某路堑边坡崩塌地质灾害稳定性评价及防治对策

张棋豪，张桃如

(广东省地质局第七地质大队，广东 惠州 516001)

0 引 言

研究区域属亚热带季风气候，四季分明，气候温和湿润，冬季多偏北风，夏季多偏南风，阳光充足，雨量充沛，夏长而无酷暑，冬季偶有阵寒的气候特征。气候特点表现为高温、多雨、湿润、霜期短，雨、旱季明显。本区降水量充沛，具有雨量多、强度大、季节长、雨日多、时程及分布不均等特点。结合当地生产建设经验，灾害性天气也是诱发地质灾害的重要因素。应特别注意雨季台风带来的暴雨在短时间内降水，冲刷边坡面，进而引发崩塌、滑坡和泥石流等地质灾害[1]。

地貌类型为剥蚀残丘，自然山体坡度为15°～40°，山体植被发育，主要为杂木及低矮灌木。后因需要建设省道，开挖形成工程边坡。现状边坡未分级放坡，一坡到底，未采取有效的治理措施，坡面植被发育弱，大部分坡面裸露。坡顶20.0 m外存在高压电塔，坡脚道路外侧为自然山体沟谷，沟谷内植被发育。该研究区整体地形地貌条件复杂程度为中等。

1 地质环境背景

研究区所在区域上出露的地层有：寒武系八村群(∈n)、泥盆系桂头群杨溪组(Dy)、帽子峰组(DCm)、石炭系大赛坝组(C1ds)、震旦系老虎塘组(Zlh)和第四系(Q)。区域内未见有大的褶皱构造。

区内虽未见褶皱及断裂构造，但区域上断裂发育，受区域地应力的影响，区内浅表岩石风化较强烈，节理裂隙发育，对边坡稳定性有一定影响，地质构造条件复杂程度为中等。

地层主要为石炭系大赛坝组(C1ds)，该区地层岩性条件复杂程度为简单；场地距离区域构造较近，区域断裂发育，受区域地应力的影响，区内浅表岩石风化较强烈，节理裂隙发育，研究区内地质构造条件复杂程度为中等[2]。

2 工程地质条件

根据钻探揭露，钻孔揭露深度内场地地基岩土层主要为粉砂岩；各岩土层按其成因分类、物质成分及工程力学强度分述如下(前面数字为层序号)：

(1)第四系人工填土层(Qml)

①素填土：褐红色，松散，主要由粉质黏土及碎石堆填而成，堆填时间一般为3年以上，均匀性差，欠固结。主要分布于研究区坡脚道路附近，为填筑路基堆积。揭露厚度为1.40～2.00 m，平均1.43 m，顶面高程61.10～73.16 m。

(2)第四系坡残积层(Qel+dl)

②粉质黏土：褐红色，坚硬，含粉砂岩碎石，碎石粒径为30～80 mm，含量约20 %，次棱角，切面稍有光泽，干强度中等，韧性中等，遇水易软化崩解。研究区内广泛分布。揭露厚度为0.60～4.00 m，平均1.46 m，顶面高程84.79～105.40 m。

在钻孔揭露深度内的岩性为粉砂岩，按其风化程度/力学强度/层位关系分为强风化及中风化2个风化带：

③1强风化粉砂岩：紫红色，裂隙发育，岩石风化强烈，岩质软，岩芯呈碎块状、碎块夹土状、短柱状，岩石坚硬程度为极软岩，岩体完整程度为极破碎，岩体基本质量等级为Ⅴ级。研究区内广泛分布。揭露厚度为0.70～3.50 m，平均1.75 m，顶面高程80.79～110.83 m。

取21组岩石点荷载试验数据进行统计，试验结果表明岩石点荷载试验差异较大，强度Is=0.40～2.60 MPa(剔除部分异常值)，平均0.90 MPa，标准值0.70 MPa，根据整个场地情况建议点荷载值0.60 MPa。

③2中风化粉砂岩：褐色、紫红色，结构部分破坏，砂粒结构、层状构造，风化裂隙发育，岩芯呈块状、短柱状，为软岩，RQD=30～50，岩体较破碎，岩体基本质量等级为Ⅴ级。研究区内广泛分布。揭露厚度为3.00～13.20 m，平均6.28 m，顶面高程59.70～103.40 m。

