某高速公路土- 岩二元结构滑坡形成机理与治理研究

郝飓 彭坤杰

（中交第二公路勘察设计研究院有限公司，湖北 武汉 430056）

近年来，我国公路交通发展迅猛，山区路网不断丰富加密。某高速公路位于西北山区，项目沿线广泛分布巨厚黄土，形成了大量土-岩二元结构路堑边坡。由于黄土独特的沉积环境与形成机理[1]，使其具有多空隙、弱胶结、节理裂隙发育等特点，易形成滑坡、崩塌等地质灾害，特别是土-岩二元结构边坡，受其水文地质结构影响，成为滑坡形成的高发类型，严重影响公路交通建设。

1 滑坡概况

1.1 滑坡形态特征

该滑坡位于某高速公路ZK265+510～ZK265+750 段左侧路堑区域，属于黄土塬梁地貌，总体地势为东高西低，地形上陡下缓，局部发育小型冲沟，坡面植被茂盛。滑坡体后缘背靠黄土梁，前缘路堑边坡一级平台，平面呈圈椅状。其主滑方向与路线垂直，滑体长约245m，宽约124m，高约50m，方量约60 万m3，属中型滑坡，滑坡平面详见图1。

图1 滑坡平面图

1.2 滑坡变形破坏特征

滑坡区为高速公路路堑边坡，原设计为三级挖方边坡，坡面采用拱形骨架防护。该边坡已开挖完成，但防护、排水措施未及时施作。进入雨季后，受持续强降雨影响，该段边坡失稳滑移。

滑坡周界较为清晰，后缘张拉裂缝基本贯通，两侧冲沟处可见羽状剪切裂缝，缝宽2～5cm，坡体局部形成错台，存在浅表层溜滑迹象。地表位移监测成果表明坡体处于蠕滑状态。

1.3 滑体物质组成与结构特征

地质勘探、调绘成果表明，滑坡物质主要由4 部分构成，即黄土状土、新黄土、古土壤、砾岩。现分述如下：

1.3.1 黄土状土（Q4del）：浅黄色，土体结构疏松，以粉粒为主，土质不匀，针状孔隙发育，局部可见少量钙质结核，原岩为新黄土夹古土壤。

1.3.2 新黄土（Q3eol）：浅黄色，土体结构较密实，以粉粒为主，土质均匀，具强烈湿陷性。

1.3.3 古土壤（Q2eol）：以夹层形式分布于新黄土中，褐红色，土质不均，黏粒为主，具团粒结构，含少量钙质结核。

1.3.4 砾岩（K1Z1）：为滑床下方稳定底层，强风化层以泥质胶结为主，中风化层以钙质胶结为主，其中卵石粒径2～7cm，含量约占55%，强度较低。

1.4 滑面、滑床

滑体主要由新黄土构成，滑面形态在主滑方向上呈圆弧形，主要沿新黄土贯通裂缝、软弱夹层以及土岩接触带分布。滑床为底伏的强～中风砾岩，前缘剪出口局部可见光滑滑面，擦痕较清晰。

2 滑坡形成机理

滑坡区位于陕北台凹的彬邑凹陷带内。在黄土沉积过程中，因地壳间歇性抬升，导致本地区侵蚀基准面不断下移，沟谷持续下切，形成了如今沟壑纵横、支离破碎的黄土塬梁地貌[2]，滑坡所处的地段为沿黄土塬梁山脊线侧面分布的斜坡地形，在较平缓的基岩台阶上堆积形成了巨厚黄土，下部基岩面位于一级平台处，岩性为强风化砾岩。

由于黄土具有大空隙、湿陷性等特点，遇水易溃缩变形，进而发展成排泄通道，并不断向下延伸；同时，底伏的基岩由于结构致密，具有相对隔水作用。降雨沿黄土空隙、裂隙、陷穴等排泄通道不断下渗，于土-岩二元结构接触面处汇集。一方面，接触面处黄土遇水泥化，抗剪强度降低，形成软弱带，另一方面，受地下水反复汇集、排泄影响，土-岩接触面动水压力波动较大，土体颗粒间有效应力随之锐减，抗滑性能进一步下降，多重因素综合作用下，剪切应力沿此带集中，并不断向后延伸，在施工扰动等因素叠加影响下，最终与后缘地表水排泄通道贯通，形成滑带，坡体失稳滑移。

