高速公路工程滑坡成因分析及治理

夏洪吉 任天勇

（四川省交通勘察设计研究院有限公司，四川成都 610017）

0 引言

因施工诱发的滑坡多为典型的牵引式滑坡。对滑坡的机理研究，有乔建平等[1]对天台乡滑坡的研究，认为雨水下渗使坡体处于超饱和状态是滑坡发生的主要原因；段建新等[2]对高速公路开挖边坡诱发牵引式滑坡进行了分析；袁从华等[3]针对牵引式滑坡特征提出了主被动加固的比较分析。这些研究对工程滑坡的预防和治理起到指导和推动作用。同时，工程实例表明，引发工程滑坡的原因往往不是单一的，若对滑坡原因认识不全面就提高了工程滑坡的可能性。

林锐等[4]对施工诱发的混合式滑坡稳定分析后，认为工程滑坡诱因多为施工组织不当。希望参建各方在工程项目建设中结合项目特点，仔细梳理排查不利于边坡稳定的各项因素，并高度重视临时工程和施工组织的合理设计和实施，事前预防，确保安全，为避免工程事故的发生提供一定的参考。本文以某高速公路工程滑坡为例，从地质勘察到稳定性分析，对该滑坡进行了全面分析，阐述了引起该滑坡的内因和外在诱发因素，并提出处治措施。

1 工程概况

某高速公路K9+690～K9+775段线路以填方路基形式从坡体中下部通过，边坡表层2～3m为残坡积含砾粉质黏土，下伏基岩以泥岩为主，岩层产状缓倾坡外。受强降雨影响，边坡后缘开始发生拉裂变形，随后在持续降雨入渗、浸泡软化作用下，逐渐形成贯通滑动面，最终边坡发生滑移。该滑坡轴向长度约100m，平均宽约60m，面积约6.0×103m2，滑体厚度约5.5～6.0m，总方量约3.6×104m3，见图1。拟建线路以填方路基形式从滑坡体前缘通过，对拟建线路K9+690～K9+775段影响较大。

图1 稳定性计算简图

图1 滑坡平面图

根据《中国地震动参数区划图》（GB18306-2015）工程区基本地震动峰值加速度0.10g，区内基本地震动反应谱特征周期为0.45s。对应的地震基本烈度为Ⅶ度，区域稳定性较好，工程区处于相对稳定的地块。

工程区属中亚热带西部半湿润气候区，降雨量丰盈，雨日频繁，既是多雨区又是暴雨中心，年降雨量在1200mm以上。

2 滑坡基本特征及形成机理

2.1 滑坡形态特征

地貌上属构造剥蚀中低山地貌，微地貌主要为斜坡地貌。滑坡总体西北高东南低，地面标高介于1815～1850m，坡向147°，坡度15～25°，局部最陡处约30°。滑坡后缘以陡坎为界，右侧以冲沟为界，左侧以坡面浅沟为界，轴向长度约100m，宽约60m。

2.2 滑坡物质组成特征

2.2.1 滑体

根据地表调查及钻探揭露，滑坡体表层为原残坡积含砾粉质黏土，呈黄褐色，稍湿，可塑，以粉质黏土夹砾石为主，钻孔揭露厚度约2m；砾石含量5%，粒径0.2～2cm，下部为基岩滑动后形成的碎裂岩体，滑动面以角砾状为主。多呈碎裂状～碎块状，局部段保留原基岩完整性，母岩成分以泥岩为主，钻孔揭露深度5.5～6m。

2.2.2 滑面

根据钻探岩芯揭露，滑面以粉质黏土夹角砾土为主，含少量碎石，次棱角状，掰开后光滑面上可见擦痕，滑面厚度2～5cm。

2.2.3 滑床

根据钻探揭露，滑床以泥岩为主，夹泥质粉砂岩，岩体整体较完整，除层面外主要发育两组陡倾结构面，层面缓倾、平直、光滑，陡倾结构面起伏、光滑无充填。

2.3 滑坡成因

（1）该滑坡原地貌右侧为冲沟，且左侧发育坡面浅沟，坡体两侧临空条件较好；边坡岩层产状151∠12°，边坡坡向147°，岩层缓倾坡外，且岩体发育两组不利结构面，产状分别120∠80°和36∠72°，分别形成坡体后部及侧向切割面，总体情况不利于边坡稳定。

（2）便道和涵洞施工时，在坡体前缘和侧面形成了临空面，未及时作回填处理，坡体前缘和侧面形成临空条件，为边坡的变形提供了有利的发展空间。

（3）由于边坡前缘临空，坡体松散堆积体在自重作用下产生变形，坡体后缘开始产生拉裂缝。随后持续强降雨条件下，一方面降雨沿裂缝入渗，对下部基岩及层面浸泡软化，尤其基岩顶部风化层裂隙发育，加剧雨水的入渗，致使其力学强度降低，另一方面坡体范围内岩土体含水率高、质量增大。在上述因素影响下边坡变形逐步发展并形成贯通滑动面，最终发生滑移。

综上分析，不利的结构面组合以及岩土体力学强度参数低是内在原因，人工扰动使坡体形成较好的临空条件和持续降雨是外在诱发因素。

3 滑坡稳定性评价

3.1 稳定性定性分析

发生滑动后，及时作了回填反压处理，至今未发现进一步变形破坏迹象。根据在滑坡体范围内及坡体后缘和前缘变形监测，也未发生进一步明显变形位移。目前在前缘填土反压下，该滑坡堆积体整体处于基本稳定状态，但在持续降雨条件下，表层土体在雨水浸泡下有发生蠕滑的可能，坡体较陡处有发生垮塌或滑塌的可能。