取14组岩石天然抗压强度数据进行统计，试验结果表明岩石天然抗压强度差异较大，强度R=8.60～24.70 MPa(剔除部分异常值)，平均16.50 MPa，标准值12.70 MPa，根据整个场地情况建议单轴抗压强度为13.00 MPa。

研究区内岩土层种类较简单，岩体节理裂隙发育，且同坡向结构裂隙发育，易软化崩解，工程地质条件复杂程度为复杂。

3 崩塌地质灾害特征及稳定性分析

3.1 崩塌形态特征

崩塌边坡在平面上大致呈“U型”，总宽约280.00 m，其中Ⅰ段边坡宽约100.00 m，最高处约26.00 m，坡向为300°，坡度为25°～40°，坡面植被较发育，以樟树为主；Ⅱ段边坡宽约140.00 m，最高处约40.00 m，坡向为330°，坡度为60°～70°，大部分坡面裸露，见有雨水冲刷痕迹，坡顶见少许低矮灌木；Ⅲ段边坡宽约40.00 m，自然坡度较缓，约20°～30°，植被发育，以松树、樟树为主，底部可见低矮灌木。边坡坡脚为省道，距离道路最近处约0.5 m。

据现场调查及前期资料收集，已发生的崩塌主要位于Ⅰ、Ⅱ段边坡，崩塌方向为300°～330°，崩塌厚度约0.50～2.00 m，崩塌体积约200.00 m3，部分崩塌物仍堆积于坡脚。

通过Ⅰ、Ⅱ段已发生的崩塌地质灾害分析，从崩塌边坡整体地形地貌、地质条件等因素综合分析，受地质灾害影响边坡长度约280.00 m，整体大致轴向为330°。崩塌按形成机理属于滑移式崩塌，按规模属于中型崩塌。根据物质组成及物质来源，崩塌体自上而下主要为：黄褐色、红褐色，坚硬坡残积粉质黏土；紫红色、红褐色土夹碎块状强风化粉砂岩。

崩塌体主要位于边坡中部，也是边坡最高处，崩塌岩土体为边坡表层土体，以坡残积粉质黏土及强风化粉砂岩为主，崩塌规模相对较小，大致为200.00 m3。坡面杂草丛生，局部可见风化裂隙，因雨水的进入，导致裂隙变宽，暴雨状态下对边坡的稳定性非常不利，有再次发生崩塌的可能性[3]。

3.2 崩塌边坡破坏模式及破坏方向分析评价

(1)岩土体顺层滑动

边坡区出露为粉砂岩，砂粒结构，层状构造，层面间为软弱结构面，雨季时大气降水渗入岩体中，顺层面向坡脚运移，软化粉砂岩，其力学强度降低，岩体可能顺层面产生滑动。

(2)岩土体沿节理裂隙组合破裂面滑移崩塌

边坡区岩体中节理裂隙十分发育，现场调查主要发育节理有5组，产状为100°∠26°、305°∠30°、265°∠75°等，一般为1～3条/m；其延伸长度较长，其它节理受切割影响，一般延伸均较短，延伸约20～40 cm，节理面粗糙微张，张开度约1 mm。联通性好，由黏土、碎石等充填。依据其失稳机理，现采用赤平投影进行边坡稳定性定性分析。由赤平投影图可知：对边坡稳定性最不利的是J0、J3切割体，其与坡向夹角为5.8°，为顺向坡，倾角为52.9°，倾角大且小于坡面倾角，在震动、暴雨等工况条件下，切割体易崩滑。

3.3 崩塌边坡稳定性分析

崩塌边坡的稳定性分析，以定性分析与定量计算相结合，综合评价其稳定状态。

根据现场调查，崩塌发生时间已较久，周界清晰，坡脚设置简易派水沟，坡面未进行任何支护。坡面自上而下岩土体主要为坡残积粉质黏土，强风化、中风化粉砂岩。且该边坡为顺层边坡，若遇暴雨或长期降雨的影响，水沿松散土体或破碎岩体下渗，降低土体抗剪强度，崩塌边坡再次崩塌或引发更大规模崩塌或滑坡等地质灾害的可能性较大，将严重威胁崩塌边坡坡脚过往车辆及行人生命财产安全。

稳定性的判别标准主要参考《建筑边坡工程技术规范》(GB 50330-2013)有关稳定状态划分的规定，边坡稳定安全系数Fst应按表1确定，当边坡稳定性系数小于边坡稳定安全系数时应对边坡进行处理[4]。

