公路土质边坡水毁破坏形式浅析

乔 俊

（山西路桥建设集团有限公司 太原设计咨询分公司，山西 太原 030000）

1 水毁破坏的主要形式

由于黄土高原土壤质地疏松，孔隙率大，遇水极易崩解。暴雨洪水随着坡面下泄，沟头延伸、沟岸扩张、沟床下切等侵蚀活动异常活跃，导致滑坡、崩塌等重力侵蚀不断加剧。笔者通过实地调查滑坡和冲刷地质灾害，将该区域的滑坡和冲刷地质灾害分析并划分为以下类型：a）表层冲刷侵蚀，由于降水的作用，边坡表面受到水流冲刷，土颗粒被水流带走，形成较多的冲沟，严重破坏坡体完整性，如图1；b）浅层渐进破坏，滑坡分布范围广，影响因素较多，表现为部分土体发生剥离和崩塌，此类破坏具有反复性和继发性，如图2；c）深层水毁破坏，当地下水位线高出坡脚后，坡后浸水面积相应扩大，滑坡体以此滑带为滑动面向临空面滑出，滑体包括土体和表层植被，滑动面近似为圆弧形，其破坏性及影响较大，如图3。

图1 表层冲刷侵蚀

图2 浅层渐进破坏

图3 深层水毁破坏

1.1 冲刷破坏

当降雨发生时，雨水沿着坡面自上往下流动，对边坡表面形成冲刷。在初期，坡面径流冲刷会在表面形成许多细沟，造成沟内土体下泄，随后径流携带大量泥沙继续对坡面进行冲刷形成切沟，随着冲刷的不断进行，切沟不断加深，并向两侧侵蚀形成“V”型深沟[1]，边坡完整性遭到严重破坏，进一步塌陷的概率加大。因此，边坡表层在裸露的情况下，非常容易受到雨水和坡面径流的直接冲刷侵蚀。

1.2 浅层渐进性破坏

高速公路土质边坡通常采用植被护坡，一方面是由于边坡坡度较小（一般在30°左右）不会引起边坡大规模失稳，另一方面则是由于植物根系在土体中互相缠绕、穿插形成网状结构，对边坡浅层土体产生加筋锚固作用[2]，在一定程度上会保护边坡的完整性。同时该地区往年降水量偏少，雨水入渗深度有限，一般能保持稳定状态。但近年来，降雨量及降雨时间显著增加，当雨量较大，持续时间较长时，防护作用就会降低，其演变过程为浅层渐进性滑动破坏。当集中降雨发生时，由于植物的存在，一部分雨水来不及入渗便沿着植物表面形成径流流走，其余降水则下渗进入土体中致使浅层土体黏聚力急剧减小，土体和植物根系之间的摩擦力降低，进而造成土体抗剪强度降低。并且浅层土体相较于更深的土体抗剪强度降低更大，在重力和水流的双重作用下，部分浅层土体脱离植物根系的束缚和网固作用开始出现蠕动-拉裂-贯通-下滑的破坏过程，同时根系深度较浅的植物会随着下滑土体一起往下滑动。随着失去表层植被的保护，斜坡土层直接暴露在降雨的持续作用下，短时间内边坡表层土体饱和，稳定性降低，引发又一轮的滑动，破坏机理见图4。

图4 边坡浅层渐进性破坏形成机理

1.3 深层水毁破坏

雨水大量下渗，地下水在溢出带附近汇聚，局部滞水造成水流溢出带附近地下水位抬升，浸水面积扩大，边坡潜在滑动面土体受水浸泡结构强度破坏，结构面软化，静水压力升高，有效应力降低，斜坡体软土化，从而容易诱发滑坡[3]，图5为深层水毁破坏模型。

图5 深层水毁破坏模型

2 水毁破坏的主要特征

2.1 冲刷+地下水潜蚀+静水压力+动水压力

边坡发生水毁破坏，一般会经历表层坡面冲刷，一部分水流走，一部分水会下渗进入坡体，造成边坡内部充水，水分会对边坡土体造成潜蚀，并伴随产生静水压力、动水压力，导致其抗剪强度降低，由于水的存在，边坡内部软弱结构面将承受静水压力，此时的静水压力相当于作用在结构面上[4]，施加给滑体上浮托力，从而降低软弱滑动面上的摩擦力。同时坡体下滑一般会伴随产生大量竖向裂隙，又会产生水平推力，增大滑体的下滑力，增大滑塌风险。

2.2 软化变形

山西位于黄土高原，土质边坡中土壤类型多为黄土、红黏土等，其具有强亲水性，吸水易湿化，当坡脚处水流汇集，坡脚结构软化破坏，从而导致坡顶下沉拉裂变形，坡后产生大量裂隙，这些裂隙又成为雨水的排泄通道进入边坡内部。

当进入汛期后，河流流量增大，会使得原本处于稳定状态的边坡地下水位急剧上升，影响范围内的土体水动力场发生变化，进而会引起重力侵蚀和水力侵蚀重叠区域应力场的响应，造成坡脚土体软化、抗剪强度降低，最终导致滑塌。

2.3 潜在滑动结构面及其强度衰减性

土体浸泡软化是土颗粒与土中水相互作用的结果，因此可以从土水相互作用角度分析其软化机理。浸泡后土体的峰值黏聚力c不断损失，主要是因为：土体黏聚力主要是土颗粒间的联结力，天然状态下，联结力主要由黏粒以及颗粒表面水膜的吸附力提供，而在浸泡之后，土中黏粒不断溶解，颗粒表面水膜变厚，吸附力持续降低，从而导致颗粒间的联结力持续下降，最终黏聚力不断下降。

2.4 土体崩解性

据地质资料及现场勘察，黄土特殊的物理力学性质，斜坡所含地层主要以粉粒为主，水敏性好，遇水体积含水量迅速增长，黏聚力下降，强度降低，发生软化。由于斜坡所含地层是由黄土层与古土壤层依次顺序排列，二者在渗透性、黏粒含量和滞水性等方面差异较大，黄土层的渗透性相对古土壤大得多，古土壤层相当于一个隔水层，导致地下水在土层与泥岩层接触区形成大的滞水带，使得接触地带的土层含水量增大，长期处于饱和状态，甚至发生液化，形成易滑带，导致抗滑力降低，增加斜坡失稳概率。

3 预防措施

a）公路设计阶段，设计人员需深入现场实地调研，结合实地水文地形地貌情况，对地质薄弱处进行有针对性的防排水设计，加强坡面防护设计。

b）防护措施的选择，需要根据实地情况合理进行。对于坡度较缓，稳定性较好的土质边坡可直接采用植物防护，选择恰当的边坡绿植，植被的覆盖会减缓雨水的直接冲刷，植被根系扎入土体具有固土的作用；对于不适合直接植树种草的坡体，如红黏土、碎石土质边坡等，可采用喷混凝土植生防护；对于欠稳定的边坡可采用工程防护和植物防护相结合的形式进行防护。总的原则就是采取相应工程措施防止水流过多渗入坡体。

4 结语

笔者结合工作实际，对公路边坡水毁破坏形式、特征进行了分析，提出了预防措施，为以后边坡水毁处治做出参考。

a）根据现场地质灾害调查，研究区降雨和植被作用下的滑坡地质灾害可以划分为冲刷破坏、浅层渐进性破坏、深层水毁破坏等类型。

b）黄土特殊的物理力学特性，使其遇水性能会迅速软化变形，抗滑力迅速降低导致斜坡失稳。

c）为降低边坡破坏的概率，在设计施工管理的各个阶段均应合理处治。