福建某高速牵引式滑坡成因机制分析及治理措施

■肖九资

（三明莆炎高速公路有限责任公司，三明 365000）

由于地层岩性、边坡开挖、河流侵蚀以及降雨等影响，在山体坡脚处易形成牵引式滑坡[1]。 这类滑坡在山区丘陵公路滑坡中占据很大比例，且破坏程度严重、治理难度较大，给基础设施运营带来较大挑战[2]。 牵引式滑坡在自下而上的形成过程中，土体抗剪强度逐渐降低，前缘边坡体失稳后逐渐向后缘发展，导致前缘坡体的支撑力减小，规模不断扩大，从而出现临空面，使得与之相邻的后缘发生失稳破坏[3]。 这类滑坡体的显著特征是由贯通的拉裂缝将整个坡体划分为数级滑体，这些滑体将数个小滑动面贯通成一个大的滑动面，从而形成较大规模的滑坡[4]。 牵引式滑坡的失效形式不是一次性发生，而是随着时间推移，在外界因素诱发下不断发生滑坡，该类滑坡影响范围大，持续时间长，在实际工程中应引起高度重视[5]。 在山区公路建设过程中，若对路堑边坡的开挖导致的牵引式滑坡治理不当，会导致更严重的二次滑坡，使得后期治理难度增大，施工成本增加[6]。 因此在评价牵引式滑坡时需考虑形成牵引式滑坡的工程地质条件和水文地质条件，是否在工程建设中形成新的滑坡，以及滑坡的演变过程[7]。针对牵引式滑坡存在的主要问题，本研究以福建某高速公路路堑牵引式滑坡为例，通过地质勘察、Bishop 极限平衡分析、参数反演并结合室内土工试验，对牵引式滑坡的破坏特征、演化机理及渐进破坏过程进行分析， 并给出相应的灾害防治措施，以期为类似工程提供参考。

1 工程概况及工程地质条件

1.1 工程概况

该边坡所处区域为莆炎高速公路某收费站南侧丘陵坡地上，区内主要交通为国道534 线及乡村道，地理位置及边坡样貌如图1 所示。 该边坡场区地形起伏明显，但下部地势相对较缓，一般高程介于380.0～430.0 m，自然坡度约10°～35°。 边坡东南侧沟谷因坡体表层土较松散，在雨水作用下，引发浅表层滑坡。 该高速互通右侧深路堑最高约33 m，原设计为底部半挡土墙支护，下部两阶为拱形骨架植草，上部两阶为预应力锚索框架加固。 该边坡已于2019 年4 月、2020 年6 月发生了2 次滑动，2022 年6 月再次产生滑动，截至目前仍处于缓慢变形阶段，坡体现状变形较严重。 坡面见开裂或拱出，发育多处浅层滑塌，坡体上多处裂缝开裂错动，裂缝宽0.1～0.3 m，深度未探测到底，裂缝延伸走向和长度不一，下错0.5～1.0 m，后缘裂缝不明显。

图1 滑坡场区位置图

根据现场变形情况，结合钻探及实测断面分析，确定该滑坡存在1 个滑塌区，及左右2 个独立的小范围崩塌区 （图1）。 滑塌区对应桩号里程约CP0+053～CP0+140 断面，横向长度约90 m，主滑方向约290°。 滑塌区CP0+053～CP0+120 范围为主要变形区，推测滑坡后缘为框格梁坡脚变形形成的陡坎处，滑坡前缘剪出口为坡脚挡墙墙顶，滑体厚约5～8 m；滑塌区CP0+120～CP0+140 范围现状以浅层溜坍为主，变形范围是框格梁坡脚至中部宽平台，滑体厚约3 m，暂未侵占改路平台。

1.2 工程地质条件

据区域地质资料和工程地质测绘成果，测段未见大的活动性断裂通过， 地质构造条件较为简单，属相对稳定地块，地质平面图如图2 所示。 据大演2 号大桥剪切波速成果，场地类别为Ⅱ类，属中硬场地土。区内基本地震动峰值加速度a 为0.05 g，地震基本烈度6 度，地震动反应谱特征周期T 为0.35 s。场区地下水稳定水位埋深大多在约5～15 m 处，前缘坡脚的地下水位埋深大多稳定在约3～4 m，说明坡体失稳开裂后破坏了地下水原有的径流和排泄条件。 暴雨期间地表水和地下水顺着坡面和滑动面的裂隙入渗，加之坡体前缘地形相对较缓，导致下部前缘坡体内整体水位上升。 自2019 年4 月以来，因坡脚开挖平整修建梁场， 加之场区持续暴雨，引起边坡塌方。 后期虽已处置，但边坡一级宽平台处又向下滑移，导致宽平台上一级边坡发生溜滑。

