贵州某山区公路边坡滑坡变形特征及成因机制分析

戴 楠，应 森

(贵州省交通规划勘察设计研究院股份有限公司，贵州 贵阳 550081)

0 引 言

贵州省余凯高速K24+520～K24+840段左侧滑坡位于黄平县境一碗水乡盆水村，中心最大挖方20 m左右，原设计坡率1∶1、1∶1、1∶1，边坡最大高度28 m，设计防护形式为拱形骨架护坡。

受降雨等因素的影响，2014年施工过程中多次发生滑塌变形，设计单位变更设计后，采用挡墙+清方+锚索地梁对该滑坡进行加固。2015年1月施工完成，开挖形成六级边坡，坡率1∶2～1∶1.25，边坡最大高度60 m，采用挡墙+锚索地梁防护。2015年6月13日暴雨之后该滑坡又产生新的变形，须进一步进行加固治理。

1 工程地质概况

1.1 地形地貌

场区位于黄陂县一碗水乡盆水村，属冲蚀河谷地貌，地形起伏大。路线附近地势左高右低，后侧山体最高890 m，右侧龙洞河最低770 m，山顶与路线设计高差约80 m，斜坡自然坡度为15°～25°，K24+700段线路右侧发育一冲沟。

1.2 地层岩性

勘察资料显示，滑坡体地层从新到老依次为：第四系素填土(Q4me)、坡积成因(Q4dl)粉质黏土、碎石、块石及滑坡堆积成因(Q4del)碎石等，厚度不大，下伏基岩为奥陶系下统桐梓组(O1t)泥岩，少量白云质灰岩及寒武系中统(∈2g)白云岩。

1.3 地质构造及地震

该边坡附近发育有3条断层，小桩号出露于K24+200附近，走向与路线斜交；大桩号位于在盆水大桥K25+300附近，走向与路线斜交，倾角85°；线路右侧为主断裂，与龙洞河平行，奥陶系下统桐梓组泥岩和寒武系中统白云岩露头相隔20 m左右，下盘白云岩一侧可见断层产状40°∠75°，之间被覆盖层掩埋，表层挖探未揭露基岩，多为碎石、碎石土，母岩为泥岩)。滑坡区中部第四系覆盖层较薄，周界局部段基岩出露，出露地层岩性为奥陶系下统桐梓组(O1t)泥岩及寒武系中统(∈2g)白云岩；其中泥岩岩层起伏较大，但地层连续，未见明显错断。

1.4 气候及水文地质

(1)气候、气象

滑坡区属中亚热带季风湿润气候区，四季分明，气候温和，降水丰沛，冬无严寒，夏无酷暑，无霜期长，雨热同季，具有明显季风性气候特点。年平均雨日(>0.1 mm)有178 d，月最大降雨量为440.2 mm(1996年6月)，日最大降雨量为189.9 mm(1996年6月)，全年有83%的降雨量集中在4～10月份，每年6月份出现暴雨机率最大。

(2)地表水及地下水

滑坡区地表水不发育，未见明显地表水体，仅存在斜坡上雨季地表汇水，滑坡周界冲沟较发育，地表汇水面积较大，滑坡体表层土体结构松散，渗透性较好，雨季大气降水通过节理裂隙下渗至滑坡带后沿滑动面径流，受山体切割于滑坡前缘渗出地表，在斜坡段坡脚可见下降泉泉眼，水量0.1～0.5 L/S。

地下水主要为覆盖层孔隙水、基岩裂隙水，赋存于基岩裂隙中，泥岩节理裂隙较发育，多充填泥质，赋水条件一般，受地形、裂隙发育情况及连通情况控制，水量一般。

2 滑坡基本特征

2.1 滑坡形态、规模

该滑坡体平面上呈圈椅状，后缘高程约873 m，前缘高程约803 m，最大高差约70 m。滑坡体主滑方向160°，滑坡体纵向长约250 m，横向宽约100 m，勘察及监测资料显示，滑体厚度5～25 m，滑坡面积约1.7×104 m2，体积约26×104 m3，属中型牵引式工程滑坡。

图1 滑坡全貌

2.2 滑坡物质、结构特征

(1)滑坡物质特征

勘察资料显示，滑坡体主要为奥陶系下统桐梓组泥岩，岩体节理裂隙发育、风化严重，全风化层原岩结构构造基本破坏，岩芯多呈土状，层厚0.6～8.3 m，局部为夹层，厚度为0.05～0.4 m；强风化层原岩结构构造大部分破坏，局部见泥质结构，薄-中厚层状构造，层厚1.3～28.0 m。

