降雨条件下某软岩边坡滑移机理及处理研究

兰素恋，李侑军，谭 毅，蒙治光

降雨条件下某软岩边坡滑移机理及处理研究

兰素恋，李侑军，谭 毅，蒙治光

(广西交通科学研究院有限公司，广西 南宁 530007)

降雨条件下边坡滑移灾变问题始终是滑坡领域研究的热点与难点。某软岩滑坡位于广西百色某在建公路内，坡顶有房屋15栋。由于坡面未做任何防护措施，该边坡在坡脚开挖卸荷、高强度降雨的冲刷综合作用下发生滑坡。本文以地质分析为基础，深入研究了该滑坡的失稳破坏模式。分析发现，该边坡滑动面位于土石分界面，滑体厚度较小，对公路建设影响有限。滑坡滑移过程为：开挖应力释放—前缘扩展—降雨入渗—前缘滑移—后缘张裂—整体滑动，属浅层牵引式滑坡。滑坡内因主要为长期入渗的地表水及短时入渗的过量雨水对边坡岩土体抗剪强度的弱化，外因主要是开挖坡脚导致阻滑力减小。滑坡一旦失稳，对坡顶近百居民的生命财产安全造成严重威胁。针对这种滑坡采用以抗滑桩为主的综合治理方案，结果表明：该处理方案具有效果好、造价低、施工进度快等优点，对类似工程具有良好的借鉴意义。

边坡工程；形成机理；滑坡处治；地下水；抗滑桩

本文在进行实际勘察基础上，探讨该滑坡的滑动成因机制，进行滑坡稳定性分析，从而提出综合处理的措施，以期对类似第四系残坡积堆积物发育地区的滑坡处理提供借鉴。

1 地质情况

1.1地形地貌

滑坡区域地形总体倾向西南，地貌类型属构造-剥蚀低山丘陵地貌，高程786～980 m，地形坡度25°～45°，为单斜地形，植被茂密，见图1。边坡区域西侧发育一条冲沟，冲沟走向为自东向西并呈弧形向东侧突出；滑坡区域东北侧下部山体坡度为10°～20°，多处存在区域高差呈台阶递减的平缓带状区域，且局部植被覆盖率、植被高度、植被类型分布区域较其余区域存在很大差别；滑坡区域南侧的山体坡度变化不大，未发现马刀树、醉汉林，沿沟谷走向两侧山岭坡体构造形式存在极大差异，整体属古滑坡；滑坡区域坡顶曾于1993年原有县道施工期间出现宽0.2～0.5 cm张拉裂缝，先已愈合，现有滑坡区域属老滑坡区域。

图1 滑坡区域地形地貌

1.2地层岩性

滑坡区上覆第四系全新统残坡积土，按形成次序从新到老依次描述如下：①第四系全新统残积土(Q4el+dl)，可塑，黄色～黄褐色，以黏土、粉质黏土及全风化泥岩、泥质砂岩为主，厚度一般约5.0～8.3 m。②三叠系(T2bl)黄色、灰色泥质砂岩、砂岩，岩层产状160°∠25°，粒状或泥质结构，节理裂隙发育，薄层～中厚层状构造，该层在滑坡前缘及在建道路路堑边坡有出露，出露基岩均有不同程度风化。

1.3水文条件

滑坡区内地表水来源主要为人为活动废水，当地居民长期将生活污水直接排入边坡中，使黏土、粉质黏土与基岩交界区域长期处于饱和状态。地下水主要为松散岩类孔隙水和风化基岩裂隙水，其中松散岩类孔隙水主要贮存、流动于第四系残坡积层的孔隙中，补给途径为大气降雨，并以孔隙渗流的形式就近排泄于低洼沟谷中，流量贫乏，受季节变化影响较大。由于区域内上覆第四系残坡积土的孔隙度高、渗透性好，下部全～强风化基岩层渗透性较差，且全风化泥岩、泥质砂岩遇水易变软泥化，可视为相对隔水层，故第四系松散岩类孔隙水除少部分下渗补给基岩裂隙水外，大部分储存在土岩接触面中，对滑坡、崩塌等地质灾害的形成有重要作用。风化基岩裂隙水主要贮存于岩石构造裂隙与风化裂隙中，区内基岩风化裂隙、构造裂隙比较发育，但细小裂隙又多被黏土充填，储水、透水能力较差，渗透系数较小，往往形成相对隔水层，大气降水经坡残积层渗透后，在强风化层易受阻隔。