图2 滑坡区工程地质平面图

根据钻孔资料，该场地上覆第四系土层主要为坡残积层 （Qel-dl）， 下伏基岩为石炭系下统林地组（C1l）泥质粉砂岩，层理产状90°∠57°。 岩土层从上至下分别为（前面数字为总层序号）：（1）4-13 为含碎石粉质黏土（Qdl），呈灰色，以硬塑黏粉粒为主，碎石占10%～20%，成分为强风化粉砂岩。 揭露厚度约1.20～9.20 m，为高液限土。 （2）5-13 为残积黏性土（Qel），呈灰白-灰黄色，以硬塑黏粉粒为主，为泥质粉砂岩风化残积土。 揭露厚度约6.30～9.40 m，为高液限土。 （3）13-11 为全风化泥质粉砂岩（C1l），呈灰白-灰黄色，局部夹灰色，粉砂结构，薄层状构造，岩芯呈散体状，手可捏散，揭露厚度约4.40～17.60 m。（4）13-12 为强风化泥质粉砂岩（C1l），呈灰黄色，粉砂结构，薄层状构造，泥质胶结，倾角15°，节理裂隙发育，见铁锰质染，岩芯以碎块状为主，部分夹砂土状或夹少量柱状，节长10～15 cm，锤击易哑，揭露厚度约12.00～33.43 m。 （5）20-11 为构造破碎带（F），呈灰黑-灰黄色，碎裂状，原岩为粉砂岩，受挤压作用，蚀变严重，岩芯总体呈砂土状，部分呈散体状。 揭露厚度约14.13 m，未揭穿。 根据室内土工试验，得到滑坡区域内岩土体参数如表1 所示。

表1 岩土体参数

2 滑坡变形破坏特征及稳定性计算

2.1 变形破坏特征

由图1～2 可知，该滑坡体滑向约290°，倾角约15°～60°。 沿线路横向宽约100 m，纵长约100 m，滑坡体埋深约9～15 m，最大埋深约25 m，估算其平面面积约1.0×104m2，体积约8.0×104m3，判定其为牵引式浅-中层的中型新滑坡。 该滑坡经过2019 年、2020 年的2 次滑动后，于2022 年6 月再次发生滑动。 该坡体虽前两次滑动后采取了相应的加固及支挡措施，但在2022 年4 月—6 月降雨影响下，中下部2 阶拱形骨架支护的坡体再次发生滑动变形，下错约1～1.5 m，向北侧滑移约3～6 m。 上部锚索框架加固坡体未见明显滑动，但底部已被掏空；滑坡后缘排水天沟裂缝明显可见，宽约1 cm，下错不明显；滑坡体前缘因坡脚有挡墙支挡，未产生滑舌。

根据第1 次滑动后的勘察钻孔成果，表层含碎石粉质黏土与全风化地层其岩土结构不清，局部土夹石，可判断为滑床位置。 根据现场踏勘及实测断面分析，路堑挡墙未发生变形，推测滑面剪出口应当在挡墙墙顶之上。 第3 级框架锚杆（索）边坡未发生明显变形，且在第3 级边坡坡脚下方有明显陡坎，推测滑面后缘在第3 级边坡坡脚陡坎处。 因该坡体历经3 次岩土体滑动，经泡水软化后，造成滑动面加深，导致新滑动带位于残积土底部及全风化粉砂岩层中。 滑坡体中部表层因本滑坡引起较大面积浅表层崩塌、坍塌，且滑坡坡脚挡墙底部有明显地下水渗出。 后上部锚索框架加固坡体虽未见明显滑动，但局部锚索锚头已脱落，说明上边坡已处于蠕动变形阶段。

2.2 稳定性计算

自然边坡在受到外界破坏后，其地质体内部原有应力状态重新调整，导致应力重新分布和应力集中，使得斜坡缓慢变形直至破坏。 虽然牵引式滑坡是在长期历史环境中演化形成的，但在外界影响下（如强降雨）存在突发性，因此有必要计算极端工况下坡体的稳定性[8]。 根据钻孔揭露的软弱层和变形情况，以及错动裂隙、塌陷点位置连线而成的坡面位置，确定本区域有1 个主滑动面，其深度约10～25 m。 基于Bishop 极限平衡法，选择潜在滑动面进行稳定性验算，计算其稳定性并反求c、（值，其计算表达式如下：

式中：Fs是稳定性系数；ci为第i 计算条块滑面黏聚力；φi为第i 计算条块内摩擦角；θi为第i 计算条块滑面倾角；Wi为第i 计算条块单位宽度自重。在此基础上反算主滑带抗剪强度指标，其反演计算公式为：

