淺析遵畢高速公路K16 滑坡穩定性

楊 斌

(廣東核力工程勘察院，廣州 510800)

影響斜坡穩定性的因素有自然的和人為的，在建的遵畢高速公路K16 里程段滑坡即為人類工程活動改變了坡體的原始地貌狀態，破壞坡腳支撐而引發的滑坡。

該高速公路線路以路塹形式通過該段（圖1），高邊坡位于線路的右側，原設計方案為自路基右側向上分別按1:0.5、1:0.75、1:0.75、1:0.75、1:0.75進行五級放坡，施工開挖將形成長約400m，最大高度約40m 的路塹邊坡，而就在邊坡開挖過程中，由于對斜坡坡腳進行深切方，形成高度在15～40m 的人工邊坡，致使滑動帶軟弱層出露，為坡體的滑動提供了臨空條件，遂導致斜坡失穩而發生滑坡，在雨季和短期大雨期間坡體滑移更顯劇烈，尤其坡體西側先后發生多次巖體崩塌，塌落體順坡翻滾，最大直徑可達10m 余，最遠落距約200m（滑坡體西側崩塌圖2）。如果坡體穩定性得不到改善，將嚴重影響施工安全，甚至是建成后的高速公路運營安全，因此通過研究滑坡體的特征及形成機制，選擇有代表性分析斷面，選用合理的計算模型，為滑坡的治理和預防提供準確的依據。

圖1 滑坡工程地質平面圖

1 滑坡區地質環境

路段區氣候溫暖濕潤，冬無嚴寒，夏無酷暑，多年平均氣溫15.3℃，年降水量1 116.2mm，多集中在5～7月份，年蒸發量943mm，相對濕度80%。勘測區屬侵蝕低山-峰叢巖溶溝谷過渡地貌，溝谷發育，多呈“U”字形，絕對高程在1 130～1 300m之間，相對高差約170m。滑坡區位于北東-南西向溝谷北西坡，路線走向與溝谷走向近于平行，山高坡長，自然坡度15°～40°，斜坡西側溝谷深切，切深達120m。坡體中上部植被較發育，以灌木、雜草為主，下部水土保持較差。

滑坡體主要地層上覆為坡殘積層，由含碎石粘土、碎塊石土及粉質粘土組成，下伏二疊系下統棲霞組（P1q）含燧石灰巖及奧陶系下統湄潭組（O1m）泥巖，其中含燧石灰巖分布于滑體前部，泥巖則廣泛分布于場區。

圖2 滑坡體西側崩塌

區域內構造屬華夏構造體系，構造形跡多呈北東向展布，滑坡區以褶皺構造為主，位于鴨溪向斜北西翼靠近軸部地段，巖層呈單斜狀產出，產狀165°～185°∠20°～25°，傾向東西向溝谷，對線路右側邊坡穩定影響較大。邊坡巖體節理裂隙較為發育，主要產狀：15°∠75°、285°∠80°，寬1～200mm，微張-張開狀，3～5 條/m，裂面溶蝕發育，多充填泥質、方解石；于滑體西側陡崖地段多形成卸荷裂隙，走向150°、195°，垂直發育，寬度一般1～100mm，多呈張開狀，最寬可達1～1.5m。根據邊坡赤平投影圖分析（圖3），基巖節理裂隙較發育，對于線路右側邊坡，15°∠75°、285°∠80°節理裂隙走向與邊坡走向呈大角度斜交，產狀陡傾且略為逆坡，對邊坡穩定性影響不大；走向150°、195°垂直節理與邊坡走向大角度相交，對邊坡影響不大，但由于滑坡體西側邊坡頂部為灰巖形成NE5°的陡崖帶，高度15～30m，走向150°、195°及285°∠80°節理裂隙走向與陡崖走向近一致或小角度斜交，對邊坡穩定不利，易形成危巖體(圖4)，不定期發生崩塌。

滑坡體范圍內地表水體不發育，地下水類型主要為第四系松散土層孔隙水與基巖裂隙巖溶水。松散土層主要由殘坡積土組成，含碎石粘土、碎塊石土，被地形切割凌亂，整體富水性差，僅有不連續的上層滯水分布。泥巖為相對隔水的巖層，但頂部由于風化裂隙頻率大，張開度及連通情況較好，有裂隙水，在地表淺部構成了一定的儲水空間，賦存有少量的地下水。裂隙巖溶水分布于含燧石灰巖構造節理裂隙、巖溶管道中。地下水主要受大氣降水控制，沿內部孔隙、基巖面及基巖裂隙向滑坡體前緣剪出口呈散點狀排泄，其排泄方向與坡體坡向、滑體下滑方向一致。地下水活動是加劇滑體下滑的重要因素。

