高速公路滑坡成因及运营期持续变形特征研究

麦荣章 汪继平 曹小燕

作者简介：麦荣章（1986—），工程师，硕士，主要从事高速公路养护管理工作。

某高速公路在老滑坡前缘以路堑型式穿过，施工时在强降雨作用下发生整体性滑塌，经施工阶段处治后在运营阶段仍持续变形。文章结合该工程实例，在分析滑坡成因的基础上，通过调查高速公路运营以来滑坡坡体、支挡结构、高速公路构筑物的持续变形情况，对持续强降雨时间段开展了深部位移监测及同步地下水位观测，并结合滑坡区具体条件分析了持续变形原因，判断了滑坡的变形阶段及发展趋势。

滑坡;運营高速公路;持续变形;深部位移监测;变形阶段

U416.1+63A160535

0 引言

某高速公路于滑坡前缘穿过，2005年底开挖形成路堑雏形，2006年路床开挖成形，2007年雨季过后发生整体性滑塌，随后进行了滑坡处治勘察工作，勘察结果认为滑塌路段位于老滑坡体上 [1]，并设抗滑桩进行处治，之后滑坡体稳定，高速公路于2009年底开始运营。2010年5月、6月雨季连续大暴雨，滑坡体局部出现新的滑塌面，运营期进行了第一次处治;2013年8月又受“尤特”和“潭美”两个台风连续强降雨影响，滑坡体“复活”，沿线约300 m范围的滑坡体有较明显的变形位移，局部地段抗滑桩的桩顶后平台向上隆起，最大隆起高度约1.0 m，但滑坡体的支护结构整体稳定，抗滑桩稳固，未发生断桩、倾倒、失稳等问题，故未再次专门处治;2019年7月，受持续强降雨和台风等特殊天气的影响，滑坡体范围内再次出现坡体滑移迹象，公路用地红线外山体表面存在较多明显的裂缝、错台，最大裂缝宽度达50 cm，最大错台达180 cm，局部出现小型滑塌，坡体上部分平台截水沟被滑坡体挤压变形开裂，险情隐患较为严峻，亟须查明滑坡持续变形发展机理，为针对性地进行应急处治提供依据。

因对滑坡特征及各要素缺乏深刻了解而导致治理工程失效的事例在国内外都是屡见不鲜的[2]。在公路交通领域，经过两次甚至多次勘察分析治理的滑坡亦有一些先例，如京珠高速公路粤南段K108滑坡[3]、元磨高速公路K294+650 段顺层岩石滑坡[4]等。因此，查明滑坡的形成条件、产生原因、变形破坏机制和几何边界条件（滑动面的埋深和形状），并进行细致分析以采取有针对性的措施，是滑坡防治工程成败的关键。

1 滑坡特征

1.1 滑坡形态特征与规模

老滑坡体位于南北向延伸的山体西侧山脚，形态呈长条形的“圈椅状”。滑坡后缘为3～5 m高的坚硬砂岩岩壁，前缘覆盖于砂子河冲积阶地之上，两侧以自然冲刷的深沟为界，横向长度约为830 m，纵向长度约为270 m，面积为22.41万 m2。老滑坡体呈明显的上陡下缓、中间存在一至二级平台的滑坡地貌景观，其形成与区域的地质构造、地层岩性及地形地貌有密切关系。老滑坡形成至今年代较久远，已处于滑动后的稳定阶段，坡脚村庄未有滑坡活动的记录，若不改变老滑坡体的自然状态，其处于整体稳定状态。

高速公路于老滑坡体前部以开挖路堑型式穿过，2007年施工时雨季过后沿开挖坡脚发生整体性滑塌，滑动方向与路线方向垂直，滑塌边界在老滑坡体范围内，属于工程开挖引起的老滑坡体复活。根据坡体冲沟的划分及坡体裂缝分布特征，整个滑坡体以中部的自然冲刷深沟为界，可划分为南北两个次级滑坡体;次级滑坡体根据前缘的小型冲沟及裂缝分布情况，又可细分为6个变形体（见图1），各变形体具体特征见表1。

如表1所示，滑坡整体体积约为191.4万m3，滑面深度16～28 m，根据《公路滑坡防治设计规范》（JTG/T 3334-2018）中的滑坡分类[5]，属中-厚层的巨型滑坡，典型剖面特征见图2。