本研究对变形较严重的CP0+053 与CP0+120 2 个断面进行参数反演分析。 参考前一次变更c、φ值反演取值情况，反演得到边坡滑面在暴雨工况下的抗剪强度参数为：c=5 kPa，φ＝12°。 考虑边坡经历多次变形，滑体物质结构松散，将暴雨工况下滑体抗剪强度参数修正为：c=8 kPa，φ＝14°。 采用下部清方加固、中部抗滑桩支挡及桩后填土反压，顶坡框架锚杆（索）防护的方式进行加固，计算在正常工况以及暴雨工况下上述2 个断面的潜在稳定性系数，评价工况影响以及加固效果。

图3、4 分别为正常工况下和暴雨工况下CP0+053（垂直大里程方向）断面处于加固前后边坡的潜在稳定性计算图。 从图中可看出在正常工况下，潜在稳定性系数由加固前的1.060 提升到1.373，大于安全系数1.20；暴雨工况下潜在稳定性系数从加固前的0.915 提升到1.102，大于安全系数1.10，加固效果良好。 加固后此处的抗滑桩抗力约为750 kN/m，能显著提升边坡稳定性。

图3 正常工况下CP0+053（垂直大里程方向）断面处加固前后稳定性分析

图4 暴雨工况下CP0+053（垂直大里程方向）断面处加固前后稳定性分析

图5、6 分别为在正常工况下和暴雨工况下CP0+120 断面处加固前后边坡的潜在稳定性计算图。 从图中可看出在正常工况下，潜在稳定性系数由加固前的1.125 提升到1.378， 大于安全系数1.20；暴雨工况下潜在稳定性系数从加固前的0.890提升到1.106，大于安全系数1.10，加固效果良好。加固后此处的抗滑桩抗力约为650 kN/m，能显著提升边坡稳定性。

图5 正常工况下CP0+120 断面处加固前后稳定性分析

图6 暴雨工况下CP0+120 断面处加固前后稳定性分析

3 滑坡演化机理及防治措施

3.1 滑坡演化机理

根据钻孔资料，场区中心有1 条断层破碎带通过，走向与主滑向夹角约10°，倾角约75°。场区坡体上覆厚约6.0～10.0 m 的硬塑坡残积粘性土，为高液限土；下伏厚约4.0～10.0 m 全风化岩，埋深最深处达40 m，这为坡体变形和滑坡的形成提供了地质基础。 山坡上部坡残积粘性土及全风化岩透水性差，饱水易软化，而下部碎块状强风化岩层透水性相对较好。 在持续降雨作用下，上覆松散土体迅速饱水软化，土体自重增加，粉砂岩的层理面不断浸润、泥质化。 强风化岩层饱水后形成承压含水层，对上部地层产生较强的浮托作用，并软化上部地层，使得上部地层底面抗剪强度大幅降低，改变了原有自然山体的整体应力平衡，产生滑动，进而牵引后部山体的变形开裂。

3.2 防治措施

虽然该滑坡现状稳定，但上部锚索框架坡体处于蠕动变形状态，若未及时采取有效的加固措施，当再次遭遇持续降雨时，中下部残坡积高液限土经泡水软化后可能再次产生滑移，极易牵引后上部已加固的坡体（具潜在滑动面的）变形，危及下方路堤。 为防止坡体继续下滑，应采取有效措施，具体包括：（1）工程防治措施。夯填裂缝和开挖临时截水沟，完善坡面上及坡顶的排水系统，防止降雨时地表水大量渗入坡体内，进一步加剧坡体变形。 将坡体现有裂缝用防水板铺底后采用粘土夯填，且在裂缝外侧挖设临时截水土沟，必要时采取相应的降水措施。 根据前两次滑坡治理效果及本次勘察成果，应在坡体中部选用抗滑桩支挡及桩后填土反压，坡顶框架锚杆（索）防护，增大抗滑力，防止边坡再次滑动。 （2）滑坡位移监测。 在施工期间及完工后，应对滑坡位移及深部土体变形等进行监测，做到及时预警、动态设计、信息化施工，做好相应的应急措施，同时评价加固效果，确保施工期间和运营期的滑坡稳定及安全。

4 结论

本研究以福建某高速牵引式滑坡为例，介绍了滑坡的工程特征及形成机制，并计算了暴雨及正常工况下边坡加固前后的稳定性，提出了防止该边坡再次滑动的治理措施，得出主要结论如下：（1）该牵引式滑坡由坡脚开挖及侵蚀，外加岩土体破裂以及坡体排水不畅，导致滑动面从下到上持续贯通发展而形成；（2）通过参数反演及极限平衡分析，计算出在正常工况和暴雨工况下边坡加固前后的稳定性，证明边坡加固后稳定性显著提高；（3）针对滑坡的形成机制，提出具体的工程防治措施与位移监测要求，应采取下部清方加固、中部抗滑桩支挡及桩后填土反压，顶坡框架锚杆（索）防护的方式进行加固；在施工中及施工后，均应对滑坡位移及深部土体变形等进行监测，做到及时预警。