地下水受地层岩性、地质构造、地形地貌条件控制，水文地质条件相对简单，松散岩类孔隙水主要赋存于没有统一水力联系的覆盖层中，水量贫乏，季节性变化明显，对滑坡发生影响较大。

2 边坡滑动发展及分析情况

2.1滑坡周界、规模、形态特征

滑体在平面上呈西南～东北向展布的逆向舌状，宽约120 m，轴长60～80 m，最长约100 m，主滑方向约43°，滑坡中部分布厚度较大，两侧较薄，厚度最大约8 m，滑体平均厚度约5 m，总方量约6×103m3，后缘呈“圈椅状”，滑坡区域高程810～836 m，整体坡度为10°～20°，表层残坡积覆盖层厚度约6 m。滑坡前缘已出现小面积的滑塌，局部土体鼓胀凸出；滑体中上部裂隙发育，边坡变形明显，周界基本清晰，滑坡区内未见基岩出露，见图2。

图2 滑坡形态示意图

2.2滑坡物质组成及结构特征

滑体特征：滑体周界沿两侧西南→东北向冲沟延展至在建公路，滑体由土黄色、黄色可塑～硬塑状残坡积土组成，稍湿，主要成分为黏土、粉质黏土、全风化泥岩、泥质砂岩，其中碎石含量低于10%，粒径以2～5 cm为主，个别大于5 cm，土质较均匀，透水性好，遇水易软化，钻孔揭露上覆土层厚5.00～6.00 m。

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滑动带：钻探表明滑动带深度为2.0～5.3 m，位于第四系覆盖层与基岩分界面，由软塑状粉质黏土、黏土组成，夹杂少量粒径小于1 cm的碎石，薄层厚度约30 cm左右，饱和；探坑开挖至滑动面时局部有水渗出，见图3。

滑床：滑床由全～强风化泥质砂岩、泥质组成，见图4。全～强风化泥质砂岩呈碎屑状结构，局部有黑色片状炭质结核分布，岩体结构被节理面切割成块状，岩芯多为块状、短柱状，岩芯采取率10%～20%；全～强风化泥岩，泥质结构，薄层状构造，岩性较软，岩芯多为块状，结构破碎。滑床岩面呈斜线形，整体为一斜向坡，岩层产状为160°∠25°。

图3滑动带土样图4滑床岩样

2.3滑坡变形特征

(1)地表裂缝：该滑坡表面主要反射张拉裂缝有3条，延伸长度19～25 m，宽度10～50 cm，前缘裂缝已出现上下错位。

(2)前缘滑塌：滑履带出现滑塌，覆盖部分在建公路，形成陡坎和下挫台阶，陡坎高差不等，高差约2～3 m。

(3)后缘错位：滑体后缘出现圈椅状错位沉降，沉降深度0.5～1.0 m，滑壁局部可见由黑褐色耕植土、黄色黏土，整体变形明显。

3 滑坡稳定性评价

3.1计算工况及参数选取

(1)室内试验：根据现场所取滑动面土样的室内试验结果，粉质黏土在天然状况下其算术平均值：c=20.90 kPa，φ=18.92°，标准值：c=19.08 kPa，φ=17.63°；在饱和条件下其算术平均值：c=11.02 kPa，φ=10.99°，标准值：c=10.34 kPa，φ=9.69°。

