襄阳市三顾路路堑边坡滑坡成因及防治措施分析

周艳松， 易春瑶， 莫春雷， 曾 洋

(1.湖北省地质环境总站，湖北 武汉 430034; 2.资源与生态环境地质湖北省重点实验室，湖北 武汉 430034)

滑坡是一种常见的地质灾害，尤其是路堑边坡，其稳定性与否直接关系着人们的生命财产安全，并影响边坡周围的生态环境[1-2]。因此正确认识边坡滑塌的成因及防治措施对公路工程建设至关重要。研究人员针对滑坡的成因与防治做了大量的有益探索[3-9]。刘凤宣等[8]对某高速公路边坡失稳条件和原理进行分析，提出了相应的防治措施。乔翔[9]分析了高路堑边坡失稳原理及成因，提出了高路堑边坡应急处治措施。前人工作重点只在探讨边坡地质灾害的成因及防治措施，少有考虑城市边坡的景观、绿化问题。本文以襄阳市三顾路路堑边坡滑坡为研究对象，本着“预防为主、防治结合、因地制宜、综合治理”的方针[10-11]，分析路堑边坡滑坡成因并提出边坡治理及绿化的综合治理方案，为同类型城市边坡变形综合治理提供参考。

1 路堑边坡特征

1.1 边坡形态与分布特征

三顾路位于襄阳市襄城区隆中景区，是5A国家级古隆中风景区和湖北文理学院的专用公路。自建成通车以来，该路段每年汛期均会出现数个边坡垮塌失稳变形现象，多次发生山体滑坡，对道路通行安全构成严重危害。根据三顾路两侧路堑边坡的结构、物质组成和地貌形态的差异，自南向北将边坡划分为1-14号边坡(图1)。据调查，14段边坡均沿三顾路两侧分布，均为土质边坡，在强降雨或连续降雨情况下，14段边坡都具有不同程度的变形，其地质灾害类型均为滑坡。其中1、2、14号边坡变形最为强烈，故本文主要选取具有代表性的1、2、14号边坡进行分析。

图1 路堑边坡位置平面分布图Fig.1 Plane distribution map of cutting slope position

1号边坡位于三顾路南端，平面形态呈弧形，立面上中部地势较高，两端地势渐低。边坡临空面坡向59°，坡度25°～49°，坡面形态呈二级台阶，边坡坡顶海拔121.14 m，坡脚最低海拔98.4 m，相对高差22.74 m。边坡上部宽约60 m，下部宽166 m，坡面面积约2 500 m2。

2号边坡位于1号边坡对侧，平面形态呈“长弓”形，立面上中部地势较高，两端地势渐低。边坡临空面坡向239°，坡度40°～49°，坡面形态呈二级台阶，边坡坡顶海拔113.94 m，坡脚最低海拔98.4 m，相对高差15.54 m。边坡上部宽约68 m，下部宽135 m，坡面面积约1 500 m2。

14号边坡位于三顾路东端起点处，平面形态呈弧形，立面上东部高，向西地势渐低。 边坡临空面坡向4°～25°，坡度18°～35°，坡面形态呈二级台阶，边坡坡顶海拔94.2 m，坡脚最低海拔74.4 m，相对高差19.8 m。边坡上部宽约125 m,下部宽约232 m,坡面面积约5 740 m2。

1.2 边坡物质组成及结构特征

边坡地表覆盖层厚度均较厚，坡体物质主要为第四系残坡积黏土，少量为碎石(含量5%～20%)。黏土呈黄褐色、灰褐色，结构较密实，遇水后强度易降低，具有一定膨胀性，呈硬塑—可塑状。碎石主要成分为泥质白云岩及硅质白云岩，粒径一般5～10 cm，最大约30 cm，小者仅1 cm，外表呈亚磨圆状，杂乱分布。覆盖层厚度变化较大，一般厚4～16 m。覆盖层下伏震旦系上统灯影组硅质白云岩，基岩未出露，岩层倾向35°，倾角40°。钻探岩心上部较破碎，呈强风化，厚1.2～7.4 m，下部相对较完整，呈中等风化程度。