1.2 滑体特征

根据现场调查、钻探揭露，滑坡体存在多层滑动现象，滑体物质组成主要为第四系残坡积（局部崩积）含碎石粉质黏土、碎石夹块石及泥盆系下统那高岭组（D1n）全风化泥岩、泥质粉砂岩，滑体厚度为0～28 m。

1.3 滑面特征

根据钻探揭露，滑面主要为一层或多层呈现的富水软弱糜棱状泥岩，含水量大，室内试验天然状态含水量为22.7%～38.8%，呈软塑-可塑黏性土性状，在滑坡体中部分布的深度变化起伏较大，约为11～28 m，反复剪切试验峰值强度为粘聚力8.9～30.7 kPa，内摩擦角17.2°～26.6°;残余强度为粘聚力8.1～16.4 kPa，内摩擦角8.9°～15.7°。

1.4 滑床特征

滑坡滑床形状沿剖面方向显示为折线形，岩性主要为那高岭组（D1n）全-强风化泥岩、泥质粉砂岩，局部夹中厚层状中风化灰岩。受构造及风化作用影响，全风化泥岩、泥质粉砂岩节理裂隙发育，含水率较高，岩质软弱，钻探岩芯显示手掰可弯曲，工程性质类似硬塑状黏性土，局部富水带类似可塑状黏性土，整体工程性质较差。

2 滑坡成因分析

2.1 滑坡的形成条件

滑坡的形成条件主要包括地层岩性、地质构造、地貌特点和水文地质条件四个方面，一般而言，前两者是最主要的，后两者从属于前两者[6]。现就本滑坡的具体条件分述如下。

（1）地层岩性：本滑坡岩性组合为第四系堆积土+构造破碎砂泥岩岩组，这种岩性组合上部孔隙、裂隙发育，下部存在相对隔水底板，有利于地表水的渗透和富集，在坡体中易形成贯通的滑动面，上部坡体沿滑动面产生滑动，属于易滑地层。

（2）地质构造：本滑坡体位于黄姚短轴向斜东翼，后缘即是F1断层形成的陡峭岩壁，强烈的地质构造运动切割、挤压、破碎岩体，是滑坡体物质形成的基础，F1断层形成的糜棱状岩土层又为滑带的生成创造了条件。

（3）地貌特点：本滑坡体在地貌上为上陡下缓，中间有1到2级平台，具有典型的山区河谷地段缓坡滑坡地貌特点。

（4）水文地质条件：本滑坡体上部存在透水性较好的堆积体，下部存在相对隔水的泥岩层，泥岩层中又存在相对富水的糜棱状软弱带，而滑坡区又处于强降雨易发区域，这些都为滑坡的产生和发展创造了条件。

本滑坡表层滑体物质主要为含碎石粉质黏土、碎石夹块石。为了解滑体物质的渗透性，在各个变形体选择典型部位进行了原位渗透试验。现场采用单环注水法进行试验，试验结果见表2。

各个变形体的滑体主要由含碎石粉质黏土及碎石夹块石组成，在变形体的不同位置，粉质黏土含量分布不均匀，因此各个变形体的滑体渗透系数差异较大。根据试验结果，滑体呈弱透水-中等透水。

2.2 滑坡的诱发因素

诱发滑坡的因素有很多，本滑坡的主要诱发因素则主要为降雨和人类工程活动。

（1）人类工程活动：在高速公路施工之前，老滑坡在自然状态下一直处于稳定状态。高速公路路线位于老滑坡体前部，路堑施工开挖坡脚破坏了原有坡体的平衡，对滑坡体的稳定性造成了一定的影响。

（2）降雨：根据本滑坡的地质结构，老滑坡的产生与降雨息息相关。而后来工程滑坡的发生、运营期的历次变形均发生在强降雨期间。

根据现场水文地质调查，滑坡体地下水总的运动特征是接受地表降雨和后部山体基岩裂隙水的补给，沿坡向下游渗流，排泄于前缘砂子河。受滑坡体物质组成不均的影响，地下水的分布及活动也表现出较明显的差异。为了解滑坡体地下水位的变化情况，对钻孔内地下水位进行了长期观测，其典型变化曲线如图3所示。

