复杂环境下滑坡稳定性分析及综合治理方法

韦 海

（广西路建工程集团有限公司，广西 南宁 530001）

0 引言

滑坡的发生和频率基本上取决于触发机制和自然条件之间的相互作用。滑坡触发因素包括地震、降雨、融雪和人类活动等。控制滑坡发生的自然条件包括基岩的力学性质、地质构造，以及局部地貌、地形和构造控制。识别控制滑坡分布和发生的因素较困难，因为滑坡可能在多种地质和地貌条件下触发，而且滑坡和诱发因素之间的关系在空间和时间上都是不同的。然而，充分了解这些因素对评估自然灾害和阐明滑坡在一系列环境中推动景观演变的作用至关重要[1]。

基岩材料的特性（剪切强度、渗透性和风化程度）通常被认为是控制滑坡发生的主要因素。涉及基岩滑动的深层滑坡对滑脱面的软弱单元很敏感，而浅层边坡破坏往往发生在不透水和半透水的岩石和土壤中。滑坡活动也与地貌因素有关，如地质空洞和坡度[2]。低坡度与斜坡材料上的低剪应力有关，因此缓坡比陡坡更稳定，更不容易发生滑坡。侧向和垂直河流侵蚀也是滑坡发生的驱动因素。此外，在确定滑坡类型、频率和规模时，控制因素（如岩性、山坡坡度和水道）的相对重要性仍存在争议；尤其是因为研究区域之间可能存在显著差异，无法确定某个因素可能会或可能不会主导其他因素[3]。

软岩是一种坚硬的地质材料，比工程土壤更坚硬。通常根据岩石的流变特性来判断岩石是否为软岩，即变形性、单轴抗压强度和剪切强度。泥岩是一种硬度较差的软岩，具有页岩的结构和成分，但缺乏细分层和裂隙。泥岩是缺乏层理或裂隙的淤泥、黏土沉积岩。在严重风化的环境中，泥岩边坡失稳问题经常发生。世界上许多地方都对泥岩的物理和工程特性进行了研究[4]。研究发现，根据当地的特点和气候条件开发一种有效且经济的边坡防护方法，才能防止泥岩边坡失稳。

1 工程概况

本合同段主线起讫桩号为K63+041.684～K70+360，全长7.318 km，起点位于广西乐业县东侧约7.0 km的新化镇谐里村那吐屯，途经乐业县新化镇那孟、陇爱、谐里等村屯。连接线起讫桩号为LK0+912.455～LK7+975，路线自西向东依山布线，设连接线1号中桥、连接线2号中桥、大挽村隧道，终点接乐业西南侧规划路，设计里程总长度为7.063 km。主要工程内容为路基土石方、桥梁（大桥7座、中桥3座）、涵洞通道、隧道、防护排水、房屋建筑及绿化等工程。其中，路基挖方399.9 万m3（包括路基、软基、改河改路），路基填筑413.3万m3（包括路基、软基、改河改路）；桥梁10座（2 276.9 m），隧道2座，单洞长1 821 m；涵洞通道50座（1 843.56 m），房建面积10 636 m2。

1.1 水文地质条件

项目位置所在属于珠江水系，沿线的江河主要为红水河支流谐里河、布柳河。K73+160 处跨越谐里河，河宽20～30 m，本路段自北向南流动，最后自西向东汇入红水河。拟建项目沿线地表水系发育较差。在非岩溶区，因为地形陡峭，切割深，坡降大，水流急，降水多顺山坡流失，导致地表水和地下水交替强烈。主要为雨源型山溪性河流。河水量受季节控制，水量变化大。水位受降水量控制，暴涨暴跌。在干旱季节，河流水位很低，甚至干涸，但雨季水位暴涨。

LK2+140～LK2+460段右侧路堑边坡，长度为320 m，边坡开挖最大深度约62 m，其中需进行改移防护的LK2+300～LK2+460范围边坡开挖最深为50.5 m。开挖范围内主要为碎石土、下伏强风化砂岩。分五级边坡：第一级采用系统锚杆框架植草支护；第二至第五级采用预应力锚杆框架植草加固防护。