圖3 邊坡巖體節理裂隙面赤平極射投影圖

2 滑坡體基本特征

滑坡體地貌大致呈半徑約180～220m 的圈椅狀，周界明顯。前緣以工程邊坡坡腳或灰巖外側鼓張裂縫、滑動鼓丘等滑坡剪出口為界線；西側邊界以陡崖下泥巖、灰巖界線為界；東側以一系列的剪切裂面為界。界內滑體巖土錯動明顯，碎塊石含量較多，界外為穩定的殘坡積含碎石粘土及碎石土、巖層；后緣則以滑壁與錯落坎之間的連續弧形拉張裂縫為界，錯臺高約0.10～2.40m。滑坡平面呈寬短扇形，滑坡體前緣標高1 152.0～1 198.5m，后緣標高為1 256.6～1 281.8m，縱向長度約240m。滑體總平面面積約58 200m2，厚度一般14.0～22.5m，平均17.5m，體積約101.85萬m3，屬中層巖土質巨型滑坡，依據滑體的變形特征與形成機制，該滑坡為推移式滑坡。

圖4 滑坡體西側卸荷裂隙及危巖體

滑坡體地形變化較大，總體上前部較平緩，中后部較陡。由于滑體中各滑段滑動速度呈現出差異性，致使滑體中上部在含燧石灰巖與泥巖接觸地段形成一級平緩臺階，平臺標高1 228.0～1 231.0m，錯落高度3.0～5.0m，臺地弧狀拉張裂縫發育，巖土體錯動明顯，局部形成5～50cm 高的斷階。滑體前緣因受巖層阻力影響向上隆起形成長埂形鼓丘，長約90m，寬5～6m，隆起高度0.5～2.0m，鼓丘內巖石為含燧石灰巖、泥巖，呈碎裂狀，擠壓跡象明顯。

滑體物質主要由含碎石粘土、碎塊石土及粉質粘土組成。含碎石粉質粘土呈堅硬～硬塑狀，骨粒含量約占20%～30%，粒徑一般2～20cm，鉆探揭露厚度2.5～6.3m；碎塊石土主要由2～20cm 的碎石組成，局部夾塊石，泥質充填，揭露厚度3.2～13.7m；粉質粘土呈軟塑狀，含少量角礫，為泥巖風化殘積產物，僅局部地段揭露到，厚度1.8～2.2m。

滑動面位置主要受土巖界面、強中風化泥巖界面、含燧石灰巖與下部完整泥巖接觸面的深度綜合控制，根據目前滑坡滑動形跡、邊坡開挖截面出露情況，工程物探解釋及鉆孔揭露結果，主滑面主要為強風化泥巖層或中風化泥巖層頂面，滑面總體呈折線狀，傾角一般14°～24°。滑坡體主要沿著強風化泥巖層或中風化泥巖層頂面滑動，局部地段沿強風化泥巖中的軟弱夾層滑動，滑帶土巖性主要為軟塑狀粉質粘土，其次為泥化較強的全～強風化泥巖，而相對穩定的強～中風化泥巖則成作為滑坡體的滑床。滑體主滑線位于滑體順坡向中軸線附近，該方位滑體的厚度最大，下滑時滑坡推力最大，主滑方向170°。

3 穩定性分析計算

在斜坡坡腳地帶修建公路，不可避免的存在不同規模的開挖削方，往往破壞了山體的支撐部分，從而誘發坡體滑移，滑移規模受開挖區的巖性、構造、地形、風化等多方面因素控制，而人類的工程活動改變了原本處于自然平衡狀態的山體，這是發生滑坡的重要因素之一。

3.1 定性分析

滑體目前的情況是處于緩慢位移活動階段即蠕滑階段，而逢雨季滑移現象更為明顯。由于滑體后緣主裂縫呈連續弧狀，且目前整體滑移了0.5～2m，前緣因路塹深切方15～40m 形成高陡臨空面，滑體上部出現大量橫張裂縫，且滑體前部張裂縫寬度有加大的趨勢，根據滑體變形破壞機制與滑坡誘發因素，滑坡體處于極不穩定狀態。

圖5 滑坡穩定性計算模型圖

3.2 滑坡穩定性計算

1）計算公式的選擇；根據調查、鉆探及淺層地震勘探成果綜合分析，確定滑動面的類型為折線型。滑體上沒有建筑構物等附加荷載，剩余下滑力計算采用傳遞系數法，按國標《建筑邊坡工程技術規范》（GB50330-2002）推薦的公式進行穩定性計算。

傳遞系數法剩余下滑力計算公式如下：

2）計算剖面的選擇：勘測過程中選取了3 條滑動斷面（圖1：Ⅰ-Ⅰ′、Ⅱ-Ⅱ′、Ⅲ-Ⅲ′）對滑坡體建立數學模型進行穩定性分析。結合地質調繪、鉆探及物探成果，Ⅱ-Ⅱ′斷面位于滑坡軸附近，且該斷面上的滑體物質厚度最大，滑床凹槽最深，下滑力也最大，因此視為滑坡體的主滑斷面，由于滑床所處地層大部分為泥巖（前緣局部為燧石灰巖），鉆探揭露泥巖風化層中存在軟弱結構面，因此不僅對現狀滑面，還應對潛在滑面進行穩定性分析。選擇滑坡的主滑線方向剖面（Ⅱ-Ⅱ′）進行計算（圖5）。