根据地下水位长期观测成果，在2019年12月～2020年2月下旬降雨稀少的情况下，地下水位基本稳定;随着3～4月初滑坡区开始持续降雨，地下水位也随之抬升，并在3月底4月初持续降雨结束时水位上升至最高点;4月7日后降雨减少，地下水位又开始下降并逐步恢复至接近低位水平;4月17日开始又陆续开始降雨，地下水位又开始略有起伏。因此，滑坡体地下水位与降雨密切相关。同时，深部位移监测也表明，在持续降雨情况下多数监测孔发生了位移变化，这充分说明了降雨导致的地下水位抬升对滑坡的不利影响。

3 滑坡持续变形特征

本滑坡于2009年处治后至2019年期间，共发生两次明显“复活”变形，分别是2010年6月及2013年8月，2019年7月再次出现变形迹象，主要涉及2#～5#变形体，而1#和6#变形体位于滑坡体两侧边缘，滑体厚度逐渐减小，在前期处治后基本稳定，运营期稳定性较好。因此，针对运营期持续变形的2#～5#变形体开展了地表调查及深部位移监测。

3.1 地表变形破坏特征

地表变形破坏主要由坡体、支挡结构、高速公路构筑物三部分构成，具体表现如下。

（1）坡体地表变形破坏

滑坡体在2019年后的地表变形主要表现在原裂缝重新开裂并发展延伸;3#变形体出现局部浅层滑塌;5#变形体新出现规模较大的局部下错裂缝。

（2）支挡结构变形破坏

根据施工阶段（2007年）滑坡处治情况，滑坡范围内高速公路东侧采用了抗滑桩、挡土墙、格构锚等支挡措施，但高速公路运营中陆续出现部分抗滑桩开裂、桩前护面墙变形、桩后土体起鼓、挡土墙开裂及墙面起鼓等情况，且变形方向及破坏形式与滑坡的运动方向及推力作用方式一致，说明滑坡仍在进一步的发展中，部分支挡措施在滑坡推力的作用下已经开始失效，甚至发生破坏。调查共发现抗滑桩开裂3处（均为2#变形体），挡墙开裂6处（2#变形体3处，3#变形体1处，5#变形体2处），桩前护面墙变形及桩后土体起鼓则在2#～5#变形体均有不同程度体现。另外，坡体设置的地表截排水沟均出现不同程度的变形破坏。

（3）高速公路构筑物变形破坏

滑坡区内高速公路构筑物变形主要表现在路面开裂、路侧边沟变形及涵洞变形，其中以路面裂缝最明显。调查发现滑坡区内路面裂缝共31条，主要表现为横向、斜向裂缝较多，纵向裂缝最少，其中一半以上集中在5#变形体范围内，其裂缝规模也最大。此外，路基边沟在不同程度上发生了倾倒、开裂、下沉，个别涵洞表现出渗水、开裂、脱空等特征，这些变形均与滑坡活动密切相关。

3.2 深部位移监测分析

为了解滑坡的深部位移及滑面发展情况，在2#～5#变形体布置了控制性监测剖面，得到的监测成果如下，监测曲线见图4。

（1）2#变形体：ZK2-1在埋深21.5 m处有明显位移，ZK2-2在埋深8 m处有明显位移;前期处治工程资料显示的滑体中部滑面深度为14.4 m，说明滑面有下移的可能;ZK2-3无明显变形趋势。

（2）3#变形体：ZK3-1在2020年3月底发现在埋深3.5 m处无法继续测量，ZK3-2在埋深2 m处无法继续测量，说明浅层滑面已经形成;ZK3-3无明显变形趋势。

（3）4#变形体：ZK4-1在埋深28 m处有明显位移，ZK4-2在埋深11 m处位移有所变化，但无明显外倾突变;前期处治工程资料显示的滑体中部滑面深度约20 m，说明滑面有下移的可能;ZK4-3无明显变形趋势。

（4）5#变形体：ZK5-1在埋深6 m以上有外倾变形趋势，ZK5-2在埋深11 m处有明显位移变化，ZK5-3在埋深8 m以上有外倾变形趋势，但无明显外倾突变;ZK5-4无明显变形趋势。