(2)滑坡结构特征

勘察资料显示，场区发育三条断层，对滑坡影响较大的断层位于线路右侧，顺线路方向发育，为正断层，滑坡区位于正断层上盘，受其牵引作用影响，岩层产状多变，总体上岩层顺倾，滑坡前缘岩层反翘，滑坡中上部产状130°～195°∠25°～42°，前缘产状35°～50°∠8°～35°。

2.3 滑坡变形特征

(1)滑坡变形及加固历史

K24+520～K24+840左侧滑坡中心最大挖方20 m左右，原设计坡率1∶1、1∶1、1∶1，边坡最大高度28 m，设计防护形式为拱形骨架护坡。

2014年3月初，边坡第2、3级开挖成型时，边坡上方自然坡体出现裂缝，裂缝处距开口线约50 m，同时K24+590左侧第二级、第三级边坡出现明显剪出口，K24+540～K24+590第二级边坡出现连续的小型裂缝。2014年3月18日，K24+590～K24+670段山坡第二、三级出现滑坡，滑坡体积约1万方。

2014年4月中旬设计单位进场补充勘探，钻探过程中，随着滑坡现场的清理、运梁通道的继续开挖，边坡顶部裂缝范围继续向坡体后方扩展。5月26日暴雨，边坡再一次发生滑塌，K24+600～K24+670段滑坡全部顺基岩面滑塌至公路外侧200 m外，堵塞龙洞河，形成堰塞湖；后缘裂缝发展至设计线外侧200 m处；同时K24+670～K24+720段(第2、3级)也发生坍塌。

2014年7月18日设计单位变更设计，采用挡墙+清方+锚索对该滑坡进行加固。

2014年11月中旬，边坡开挖成型后，在第二、三级坡面出现局部坍塌(K24+540～K24+570段)，K24+570～K24+650段坡面出露的层面有张开的迹象，现场确定在第二、三级坡面增设锚索地梁。

2015年1月开始，设计单位对该边坡开始进行地表与深部位移监测，6月中旬之前移位速率1 mm/月，6月13日暴雨之后有位移突变现象，6月17～7月初位移速率2～3 mm/周，7月之后位移速度约2 mm/月。

2015年6月13日暴雨，锚喷坡面(K24+560、K24+650)、挡墙(K24+580、K24+590)、路面(K24+590～K24+610段)于暴雨后有裂缝发生，挡墙墙脚处路面有轻微隆起现象(路肩处最大隆起约1 cm)。

2015年8月，设计单位完成补勘工作，结合钻孔揭露及监测资料，滑体厚度5～25 m，并提交了加固治理工程设计文件，拟在K24+590～K24+700段一级边坡平台处设23根滑桩进行加固。

分析该段滑坡的变形历史，主要有以下两个特点。

①随着边坡的开挖，由上而下相继生成多次滑坡，滑坡逐渐向后、两侧及深部发展，边坡的开挖是该滑坡主要诱发因素。

②降雨与滑坡的发生密切相关，是该滑坡的主要诱发因素之一。

(2)滑坡变形特征

根据勘察、监测资料，结合我院2015年10月12日现场调查情况，该滑坡目前变形特征如下。

①滑坡小里程侧中上部及后缘可见多条张拉裂缝，可见缝宽3～4 cm；

②滑坡大里程侧中上部可见数条剪切裂缝，表层喷混凝土见剪切旋扭现象，且有下沉位移，最大位移量5 cm，五级平台钢管桩连系梁被剪断。

③下部坡脚挡墙见鼓胀裂缝，裂缝宽0.4～1.0 cm，挡墙所设施工缝处见明显错动位移，位移量约3 cm，挡墙临路面处边沟局部见挤压鼓胀现象；前缘路面处见“S型”羽状裂缝，缝宽0.5～1.5 cm，可探测深度约11 cm。

④2014年6月中旬滑坡引起的老旧裂缝多为植被覆盖，未见新近变形痕迹。

⑤四级边坡坡面K24+548、K24+552两根锚索地梁靠近边坡张拉裂缝，向大里程侧偏移3～4 cm，其余锚索地梁无明显变形破坏。

根据滑坡变形特征分析。

①该滑坡平台钢管桩连系梁被剪断，既有挡墙及路面均有变形，后缘及侧壁裂缝均已形成，滑坡处于蠕动阶段，欠稳定；

②锚索地梁除靠近拉后缘张拉裂缝的两根有变形外，其余均无明显变形破坏迹象，结合勘察、监测资料，滑坡滑动面已向深部发展，该滑坡为深层滑坡。

3 滑坡形成条件及成因机制分析

3.1 滑坡形成条件

(1)地层岩性

勘察资料显示，滑坡体主要为奥陶系下统桐梓组泥岩，薄～中厚层状，泥岩抗风化能力低，在结构遭到破坏的情况下，遇水易软化，长期遭遇地下水浸泡易产生泥化现象，故沿泥岩的顶和底面、泥岩中构造裂面(包括层间错动面)易于滑动，为易滑地层。此为控制滑坡变形及破坏方式的内因。