1.2 施工平面

在连接线二级路施工时，由于施工地点距离G212国道较近且下方边坡陡峭（原二级路塌方造成与设计断面不完全相符），施工最高点距离省道落差约100 m，施工过程可能会造成飞石或落石，破坏力非常大，二级路存在瘫痪的风险。经设计、业主、监理等部门现场实地考察后，发现在连接线LK2+200～LK2+460桩号下方的G212国道右侧有一个较大的平台，可将现有二级路往右侧临时外移10 m左右，施工完毕后即恢复现有二级路，临时改移部分将作为G212国道日后永久紧急避让所或紧急停车带。测量部门实地测量改移前，G212国道离施工位置最近的直线距离为51.73 m，改移后防护网位置离施工位置最近直线距离为62 m。

2 滑坡综合治理策略

边坡的移动是降雨的结果，降雨增加了黏土的含水量，导致有效应力降低，从而引发土体移动。在滑坡开始期间，孔隙水压力逐渐降低，最终导致边坡运动停止。内部变形特征的存在，使边坡在移位过程中，经历了显著的塑性变形[5]。

在上述分析的基础上，根据边坡的实际情况，如陡坡、岩石破碎、岩土共存、山体采空区多、山体松散、大规模地下开采等特点，提出了以下对策。

（1）受采空区变形和塌陷的影响，山体处于临界失稳状态。在采取滑坡加固措施之前，有必要加强对矿区潜在滑坡的位移监测。

（2）通过评估研究区域内每种岩石类型的滑坡频率和每种岩性单元的空间范围，测试了滑坡发生率和滑坡清单中观察到的岩性之间的关系。

（3）研究结果表明，该地区的滑坡危险性更大，主要是在山坡坡度为N10°且靠近水道的地区，需要针对这些地区采取滑坡缓解措施。为控制山坡坡度，工程可采用移除技术来削减坡度、修改几何结构和降低坡度。

（4）现场采取了一些滑坡稳定措施，其中应用最广泛的修复技术包括排水系统和位于滑坡坡脚的安全壳结构。从理论角度来看，这种补救方案是最合适的，因为它可以通过排水防止孔隙水压力的增加。这些排水系统由一系列沟渠和渠道组成，通过分流径流，减少渗透，从而防止因矿压突然升高而导致有效应力下降[6]。

研究发现，除滑坡类型对滑坡频率产生影响外，邻近河流对滑坡频率也有显著的控制作用，大多数滑坡发生在最近河流的260 m范围内。

3 加固方案

从地表直接开挖稳定桩在技术上是困难的。工程人员发现，在坡脚附近的地区，滑动面的深度已减少到25 m左右。护堤处修建了稳定桩。这些桩与模板墙相连，并在其后面回填开挖土壤。为了降低抗杠杆效应，在管道钻井技术中使用了预应力锚索，最终一个巨大的悬臂边坡稳定墙形成。为了防止冲积层中的钻孔坍塌，在预应力电缆施工期间，在钻孔的同时安装了一根管子。钻孔完成后，进行锚定工作。锚固结束后，拉出钢套管。在后续开挖阶段，对边坡变形进行了监测。监测数据表明，边坡稳定桩加固后达到了稳定状态[7]。

基于上述分析，本文提出了一种新的边坡防护方法。

3.1 给排水

水是造成高速公路边坡失稳和侵蚀的最重要和最具破坏性的因素。由于研究区域有明显的旱季和雨季，包括台风带来的暴雨，如果地表水和地下水不能有效排出，边坡保护措施很难取得预期的效果。

3.2 软弱岩石斜坡上的植被

数据分析可知，公路沿线仅受植被保护的斜坡容易发生故障。事实上，在广西普遍存在不利地质、地形和气候的条件下，植被保护方法并不奏效。例如，在泥石斜坡上，与侵蚀有关的问题很严重，尽管有植被覆盖，但是泥岩易于风化，径流侵蚀可促进水渗入风化泥岩和新鲜泥岩之间的界面，从而破坏整个泥岩边坡的稳定性。一旦泥岩边坡变得不稳定，植被和风化层就会在界面上方移动，从而引发植被层滑动。

