公路緩傾內層狀邊坡失穩模式研究

楊佳佳

1 引言

緩傾內層狀邊坡主要分布在川東、重慶、滇西、貴州等地方，以侏羅紀、白堊紀為主，并含有少量第三紀地層。一般由紅色砂巖、砂泥巖、粉砂巖、砂質頁巖和泥巖等交互組成，巖層產狀平緩，傾角多集中在0～20°。程強[1～2]介紹了紅層軟巖主要為紅層中的泥巖、頁巖、粉砂質泥巖等泥質巖，具有弱透水性、較強親水性，易于在水的作用下軟化，脫水狀態時易收縮崩解，巖性較弱的特點。

2 工程地質條件

2.1 地形地貌

研究區最高高程在陡斜坡山頂為667m，最低高程在前河河谷為278m，其相對高差約389m，屬于剝蝕-侵蝕中低山峽谷地貌類型，溪溝縱橫交叉，河谷深切，岸坡地形坡度陡峭，坡度均在60°以上。

2.2 地層巖性

出露地層為第四系殘坡積層（Q4dl+ell）、侏羅系上統蓬萊鎮組（J3p），分述如下：

（1）第四系殘坡積層（Q4dl+el）：主要分布于河岸斜坡上部表層，厚度0～1.5m，黃褐、褐紅色粉質粘土及崩落堆積層，粉質粘土；崩落堆積層主要在斜坡下部堆積，結構較松散，厚為0～3m。

（2）侏羅系上統蓬萊鎮組（J3p）：分布于整個研究區，暗紫色夾紫灰、綠灰色細粒砂巖與暗紫、紫紅色泥巖不等厚互層，砂巖多呈厚層狀及巨厚層狀。

2.3 邊坡概況

經過詳細的野外地質調查，旺隆邊坡整體呈砂泥巖互層，軟硬巖相間分布，坡向50°，巖層產狀195°∠4°，發育兩組節理裂隙，一組陡傾節理近平行于坡向，J1：45°∠72°，J2：130°∠80°。邊坡底部靠公路邊有一些泥巖風化堆積體，見風化球現象，上部較厚砂巖見墜落、拉裂、掉塊現象，表層的耕植土已發生滑動變形現象。

3 影響因素分析

該邊坡的變形破壞特征是由地形地貌、巖土體特征、卸荷風化、降雨等多因素相互作用的成果。地形地貌、水文地質、地層巖性、地質構造、巖體結構特征等是內在條件；風化、降雨、開挖卸荷是主要外在因素。

3.1 內在條件

（1）巖性組合：為厚層砂巖與薄層泥巖不等厚互層產出。這種特殊的“軟硬巖相間、互層”的組合結構由于巖體間的差異風化，使軟質泥巖部分產生剝落，上部硬質砂巖底部失去支撐而懸空，其次由于泥巖因壓縮變形而在砂巖頂部產生集中拉應力，使坡表面形成傾坡外的卸荷裂隙，在降雨、地下水入滲等外界因素下誘發巖體失穩。

（2）坡體結構：緩傾內斜坡結構，巖層產狀較平緩，一般傾角為5～10°，砂巖相對厚度較大，為20～150cm，泥巖相對厚度較小，為5～10m。構造裂隙和卸荷裂隙較發育，兩組節理裂隙切割塊體，加劇了巖體的破碎程度。

3.2 外在因素

（1）降雨

研究區平均降雨量為1286.8mm，且集中在5～9月，邊坡常常在暴雨或連續降雨的促發下出現急劇變形。由于邊坡陡傾裂隙發育，雨季來臨時，集中的降雨會沿著已有節理裂隙面滲入巖體，不僅沖刷坡體、使其處在飽水狀態而降低巖土體強度，也使下滑力增大。

（2）差異風化

風化作用在緩傾坡內層狀邊坡表現非常明顯。斜坡為砂泥巖軟硬互層的組合結構，因巖性不同表現為不同的風化特點。風化作用主要沿已有結構面、層間剪切帶等進行。由于差異風化，使砂巖風化較慢，泥巖風化較快，在雨水侵蝕下碎裂并風化成土，剝落于坡腳處。

4 形成機理分析

緩傾內邊坡巖層傾角較小，常常認為邊坡整體穩定性較好。當在地下水、降雨和氣溫等風化因子作用下，巖層面或夾層逐漸被軟化甚至泥化而形成軟弱面和泥化夾層，隨之結構面的變形模量逐漸降低，直到巖體底部軟夾層變形模量過于低而引發較大的壓縮變形后，突出巖體將從較穩定的緩傾內結構過渡到較不穩定的緩傾外結構（緩傾邊坡小危巖體形成與發展標志），并在降雨、地震和開挖卸荷等誘發下，進一步發生轉動崩落或沿夾層面而滑移崩落。其失穩破壞模式可概化為傾倒一崩落。具體分析如下：

（1）公路修建過程中因開挖卸荷產生了臨空面，坡體發生應力重分布和應力集中現象，再加上巖體表面節理裂隙發育，且主要以垂直和陡傾節理裂隙為主，節理裂隙的走向主要有兩個方向，即45°方向和130°方向，這兩個方向上的節理裂隙呈“X”型共軛交叉，有利于切割分解巖體。

（2）隨著陡傾裂縫沿著結構面的擴展，兩種巖性不同的巖石抗風化能力不同，在巖體表層形成明顯的差異風化，泥巖風化速率快，發生崩解剝落，堆積于坡腳處，使上部砂巖懸空而在重力作用下發生拉裂變形、掉塊現象。

（3）兩種巖性的軟硬程度不同，下部是較軟泥巖、上部是較厚砂巖，在自重作用下發生壓縮～傾倒破壞。且泥巖相對砂巖為隔水層，地表水沿著節理裂縫滲流，在泥巖層發生堵塞淤積，產生浮托力和水壓力，近水平的坡體逐漸發展為平推式滑坡。

5 結論

（1）通過詳細野外調查，查明邊坡發育的地質背景條件。闡述邊坡的基本特征、變形破壞特征等，旺隆邊坡是貴州紅層地區緩傾內上硬下軟型高陡坡+開挖卸荷控制的典型邊坡，邊坡內在條件是砂泥巖不等厚互層的巖性組合、上硬下軟緩傾內的坡體結構，差異風化和水的作用是重要的影響因素。

（2）根據現有的變形破壞特征判斷其形成機理為：開挖卸荷→陡立裂縫沿結構面擴展→軟巖風化剝落→硬巖拉裂、墜落（傾倒）、局部掉塊（小破壞）→水體沿節理裂隙下滲→坡體沿下伏軟巖蠕滑→整體剪出（大破壞）。

[1]程 強，周永江，等.近水平紅層開挖邊坡變形破壞特征[J].巖土力學，2004，25（8）.

[2]程強.紅層軟巖開挖邊坡致災機理及防治技術研究[D].成都，西南交通大學，2008.