1.3 边坡变形特征

据调查，1、2号边坡坡脚及坡体后缘均修建有截排水沟，边坡顶部为耕地、树林及茶园，降雨时易于雨水汇集下渗。目前1号边坡北段已发生滑移变形(图2-a)，1、2号边坡前后缘排水沟均被破坏，出现不同程度的开裂变形(图2-b)。

a.边坡滑移变形；b.排水沟开裂变形图2 1号、2号边坡变形特征Fig.2 Deformation characteristics of No.1 and No.2 slopes

14号边坡目前已发生多处滑移变形，发育两个连续但相互独立的滑坡体。14-1段边坡坡面为林地(种植果木)，前缘临空，坡面较陡，坡度在35°左右，坡面形态利于雨水汇集下渗；坡脚修建有简易挡土墙及截排水沟，坡顶地形平缓。受降雨影响，边坡坡体越过前缘挡墙发生滑移变形(图3-a)，滑坡体裂隙发育，边界特征明显(图3-b)，14-2段边坡坡面为自然林地，前缘临空，坡面较陡，坡度在35°左右，坡面形态利于雨水汇集下渗；前缘坡面及坡脚修建有格构梁及截排水沟，边坡坡顶地形平缓。受降雨影响，边坡发生滑移变形，形成两级台阶，后缘整体下跌(图3-c)，呈宽缓的小平台，平台上裂隙发育(图3-d)，变形特征明显。目前滑坡变形已造成前缘防护工程及截排水沟完全破坏。

a.前缘滑移变形；b.裂缝跌坎；c.后缘变形陡坎；d.拉裂缝图3 14号边坡变形特征Fig.3 Deformation characteristics of No.14 slope

2 滑坡成因机理分析

2.1 滑坡影响因素

通过边坡坡体现状调查及变形特征综合分析，认为影响边坡变形滑移稳定性的因素主要为：

(1) 人类工程活动。边坡前缘因修路切坡造成临空，坡顶因地形平缓多被用作耕地或林地，人类工程活动造成边坡扰动。

(2) 地形地貌。受修路切坡影响，三顾路沿线两侧边坡地形普遍较陡或地形较缓但前缘临空，而后缘地势普遍平缓，有利于降雨入渗。

(3) 地层岩性。边坡主要由第四系残坡积黏土及含碎石黏土组成，其岩土力学强度低，遇水易软化，且具有中等膨胀性，有利于发生坡体变形。

(4) 降雨。长时段或高强度降雨不仅对坡面产生强烈冲刷、侵蚀作用，同时降雨入渗后饱和、软化岩土，降低岩土结构内力，增大土体自重，极易诱发坡体滑移变形[13]。

综上所述，区内人类工程活动、地形地貌及地层岩性是滑坡变形的主要控制因素，降雨是滑坡变形的主要诱发因素。

2.2 滑坡形成机理

区内部分边坡高陡，现有防护工程一般较薄弱或无防护措施，导致边坡稳定性较差，坡体在降雨期间易发生小型滑塌及蠕变等变形。此外，研究区内坡体物质组成多为黏土，土体呈可塑—软塑，且遇水后具有中等膨胀性。边坡坡顶平缓，具有较好的汇水条件，前缘切坡临空，在持续长时间降雨作用下，地表雨水入渗坡体，导致土体膨胀性增强，再加上雨水的冲刷，从而易形成滑坡，特别是缓坡地形的滑移变形破坏。

3 边坡稳定性分析

3.1 计算方法的选取

三顾路沿线边坡变形区岩性单一，均为黏性土，采用圆弧面搜索最危险滑面。根据《滑坡防治工程设计与施工技术规范》(DZ/T 0219—2006)[14]要求，采用瑞典条分法进行稳定性评价和推力计算。

3.2 计算剖面与模型

本次工程设计采用实测代表性地层剖面进行单宽岩土体推力计算，根据边坡形态、变形特征、岩土性质等特征指定圆弧出入点搜索边坡最危险滑面，根据各边坡典型剖面搜索最危险滑面来计算边坡稳定性[13]，并以此条分建立计算模型，计算剩余推力，各计算模型见图4、图5。