根据深部位移监测成果可以看出，前期（高速公路施工阶段）处治的工程滑坡范围内的多数监测孔在2020年3月份持续降雨作用下均发生了较明显的位移变化，高速公路右侧的监测孔（ZK2-3、ZK3-3、ZK4-3、ZK5-4）则无明显变化，说明目前的滑坡活动仍集中在工程滑坡的范围内。另外，距离抗滑桩较近的监测孔（ZK4-2、ZK5-3）位移变化较为复杂，虽有一定的位移变化，但位移量较小，亦無明显突变，说明目前的抗滑桩对限制滑坡变形起到了一定的作用。

3.3 滑坡持续变形原因分析

（1）本滑坡与降雨关系密切，前期处治工程虽实施了较系统的截排水沟，但坡体表面较宽广，错台、洼地较多，截排水效果有限。同时，缺乏系统的深部排水措施，导致降雨对滑坡的影响持续进行，且随着老裂缝重新张开，更加剧了降雨对滑坡的不利影响。

（2）滑体及滑床多由全风化泥岩、泥质粉砂岩组成，其工程性质较差，局部富水带类似可塑状黏性土，在地下水作用下，易发展为新滑面，造成滑面下移及产生沿抗滑桩顶部失稳的越顶滑动。

3.4 滑坡的变形阶段及趋势

（1）2#变形体在降雨作用下深部位移监测变形明显，支挡结构出现了一定的开裂和鼓包，降雨停止后变形也随之趋缓。这说明2#变形体已经复活，且局部滑面下移，应已处于蠕动挤压阶段，在未来持续降雨作用下，可转化到整体失稳缓慢滑动阶段。

（2）3#变形体在2019年7月应已开始复活，目前浅层滑体已处于整体失稳缓慢滑动阶段，深部滑体尚处于蠕动挤压阶段，在未来持续降雨作用下，可转化到整体失稳缓慢滑动阶段。

（3）4#变形体在降雨作用下中上部深部位移监测变形明显，且局部滑面下移，前部监测变形不明显，应与距离抗滑桩距离較近，受抗滑桩支挡作用影响有关。这说明4#变形体中上部应已处于蠕动挤压阶段，在未来持续降雨作用下，可转化到整体蠕动挤压至失稳缓慢滑动阶段。

（4）5#变形体规模较大，变形有一定差异。根据现场调查及深部位移监测数据，中部及北部位移变形明显，应已处于蠕动挤压阶段，在未来持续降雨作用下，可转化到整体失稳缓慢滑动阶段;南部的深部变形尚不明显，但浅层局部滑塌现象已出现，在未来持续降雨作用下，可转化到整体蠕动挤压阶段。

4 结语

（1）高速公路于老滑坡前缘挖脚穿过，并在强降雨作用下导致老滑坡体“复活”，经施工阶段处治后在运营阶段仍持续变形，影响运营安全。因此，在山区高速公路选线时应格外加强对老滑坡、古滑坡的调查和辨识，从“源头”上避免此类事件的发生。

（2）2#～5#变形体在2020年3月持续降雨后已出现较明显的整体失稳迹象，威胁高速公路运营安全及下游村庄，亟须采取处治措施。

（3）在滑坡与降雨关系密切且滑体物质渗透性较好时，尤其要加强坡体内部的排水措施。

（4）以全风化泥岩、泥质粉砂岩等软弱岩土组成的滑床，在地下水较丰富且排泄不畅时，易造成滑面下移，形成更深层的滑动。

（5）高速公路运营过程中应针对施工期处治的滑坡工程加强监测和养护，特别是定期巡查并疏导坡体的截排水工程。

[1]广西电力工业勘察设计研究院.桂梧高速钟山至马江段K195+100～K196+850路基滑坡岩土工程勘察报告[R].2007.

[2]张倬元.滑坡防治工程的现状与发展展望[J].地质灾害与环境保护，2000，11（2）：89-97.

[3]张玉芳.京珠高速公路108 滑坡及防治工程分析[J].西南交通大学学报，2003，38（6）：633-637.

[4]郑 静，覃木庆.某高速公路一顺层岩质滑坡的形成及治理[J].路基工程，2005（5）：92-95.

[5]JTG/T 3334-2018，公路滑坡防治设计规范[S].

[6]王恭先，徐峻龄，刘光代，等.滑坡学与滑坡防治技术[M].北京：中国铁道出版社，2004.