表1 边坡稳定安全系数Fst表Tab.1 Slope Stability Safety Factor(Fst)

研究区边坡类型主要为类土质边坡，现状坡面无任何支护措施，边坡破坏形式主要考虑沿岩土体内部最不利方向滑动的可能性。该边坡工程安全等级为二级，Fst=1.30。

崩塌后边坡岩土体主要为坡残积粉质黏土、节理裂隙极发育的强风化粉砂岩，强风化岩芯大部分为土夹碎块状，局部为碎块状，性质类似于土质边坡或类土质边坡，极易沿风化裂隙面发生崩塌或形成弧形滑动的滑坡。因此，使用正版理正6.5岩土计算软件，进行自动搜索潜在最危险滑动面，计算边坡整体或局部的稳定性。

选取剖面典型进行计算剖面，经过上述典型剖面计算，崩塌后边坡工况1：稳定系数Fs=1.032；工况2：稳定系数Fs=0.934，崩塌边坡天然状态下欠稳定，暴雨状态下不稳定，各分段边坡选取剖面进行边坡稳定性计算结果见表2。

表2 选取崩塌边坡稳定性计算结果表Tab.2 Stability Calculation Results of Selected Collapsed Slope

3.4 边坡稳定性综合分析评价

根据现场调查，崩塌边坡周界清晰，崩塌边坡坡顶未设置截水沟，仅坡脚设置简易排水沟，坡面未有任何支护措施，若遇暴雨或长期降雨的影响，雨水沿松散土体或破碎岩体下渗，降低土体抗剪强度，崩塌边坡再次崩塌或引发更大规模地质灾害的可能性较大，将严重威胁崩塌边坡坡脚行人及坡顶高压电塔运行的安全，因此崩塌边坡稳定性定性分析为欠稳定状态，再次发生可能性较大。

4 防治对策

惠城区该路堑边坡为早期修建省道开挖山体形成，边坡宽约280 m，高5.0～40.0 m，坡向330°～350°，坡度40°～70°，属于类土质边坡。现状边坡已发2处崩塌地质灾害，崩塌规模为中型。根据场地的地质环境条件及灾害的特征，边坡崩塌地质灾害形成的条件及影响因素主要有：

(1)地形地貌：发育该崩塌的斜坡，坡度较陡，约40°～70°，而岩层产状为350°∠50°，为滑移式崩塌较易发育的顺层边坡。

(2)岩土结构：边坡岩土体为第四系人工填土层、坡残积粉质黏土层、强风化粉砂岩及中风化粉砂岩。强风化粉砂岩风化剧烈，呈土夹碎块状、碎块状，岩体饱水易崩解软化，边坡岩体受节理裂隙切割，岩体完整性差，局部呈碎裂结构，为崩塌的形成提供了物质基础。

(3)降雨：边坡坡面汇水面积约55 000 m2，研究区雨季降雨集中，强度大，水流冲刷能力强，岩土体结构较为松散，在强降雨(连续降雨)作用下地表水较易入渗到斜坡内。流向边坡坡面的地表水及降落的雨水渗入边坡岩土体后，增大了岩土体的含水率，边坡土体处于饱和状态，既增加坡体的重度又降低岩土体的抗剪强度。地表水的冲刷、溶解和软化裂隙充填物形成软弱面，成为滑移式崩塌发生的控滑结构面，土体在本身重力和降雨的激发作用下极易引起崩塌。

(4)人类工程活动：前期修筑省道人工开挖该斜坡坡脚，破坏了坡体的原始平衡状态，为崩塌的主要诱发因素。

5 结 语

研究区地貌类型为为剥蚀残丘，自然山体坡度为15°～40°，山体植被发育，主要为杂木及低矮灌木。后因建设省道，开挖形成工程边坡。现状边坡未分级放坡，未采取有效的治理措施，坡面植被发育弱，大部分坡面裸露。坡顶20.0 m外存在高压电塔。该研究区整体地形地貌条件复杂程度为中等。研究区内岩土层分类较少，但岩体节理裂隙发育，易软化崩解，为顺层边坡，工程地质条件复杂程度为复杂。该路堑边坡崩塌形成的影响因素为地形地貌、岩土结构、降雨及人类工程活动，人类工程活动是崩塌主要的诱发因素。