图4 边坡1-1′、2-2′计算剖面示意图Fig.4 Computational profile of slope 1-1′ and 2-2′

图5 边坡14-14′计算剖面示意图Fig.5 Computational profile of slope 14-14′

3.3 计算工况

根据三顾路边坡变形现状，选择两种工况进行计算：①天然工况(天然重度)；②暴雨饱和工况(饱和重度、饱和内摩擦角和饱和黏聚力)。

3.4 计算参数

计算参数选取的合理与否，是评价滑坡稳定性的关键，其中滑带抗剪强度参数的选取尤为重要。区域内各灾害点地质环境条件基本类似，本次计算参数选取主要参考勘查试验数据成果，同时还借鉴了本地区经验值，结合反演分析综合确定。参数反演选用已变形滑移的2-2′剖面，恢复其滑移前原始地形进行反演计算，具体计算参数详见表1。

表1 稳定性计算参数建议值Table 1 Recommended value of stability calculation parameter

3.5 边坡稳定性计算结果及评价

根据计算剖面模型、参数，对1-1′、2-2′、14-14′剖面进行不同状态条件下的稳定性计算，各剖面计算值为自然坡面稳定系数值，其计算结果见表2。

表2 不稳定边坡稳定性计算结果Table 2 Stability calculation results of unstable slope

如表2所示，1号边坡在天然和暴雨饱和工况下均不稳定；2号边坡在天然工况下欠稳定，在暴雨饱和工况下不稳定。1、2号边坡坡面形态相似，且坡面均有防护措施，防护措施虽变形破坏严重，但其整体结构仍然存在，对坡面仍能起到一定的支护作用。而14号边坡在天然工况下稳定，在暴雨饱和工况下欠稳定,与宏观结果基本一致。

4 防治措施

根据边坡稳定性计算结果及边坡变形迹象，在暴雨等因素影响下边坡多处于欠稳定状态，极易发生失稳。为维护边坡整体稳定性，避免产生重大地质灾害，在充分结合地方治理经验的基础上，需要采取多种形式的治理措施。同时考虑治理工程位于景区的特殊性，防治灾害时，尽量兼顾整体的美观，使之与周边环境相协调。采取的防护措施主要有坡面整形工程(包含削坡及土方回填)、抗滑支挡工程、格构锚固工程、地表排水工程、绿化工程、监测工程等[14-15]。

(1) 1号边坡。根据基本特征将其分为两级，采取削坡、格构锚固、挡土墙、植被景观绿化及截排水沟工程进行综合治理。同时对格构梁的形态进行优化设计，设置排水槽，使整个格构梁成为坡面的一个导排水系统，既能有效排除汇入坡面的雨水，又可对格构框格内的植被进行浇灌(照片1)。

照片1 施工中的1、2号边坡全貌Photo 1 Full view of the section 1 and section 2 slope under construction

(2) 2号边坡。根据其形态特征进行削坡整形，采用格构梁护坡绿化。

(3) 14号边坡。滑坡变形大，在边坡中部设置抗滑桩，前缘修建抗滑挡土墙，挡土墙前缘设置排水沟，墙后设置厚0.5 m的碎石反滤层用以缓冲膨胀土的变形。挡土墙与抗滑桩间进行坡面整形、植草绿化。

工程治理实施后，极大地改善了膨胀土区边坡的变形趋势，使三顾路沿线边坡趋于稳定；采用格构梁护坡，极大地提高了坡体整体稳定性，消除了对边坡下方道路通行安全的威胁，达到了设计初衷。削坡过程中预留的多级马道经后期绿化形成花坛，同时在格构梁框格内种植花卉，对隆中景区三顾路沿线环境的恢复与美化有一定作用。坡面削坡后，道路两侧的视野更加开阔，与沿途的绿化工程形成一条新的风景线(照片2)。

照片2 竣工后的2号边坡全貌Photo 2 Full view of the section 2 slope after completion

工程竣工后，经受了多次暴雨而未发生明显的滑移变形，在汛期得到了安全检验，有力地保障了道路行车环境。

5 结论和建议

(1) 三顾路沿线发育14段土质边坡,多个边坡出现变形失稳及滑坡现象。以1、2、14号边坡为例，通过边坡特征分析及稳定性计算，认为各边坡在暴雨饱和工况下欠稳定或不稳定，需进行综合治理。

(2) 对三顾路路堑边坡滑坡采取抗滑支挡、地表排水、生态绿化等综合治理措施，将传统地灾治理与生态景观相结合，在消除地灾隐患的同时，美化生态环境，取得良好的经济与生态环境效益。该治理方案的成功实施，对同类型城市及旅游景区边坡变形综合治理有一定的参考价值。