构区域。

根据剖面临空条件、各岩土层力学性质及其相互接触关系，结合危险面搜索和同类工程经验判断，该边坡上部土层及强风化断层角砾岩容易形成圆弧形剪切破坏。

4 高边坡稳定性分析及评价

高边坡稳定性分析采用刚体极限平衡法，所以只采用重度、抗剪强度指标。有关参数根据边坡分层岩土体物质构成特点和土工试验结果，参考类似工程经验综合确定。最终采用各层岩土的天然、饱和重度以及天然、饱和抗剪强度计算值如表1所示。

表1 边坡稳定性分析计算参数表

5 结语

1)高边坡为一级边坡，为Ⅳ类型及构造破碎带规模较大、岩体不完整的碎裂结构岩质边坡。强降水入渗易使水稳性差的断裂带物质(泥化层、断层泥灰)及强风化层软化和崩解，影响了深路堑的边坡的稳定性。

2)边坡主要由断裂带和节理裂隙联合控制，易形成折线、圆弧形破坏，相对于整个坡体而言，潜在滑体属于较深部的滑坡，需采取工程措施加以防范。坡体现在分为后缘圆弧滑动变形体系(Ⅰ)及折线与圆弧复合变形区(Ⅱ)，目前经对边坡坡体消方减载，坡面无见新的裂缝，但根据中科院武汉岩土研究所的钻孔测斜管监测数据，锚索抗滑桩及坡体现在仍有一定的变形，但变形值很小。

3)建议设计按饱和工况、安全系数1.35要求设置坡面加固防护工程，抗滑支挡部位可参照剩余下滑推力计算结果，结合剖面中风化岩层埋深、对应条块传递推力的大小等因素，综合考虑择优布置。

4)水是影响坡体稳定的重要因素，因此采取有效的坡面防排水措施，坡顶及坡缘修筑截排水沟，开挖后坡面进行封闭及植被处理，尽量恢复原始生态环境。考虑到隧道开挖时见明显渗水，建议坡面设排水孔。

5)鉴于该高边坡挖深大，地质情况复杂，建议增加边坡监测，为动态设计、施工提供技术支撑。

Analysis of formation mechanism and stabilityof high rock slope failure for Tuomiao depression left★

ZHANG Shu-hua1ZHAO Zhong-hua2

(1.College of Science and Technology of China Three Gorges University, Yichang 443002, China；2.Hubei Qingjiang Hydropower Development Co.， Ltd， Yichang 443002, China)

Analyzes Guizhou province Shuikou to Gelong(Rongjiang) AT17 contract section of highway Tuomiao depression left super high slope of YK75 + 905 ～ YK76+200 segment in the excavation of deep cutting and support of high slope in rainy season basically completed, the strong rainfall influence， deformation damage. This paper expounds the formation mechanism of the basic form of deformation and failure of high side slope， puts forward the stability analysis of high slope parameters and the control measures.

cutting high slope, deformation damage causes， control measures

1009-6825(2014)36-0035-03

2014-10-18 ★:国家自然科学基金(项目编号：2516298)

张书华(1984- )，女，硕士，讲师； 赵中华(1977- )，男，高级工程师

TU413.62

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