(2)坡体结构

滑坡区发育三条断层，受其断层影响，岩层产状多变，多为130°～195∠25°～42°，与路堑开挖面小角度相交，总体上为顺向坡；岩体节理裂隙发育，主要发育一组陡倾X节理，其产状分别为188°～345°∠52°～62°，255°～285°∠75°～82°，深部节理面一般较平直，延展性好，节理面附近岩体风化强烈，局部呈全风化。因此层面与节理裂隙的不良组合为边坡变形失稳提供了边界，为控制滑动的关键。

(3)气象水文

滑坡区属中亚热带季风湿润气候区，降水丰沛，全年有83%的降雨量集中在4～10月份，每年6月份出现暴雨机率最大。大量雨水下渗一方面降低了滑动面的抗剪强度，另一方面裂隙中静水压力还增加了滑体的下滑力，降雨是该滑坡的主要诱发因素之一。

(4)人类活动

滑坡区自然状态下稳定，高速公路路堑的开挖，为斜坡的变形破坏提供了临空面，随着路堑边坡的开挖，浅表部岩体发生卸荷回弹，使得岩体中原生及次生结构面张拉开裂，岩体完整性遭到较大程度的破坏，同时也为地表水及地下水的入渗和运移提供了良好的通道，一方面水的楔劈力促进了结构面的扩张破坏，降低了岩体强度，高速公路路堑的开挖是也是滑坡主要诱发因素。

3.2 滑坡成因机制分析

(1)浅层滑坡

路基的开挖，在坡体前缘产生临空面，破坏了坡体平衡条件，中上部坡体在自重的作用下，沿着软弱夹层及节理裂隙的不良组合面产生蠕动变形。受开挖扰动及卸荷回弹影响，坡体中结构面张开、松弛，在短时间集中降雨的影响下，大量雨水沿张开结构面下渗，既增加了坡体自重又降低了软弱夹层抗剪强度，同时在坡体后方产生静水压力。在上述不良因素的影响下，滑坡蠕动变形进一步发展，最终形成工程滑坡。浅层滑坡底界受路基开挖深度及软弱夹层影响，一般发展至开挖坡脚处为止。

(2)深层滑坡

边坡的开挖及浅层滑坡引起坡体中结构面张开、松弛，形成良好的地表水下渗通道，浅层滑坡加固后趋于稳定，地表水沿张开裂隙逐渐下渗，在深部软弱夹层附近汇集，致使软弱夹层抗剪强度降低，坡体在自重及静水压力作用下沿着软弱夹层产生滑动变形，推动前缘沿层面向阻力最薄弱的部位(路面或右侧冲沟)剪出。

4 结论及建议

(1)综合分析滑坡特征及成因机制，按滑动面深度不同，该滑坡可分为浅层滑坡和深层滑坡两种，目前该滑坡已由浅层滑坡发展为深层滑坡，处于蠕动阶段，滑坡欠稳定，既有防护工程对深层滑坡加固效果有限，为防止滑坡变形进一步发展，保证高速路行车安全，应采用工程措施对深层滑坡进行加固。

(2)设计单位综合滑坡特征、成因机制以及稳定性评价，主要采用抗滑桩加固、综合排水对滑坡进行综合处治的思路是正确的，但治理方案中方案中仰斜排水孔受施工难度及排水管长度的影响，治理效果值得商榷。

(3)场区岩体风化程度较大，节理裂隙发育，岩体破碎，导致岩体侧向承载力较低，为保证抗滑桩安全，建议结合勘查资料及现场条件，采取措施提高桩周岩土体侧向承载力，或适当增加锚固段长度等手段，提高抗滑桩的抗倾覆能力。

(4)仰斜排水孔受施工难度及排水范围的影响，疏排地下水的效果值得商榷。建议根据场区地下水发育情况，结合其他疏干、排水构筑物，完善滑坡地下水疏排系统。

5 结 语

综上所述，在山区公路边坡滑坡治理中，应综合分析各个滑坡特征、成因机制以及稳定性评价，针对性采用抗滑桩、锚索、综合排水等对滑坡进行综合处治，保证公路边坡滑坡治理设计的科学性和合理性，本文对今后公路边坡滑坡地质灾害防治具有一定的指导意义。