该滑坡滑动后，在后缘形成高差5～10m的滑坡壁，坡度70～80°，滑坡壁上部为厚度2～3m的坡残积含砾粉质黏土层，下部为泥岩，自然坡度15～25°。边坡表层岩体破碎，有发生掉块、垮塌可能，加之该边坡在不利结构面组合切割下，有向坡外发生滑移变形的条件。

此外，根据钻孔揭露，孔深9～12m段岩体裂隙发育、岩芯破碎，为地下水富集区，地下水长期作用易软化下伏泥岩，形成软弱顺层结构面，雨季雨水下渗滑面将引发边坡失稳。

3.2 稳定性定量评价

3.2.1 计算参数选取

滑体重度参数参考附近工点资料确定。滑带土抗剪强度参数根据经验并结合推测滑面反算参数综合确定。根据《公路滑坡防治设计规范》，当滑坡处于整体滑动状态时，滑坡稳定系数可取0.95～1.00，整体蠕动状态时取1.00～1.05。本次计算按照《公路路基设计规范》JTG D30-2015及《公路滑坡防治设计规范》JTG/T 3334-2018，稳定性分析采用简化Bishop法；滑坡推力计算采用传递系数法。

（1）简化Bishop法计算公式：

式中：

Wi——第i土条重力；

αi——第i土条底滑面的倾角；

Qi——第i土条垂直方向外力；

（2）传递系数法计算公式：

当时Ti＜0时，应取Ti=0。

式中：

Ti、Ti-1——第i和第i-1 滑块的剩余下滑分力，kN/m；

FS——稳定安全系数；

Wi——第i滑块的自重力，kN/m；

αi、αi-1——第i和第i-1滑块对应滑面的倾角，°；

φi——第i滑块面内摩擦角，°；

ci——第i滑块面岩土粘聚力，kN/m；

Li——第i滑块面长度，m；

Ψi——传递系数；

本次以滑坡滑动前原始地形主滑剖面为计算断面，对土层参数进行反演计算，通过现场勘察可知，该滑坡在暴雨作用下发生滑动。故本次反演通过暴雨工况进行反算，稳定性系数选取为0.95。通过反演分析综合确定各土层参数，滑体重度：天然状态γ=24kN/m3，暴雨状态γ=25kN/m3；粘聚力：天然状态c=14.5kPa，暴雨状态c=14.1kPa；摩擦角：天然状态φ=9°，暴雨状态φ=8.5°。

3.2.2 计算工况及判定标准

由于本项目地震基本烈度处于Ⅶ度区，边坡稳定性计算应考虑正常工况（天然）和非正常工况Ⅰ（暴雨或连续降雨状态）、非正常工况Ⅱ（地震工况）三种工况[5]。

本项目为高速公路，参照《公路路基设计规范》（JTG D30-2015）表7.2.2滑坡稳定安全系数Ks，在天然工况下安全系数取1.25，在暴雨工况下，安全系数取1.15。在地震工况下，安全系数取1.1。

3.2.3 稳定性计算结果

（1）整体稳定性计算。

选取典型剖面进行计算，计算模型见图2，计算结果见表1。

图2 填方加载后计算简图

表1 稳定性计算结果

（2）局部稳定性计算。

对滑坡局部稳定性采用理正岩土，自动搜索最危险滑裂面，分别按天然工况、暴雨工况、地震工况等三种工况进行计算，计算参数及结果见表2。

表2 滑坡局部稳定性计算表

稳定性计算结果表明：现阶段该滑坡整体在天然工况下处于稳定状态，在暴雨及地震工况处于基本稳定状态，但安全储备不足。滑坡体局部在天然及地震工况下处于欠稳定状态，在暴雨作用下处于不稳定状态。

因此，在持续降雨条件下，滑坡体表层土体在雨水浸泡下有发生蠕滑的可能。坡体较陡处有发生垮塌或滑塌的可能，加之该滑坡体处于路基填方路段，施工扰动及填方加载可诱发新的滑坡，建议采取必要抗滑支挡措施进行处置，并结合抗滑支挡措施进行填筑后下滑推力计算，以满足路基填筑后抗滑及抗倾覆稳定性要求，同时加强截、排水及变形监测。

4 处治方案

处治时，非正常工况主要考虑暴雨情况，参照《公路路基设计规范》（JTG D30-2015），在暴雨工况下安全系数取1.15。本工点为填方路基，计算填方加载后暴雨工况下剩余下滑力为530kN，主动土压力为337kN，因此以剩余下滑力530kN作为设计依据。

（1）为确保路基填方后坡体稳定，在路基左侧一级填方坡脚处设置抗滑桩，圆桩桩径2.2m，间距4m。

（2）滑坡后缘有明显错台，高度达7～9m且坡率较陡，基岩裸露且倾向坡外，上覆2～3m厚硬塑粉质黏土，后缘坡体从错台部位滑出的风险较高。因此沿后缘裂缝设置三排钢花管并连接系梁，钢管长度约10～12m，嵌入中风化基岩深度不小于3m。

（3）滑坡周界外5m设置一道截水沟，并顺接路基右侧边沟。

5 结束语

本例中不利的结构面组合以及岩土体力学强度参数低是坡体失稳的内在原因，人工扰动使坡体形成较好的临空条件，持续降雨是坡体失稳的外在诱发因素。如果在设计阶段或施工期间能够通过调查分析或其他手段发现和查明不利于坡体稳定的内部原因，在设计时根据不利内部条件，结合气候等不利外部因素，综合分析后选择合理方案，并提前施工截水沟以及必要的临时排水设施，是可以避免坡体因两面临空和岩土体力学强度参数降低而形成有利于滑动的条件，从而保证坡体稳定，避免坡体失稳，在设计阶段和施工期间的施工组织设计中应对此点引起重视。