3 滑坡稳定性分析

该滑坡周界明显，后缘裂缝持续延伸发展，前缘鼓胀隆起，同时地表位移监测结果反映坡体最大变形速率15mm/天，表明坡体蠕滑中，即处于不稳定状态。

由于滑坡规模较大，为全面客观分析坡体稳定状态，沿主滑方向布置A-A’、B-B’两个工程地质断面，采用不平衡推力法进行计算，计算模型见图2、图3。

图2 A-A’剖面计算模型

图3 B-B’剖面计算模型

稳定性计算参数结合本地区类似工程经验，对室内土工试验参数修正后，综合确定，见表1。

表1 计算参数

滑坡区抗震设防烈度为7 度，设计基本地震加速度值为0.10g。由于本段路堑边坡前后衔接隧道和桥梁，故除须按照天然、暴雨工况计算外，还应考虑地震影响。

根据公路行业现行相关规范，结合工程重要性，确定天然工况下稳定安全系数为1.3，暴雨工况下稳定安全系数为1.2，地震工况下稳定安全系数为1.15。计算结果见表2。

表2 稳定性计算结果

以上计算结果表明，A-A’断面，在天然工况下处于基本稳定状态，但不满足规范要求，在暴雨工况和地震工况下均处于不稳定状态；B-B’断面，天然工况下处于稳定状态，基本满足规范要求，暴雨工况下处于不稳定状态，地震工况下处于基本稳定状态，亦不满足规范要求；计算结果与坡体现状变形破坏特征和定性分析结论一致。

4 治理措施

4.1 治理思路

为保证高速公路施工和运营安全，滑坡治理应因地制宜，采取技术可行、经济合理、安全可靠、施工方便、可操作性强的工程措施。

由稳定性计算结果可知，A-A’断面在三个工况下，剩余下滑力均较大，仅依靠抗滑支挡措施，会导致工程规模巨大，一方面经济性较差，另一方面会同步增加施工难度和安全风险。故该滑坡治理采用完善排水、减载先行、加固在后的治理思路，以确保通车后的长期稳定。考虑到坡面防护措施已损毁开裂，拟采取封闭裂缝、局部削坡减载+剪出口支挡措施；鉴于滑坡区降雨较多，辅以完善的排水措施。

首先对A-A’、B-B’断面削坡减载，确定剩余下滑力，具体计算模型见图4、图5。

图4 A-A’剖面削坡减载计算模型

图5 B-B’剖面削坡减载计算模型

削坡减载后剩余下滑力计算结果见表3。

表3 削坡后稳定性计算结果

以上计算结果表明，削坡后剩余下滑力明显降低,顺利实现减载目标。该滑坡治理以暴雨工况为最不利工况进行设计。为充分利用坡体自身抗滑力，同时达到经济合理、节省投资的目标，A-A’剖面尾部设置抗滑桩、B-B’剖面尾部设置抗滑挡墙。

4.2 综合治理措施

根据以上计算分析和治理思路，确定治理方案如下：

4.2.1 封闭裂缝：治理前采用三七灰土封闭裂缝，并做好临时排水措施，及时排出坡外汇水。

4.2.2 削坡减载：自滑坡后缘附近削坡减载，边坡中上部设置宽平台，宽度5～20m，边坡开挖坡率1:1.5。

4.2.3 坡面防护：边坡减载与防护同步实施。第一级边坡防护措施修复后予以保留；最上一级边坡设置骨架护坡避免冲刷；其余坡面采用三维网植草保证景观效果。

4.2.4 剪出口支挡防护：ZK265+510～ZK265+705 段一级平台剪出口设置抗滑桩，桩截面1.8×2.4m，桩间距为5m，桩长为17m；ZK265+705～ZK265+750 段设置抗滑挡墙，墙高6.5m，基础埋入基岩不小于1.5m。

4.2.5 截排水措施：堑顶及平台布设永久截水沟和急流槽，拦、排地表水。

图6 A-A’典型设计断面图

图7 B-B’典型设计断面图

5 结论

5.1 该滑坡治理完成后，已经历两个雨季，期间多次降雨。现场长期位移监测结果表明，坡体未再出现变形、开裂迹象，处于稳定状态，治理效果良好。

5.2 土-岩二元结构边坡，受其特殊水文地质结构影响，易形成滑坡灾害，路线设计阶段应提高地质因素在路线方案统筹中的地位，尽量降低此类边坡规模和数量，边坡系统设计时亦应充分考虑不利工况，采用针对性防护方案，避免后期安全隐患。

5.3 本类型滑坡防范重点是做好排水工作，特别是临时排水，应加强施工过程控制，开挖一级，排水、防护措施及时跟进一级，可有效避免滑坡形成。

5.4 滑坡治理应因地制宜、逐段分析，避免全坡采用单一强支挡措施，应综合分析、治理，以实现安全、经济、高效目标。