3.3 坡度和坡高

坡度和坡高过大会增加表面侵蚀和浅层滑坡的可能性。在调查的路段中，路边坡度为1∶1.2（约40°）。植被坡度一般在39°～41°之间，大于35°被认为是允许植物自然入侵和繁殖的角度上限。此外，斜坡高度一般在7～9 m之间。高速公路沿线的坡度大多在1∶1.5（约34°）的范围内测量，植被坡度在33°～36°之间。调查还表明，该地区的边坡破坏率为1.70，高于所研究的任何其他区域。

4 护坡方法

根据泥岩的特征和现场调查结果，提出有效的边坡防护措施：①护坡方法必须能够抵抗侵蚀，防止细粒土壤流失，并有利于充分排水；②需要一个地表水排水系统来有效控制雨水；③护坡设施必须具有足够的长度，以抵抗泥岩的膨胀压力；④边坡防护设施必须提高边坡稳定性，促进植被生长。

该软岩泥岩地区开发了一种新的边坡保护方法——土壤-植被法，该方法满足了边坡的稳定性的要求。为了确定该方法的有效性，在泥岩边坡上进行了现场试验。原始边坡的倾角约为42°，而对比边坡和土壤轮胎边坡的倾角分别约为36°和34°。各类边坡的宽度约为15 m，边坡长度从右向左逐渐变长。对于各类边坡的植被处理，原始边坡覆盖有原始植被物种，而对照边坡在按照设计规范削坡后铺设植被垫，土壤边坡替换为土壤植被基层。

5 结论

土地滑坡清单用于检查土地滑坡发生与地质和地貌特征之间的关系。本研究城区滑坡的空间分布主要由下伏岩性决定。对滑坡分布与山坡坡度的分析还表明，滑坡在10°～25°之间的山坡坡度上更频繁。在对滑坡发生情况和与河流距离的统计分析发现，在靠近河道的地方，滑坡的次数显著增加。事实表明，基岩类型是控制滑坡发生的决定因素，这与之前的研究一致。因为鳞状黏土是该地区最脆弱的岩性，当水饱和时，在12°～15°的山坡坡度上容易发生破坏。这表明，该地区滑坡频率随滑坡面积减少的速度较慢。

本研究阐明了局部条件在影响边坡破坏的发生和频率方面的相互竞争作用，并对莫里斯滑坡现象进行了更好的阐释。研究结果表明，在以弱鳞片黏土为主的地形，大滑坡的发生频率可能比预期的要高。当山坡坡度介于10°～20°之间且水道较近时，滑坡发生故障的可能性明显高于其他地方。

在高速公路上遇到的岩石类型中，最常见的是交替形成的砂岩-页岩（36.3%），依次是砂岩（24.4%）、砾岩（21.9%）和泥岩（17.4%）。就边坡破坏数量而言，交替形成的砂岩-页岩的边坡破坏数量最多（37.6%），依次是泥岩边坡（29.1%）、砂岩边坡（23.9%）和砾岩边坡（9.4%）。就边坡破坏率而言，泥岩边坡的破坏率最高（1.67），依次是由交替砂岩-页岩地层组成的边坡（1.04）、由砂岩组成的边坡（0.98）、由砾岩组成的边坡（0.43）。

对于泥岩斜坡尤其是那些高角度和高长度的斜坡，单独的植被保护方法是无效的。因此，必须同时采用额外的工程保护方法。考虑到研究区域的边坡破坏特征，在设计有效的边坡防护方法时，必须考虑以下因素：抗侵蚀能力、细粒度土壤流失预防、控制雨水径流的适当地表水排水系统；抵抗泥岩膨胀压力的能力；增加边坡的稳定性，促进植被生长。根据这些因素开发了一种新的边坡保护方法——土壤-植被法，现场试验结果表明该方法在泥岩边坡保护中是有效的。