3）計算參數的選擇：①滑體巖土重度，分三類進行重度取值：含碎石粘土、碎塊石土、粉質粘土等松散類土；強風化泥巖（體）；含燧石灰巖（體）。根據取樣室內試驗的天然重度成果及野外鉆探揭露情況，結合當地經驗，各類土重度取值見表1。②滑帶土（滑面）抗剪強度參數C、φ值由于滑帶土厚度較薄且多夾碎石、角礫，一方面給原狀土樣采取帶來較大困難，另一方面也必然導致抗剪強度測試成果的離散性較大、準確性偏低，大部分滑面為強-中風化基巖界面或硬軟巖接觸界面(巖質滑面)，場地原位剪切試驗有一定難度，因此有必要通過對抗剪強度參數進行反算，綜合確定滑帶土（滑面）C、φ值。根據滑坡現狀，選取Ⅰ-Ⅰ’、Ⅲ-Ⅲ’兩條剖面，設定安全系數Ks 取0.95，建立邊坡穩定性系數方程組，聯立并解方程求得滑面C、φ值。反演法得出的滑面C、φ值與室內實驗直剪試驗獲得的C、φ標準值存在約15%的偏差，究其原因，滑動帶除滑帶土外，部分為巖質滑面，試驗本身存在局限性，且滑帶土多含碎石，原狀樣采取困難，導致試驗值偏低，而試算求得的C、φ值比較合理，更符合滑坡現場實際情況，建議以試算指標作為設計參數（表1）。

表1 滑坡穩定性計算參數取值表

4）計算結果及滑坡穩定性評價：現狀及潛在滑坡穩定性按天然狀態及飽和狀態兩種工況計算，其成果見表2、表3。參考通用性較強的重慶市地方標準《地質災害防治工程勘察規范》（DB50/143-2003）中規定，其判別標準見表4。現狀滑面滑坡穩定性系數Ks＜1.00，潛在滑面滑坡穩定性系數1.00≤Ks＜1.05，說明滑體處于欠穩定～不穩定狀態，處在變形、蠕動階段，在人為工程活動影響及雨天飽水的情況下有失穩、加速下滑的可能，這與定性分析結果相一致。計算中未考慮地震力加速度的作用，根據滑坡現狀，在地震作用下滑坡同樣失穩加速下滑。

表2 Ⅱ-Ⅱ’剖面現狀滑面滑坡穩定性計算成果表

表3 Ⅱ-Ⅱ’剖面潛在滑面滑坡穩定性計算成果表

4 建議措施

1）隨著路塹深挖切腳，并在其它因素共同影響下，現狀滑坡有向更大規模、更深層發展的可能，因此K16 里程段滑坡治理，應按路塹邊坡開挖成型后形成的潛在滑坡范圍及深度進行滑坡治理，建議采用減載-支擋及排水工程的綜合防治措施。大致以距路線中心線平距約156～160m 的平行線位置一線設置抗滑樁+預應力錨索進行支擋。布樁線下段可采用放坡卸荷，自路基右側起向上按七級臺階放坡，第一級邊坡高度7m，按1∶2.0 放坡，底部設置重力式擋墻，第二級至第七級邊坡高度約8m，按 1∶2.5 放坡，將滑體絕大部分清除，并進行護坡加固處理，另在各級邊坡的坡腳處均設置2.0 m 的平臺，一級邊坡底部應設置重力式擋墻；樁線上段可進行削坡減載處理，以減小滑體厚度及樁前滑坡推力。

2）抗滑樁的數量及錨固深度應根據穩定性計算具體確定。考慮到滑床為泥巖軟質巖地層，建議適當加深抗滑樁嵌固深度。

3）斜坡產生滑坡的主因是人類的后期開挖施工影響，而地下水活動會加速滑坡活動。因此邊坡的治理設計時應充分考慮地形因素，同時重視地下水、地表水的影響，做好防滲、排水工作。建議對滑體及其后緣張裂縫進行灌水泥砂漿封堵，對截、排水溝應做好防滲處理，防止雨季地表水沖刷、滲入坡體。

4）邊坡開挖，應遵循從上至下、分級分段；開挖一級（段），防護一級（段）的原則。開挖之后，應及時防護，不能使邊坡巖土體長期暴露。

5）防治滑坡治理工程施工必須進行監測，防治工程應進行動態設計，在施工階段揭露的地質信息，快速分析，及時觀察、修改設計，以指導防治工程施工建設。

表4 滑坡穩定狀態劃分表

［1］中華人民共和國行業標準.公路工程地質勘察規范（JTJ064-98）［S］.北京：人民交通出版社，1999.

［2］《工程地質手冊》編委會.工程地質手冊(第四版)［M］.北京：中國建筑工業出版社，2007.

［3］中華人民共和國國家標準.建筑邊坡工程技術規范（GB50330-2002）［S］.北京：中國建筑工業出版社，2002.

［4］李功伯，謝建清.滑坡穩定性分析與工程治理［M］.北京：地震出版社，1997.

［5］陳祖煜，汪小剛，楊健等.巖質邊坡穩定分析-原理、方法、程序［M］.北京：中國水利水電出版社，2005.