(2)岩土参数的反算[1-3]：由于滑坡已发生滑移，且在自然情况下边坡土体很难达到完全饱和，故选取最不利断面对滑体土的抗剪强度进行反算，在暴雨工况下，稳定系数取0.779，考虑土体饱和，以完全φ值反算c值。反算结果为：φ=13.00°，c=14.90 kPa。

综合室内试验、反算法和综合类似地区勘查经验，确定滑坡区岩土体力学参数如表1所示。

表1 计算参数选取值

3.2计算结果及分析

(1)计算方法：根据滑坡的滑动面呈近似折线型，按照规范[4]推荐的公式对滑坡的稳定性与剩余下滑力进行计算。

(2)计算工况组合：工况1，自重(天然工况)； 工况2，自重+暴雨+地下水(饱和工况)。

通过软件对滑坡稳定性进行计算，计算结果如表2所示。

表2 边坡稳定性计算参数

3.3滑坡形成原因分析

(1)地形地貌：区内地下水的运移受地层产状、断裂构造和地形地貌条件制约，地形整体沿坡面倾向形成“浅勺状”地形，有利于地表水、地下水的集聚，不利于排泄。

(2)地质构造：滑体后缘曾在原有公路施工时出现张拉裂缝，前缘表层土体黏聚力3.49 kPa，内摩擦角19.7°，其值较一般黏土要低，土体结构松散，有利于大气降雨的入渗。

(3)降雨影响[7-8]：滑坡区上部土体在经受持续性高强度降雨后，雨水进入坡体内部并溶解土体间胶结物质，而深层土体内水位受地形所限，升高后无法及时降低，在周边一定深度范围形成饱和区域，与上部土体的孔隙水压力相差较大，形成具有一定水力梯度的孔隙水压力；入渗的污水沿基岩面的渗流汇聚至基岩面或滑动面，形成含水体或统一的潜水面，润滑软化滑动面并产生对坡体的浮托作用，导致滑动带土体与周围土体摩擦力减小；含水体或潜水面产生后，运动着的地下水拖曳土体或土粒向渗流方向前进，并软化更下部的土体，而黏土颗粒的减少由土体颗粒分析实验可验证。暴雨则使含水体或潜水面水头高度增大，增大了边坡下滑力，进一步降低了边坡稳定性。

(4)工程活动：路堑边坡开挖导致边坡结构在体积、形状以及整体性发生了显著性变化，边坡结构局部失去连续性、稳定性，直接改变了边坡边界条件，原有坡脚的阻滑作用被严重削弱，边坡抗滑力减小；同时，在该边坡施工完毕后并未及时支护，当滑动面的剪应力超过滑动面抗剪强度时，滑体沿滑动面滑出，发生滑坡。

综上所述，滑坡内因主要为长期入渗的地表水及短时入渗的过量雨水对边坡岩土体强度的弱化，外因主要是开挖坡脚导致阻滑力减小，滑坡机制可概括为开挖应力释放—降雨推移，属浅层牵引式滑坡。

4 边坡处理

根据滑坡危害对象及潜在经济损失，该滑坡危害等级可划分为二级。由于滑坡发生后并未采取任何防护措施，在降雨条件下存在滑动可能性，坡顶房屋建筑存在发生牵引式滑移的可能，对边坡顶部常住居民带来安全威胁，因此本次滑坡处理重点为坡顶。

由于本滑坡地势较缓，根据计算剩余下滑力只有150 kN，下滑土体方量不大，并且清理土方即可，而边坡滑动后，滑坡后缘房屋建筑会发生牵引式滑移，因此灾害重点是后缘坡体。

工程重点是根据滑坡成因采取针对性的防治措施。该滑坡的发生为坡脚开挖及岩土抗剪强度被水弱化所致，首要前提是完善滑坡区域的截排水系统，将过量的地表水、雨水引排至滑坡区域以外，阻止滑动带抗剪强度的持续劣化；其次是为保证坡顶房屋建筑的安全，需设置支挡结构阻止坡体后缘的滑移，且应选择对坡体造成扰动较小的施工工艺，以免诱发滑动范围的后延；在疏导地表水、雨水，保证房屋稳定后，滑坡潜在危害对象转移至在建公路的行人车辆上，由于本滑坡地势较缓，根据计算可得计算下滑力近150 kN，在保证房屋稳定前提下可采用减压卸荷、阻拦滑体的方法。保证房屋稳定是本滑坡处理的重难点，由于房屋地面与滑体后缘高差将近10 m，无法采用挡墙等浅层防护结构，可沿滑坡中后缘间设置直径1.5 m抗滑桩，并沿纵向配36根直径25 mm的HRB400钢筋，环向配双层直径22 mm的HRB400箍筋，同时桩间采用1.5 m×1.2 m连系梁连接；对滑体前缘的处治措施为削减滑体重量并沿滑坡前缘设4.5 m高重力式路堑挡墙，以保证在建公路的施工安全。排水工程则沿滑坡周界以外设置截排水沟，并在挡墙前方设置排水沟。

该滑坡坡度平缓，在满足稳定性及场地地形要求的前提下抗滑桩施工相对较简单，可采取跳桩开挖，分段施工，基岩强度较低，较易开挖，避免了因爆破震动和大开挖而引起滑体变形加剧。采取截排水措施后，减少了水对边坡的影响，滑面土体的抗剪强度会有所提高，使边坡的安全稳定系数得以进一步提高。

5 结论

(1) 该滑坡周界清楚，滑体和滑面特征明显，滑坡体表层残坡积覆盖层平均厚约5 m，岩性主要为泥质砂岩、砂岩。滑坡体主要为粉质黏土，滑动面位于覆盖层与基岩接触面附近。

(2) 该滑坡内因主要为长期入渗的地表水及短时入渗的过量雨水对边坡岩土体强度的弱化，外因主要是开挖坡脚导致阻滑力减小，滑坡机制可概括为开挖应力释放—降雨—前缘滑移—后缘张裂，属浅层牵引式滑坡。

(3) 沿基岩面滑动的滑坡需完善地表截排水系统，防止山体上部地表水入渗和冲刷侵蚀坡面，降低岩土体抗剪强度。

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Slipmechanismandtreatmentofsoftrockslopelandslipunderrainfallcondition

LAN Su-lian,LI You-jun,TAN Yi,MENG Zhi-guang

(GuangxiTransportationResearchInstituteCo.Ltd.,Nanning530007,China)

The soft rock slope slide under rainfall is a hotspot and difficult in landslide research.A soft rock landslide occurred in a built road in Guangxi Baise and 15 houses are located at the slope roof.As no protective measures have been done before slope excavation,the landside is leaded by the combined effect of unloading caused by slope excavation and erosion with high-intensity rainfall.This paper has deeply studies for the landslide failure mode based on the geological analysis.The study found that slide area is located at department of soil and rock,and it has a low thickness of slide body which means a limited impact for the road construction.The landslide process which delimited as shallow traction landslide can be descried like following: stress unloading caused by excavation-extension of leading edge-rainfall infiltration-slipping of leading edge occurred-rifting of the trailing-sliding of slope.What is more,weakening of shear strength of slope rock soil leaded by long infiltration of surface water and short infiltration of excessive rainfall is the inner factor of landside,and the anti-slide stress unloading caused by slope excavation is the external factor.Once the landslide is destabilizing,it poses a serious threat to the lives and property of nearly one hundred people on the top of the slope.In view of this kind of landslide treatment,the comprehensive treatment scheme based on anti - slide pile is adopted.The results show that the treatment scheme has the advantages of good effect,low cost and fast construction progress,which has good reference significance for similar projects.

slope; slide mechanism; landslide treatment; underground water; anti-slide pile

2017-02-28

广西科学研究与技术开发计划 (桂科攻1598009-4)；广西交通科学研究院科技项目(KJ2014-014)

兰素恋(1987—)，女，广西宜州人，硕士，工程师。

1674-7046(2017)03-0024-06

10.14140/j.cnki.hncjxb.2017.03.006

U416.1

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