高速公路滑坡成因及運營期持續變形特征研究

麥榮章 汪繼平 曹小燕

作者簡介：麥榮章（1986—），工程師，碩士，主要從事高速公路養護管理工作。

某高速公路在老滑坡前緣以路塹型式穿過，施工時在強降雨作用下發生整體性滑塌，經施工階段處治后在運營階段仍持續變形。文章結合該工程實例，在分析滑坡成因的基礎上，通過調查高速公路運營以來滑坡坡體、支擋結構、高速公路構筑物的持續變形情況，對持續強降雨時間段開展了深部位移監測及同步地下水位觀測，并結合滑坡區具體條件分析了持續變形原因，判斷了滑坡的變形階段及發展趨勢。

滑坡;運營高速公路;持續變形;深部位移監測;變形階段

U416.1+63A160535

0 引言

某高速公路于滑坡前緣穿過，2005年底開挖形成路塹雛形，2006年路床開挖成形，2007年雨季過后發生整體性滑塌，隨后進行了滑坡處治勘察工作，勘察結果認為滑塌路段位于老滑坡體上 [1]，并設抗滑樁進行處治，之后滑坡體穩定，高速公路于2009年底開始運營。2010年5月、6月雨季連續大暴雨，滑坡體局部出現新的滑塌面，運營期進行了第一次處治;2013年8月又受“尤特”和“潭美”兩個臺風連續強降雨影響，滑坡體“復活”，沿線約300 m范圍的滑坡體有較明顯的變形位移，局部地段抗滑樁的樁頂后平臺向上隆起，最大隆起高度約1.0 m，但滑坡體的支護結構整體穩定，抗滑樁穩固，未發生斷樁、傾倒、失穩等問題，故未再次專門處治;2019年7月，受持續強降雨和臺風等特殊天氣的影響，滑坡體范圍內再次出現坡體滑移跡象，公路用地紅線外山體表面存在較多明顯的裂縫、錯臺，最大裂縫寬度達50 cm，最大錯臺達180 cm，局部出現小型滑塌，坡體上部分平臺截水溝被滑坡體擠壓變形開裂，險情隱患較為嚴峻，亟須查明滑坡持續變形發展機理，為針對性地進行應急處治提供依據。

因對滑坡特征及各要素缺乏深刻了解而導致治理工程失效的事例在國內外都是屢見不鮮的[2]。在公路交通領域，經過兩次甚至多次勘察分析治理的滑坡亦有一些先例，如京珠高速公路粵南段K108滑坡[3]、元磨高速公路K294+650 段順層巖石滑坡[4]等。因此，查明滑坡的形成條件、產生原因、變形破壞機制和幾何邊界條件（滑動面的埋深和形狀），并進行細致分析以采取有針對性的措施，是滑坡防治工程成敗的關鍵。

1 滑坡特征

1.1 滑坡形態特征與規模

老滑坡體位于南北向延伸的山體西側山腳，形態呈長條形的“圈椅狀”。滑坡后緣為3～5 m高的堅硬砂巖巖壁，前緣覆蓋于砂子河沖積階地之上，兩側以自然沖刷的深溝為界，橫向長度約為830 m，縱向長度約為270 m，面積為22.41萬 m2。老滑坡體呈明顯的上陡下緩、中間存在一至二級平臺的滑坡地貌景觀，其形成與區域的地質構造、地層巖性及地形地貌有密切關系。老滑坡形成至今年代較久遠，已處于滑動后的穩定階段，坡腳村莊未有滑坡活動的記錄，若不改變老滑坡體的自然狀態，其處于整體穩定狀態。

高速公路于老滑坡體前部以開挖路塹型式穿過，2007年施工時雨季過后沿開挖坡腳發生整體性滑塌，滑動方向與路線方向垂直，滑塌邊界在老滑坡體范圍內，屬于工程開挖引起的老滑坡體復活。根據坡體沖溝的劃分及坡體裂縫分布特征，整個滑坡體以中部的自然沖刷深溝為界，可劃分為南北兩個次級滑坡體;次級滑坡體根據前緣的小型沖溝及裂縫分布情況，又可細分為6個變形體（見圖1），各變形體具體特征見表1。

如表1所示，滑坡整體體積約為191.4萬m3，滑面深度16～28 m，根據《公路滑坡防治設計規范》（JTG/T 3334-2018）中的滑坡分類[5]，屬中-厚層的巨型滑坡，典型剖面特征見圖2。

1.2 滑體特征

根據現場調查、鉆探揭露，滑坡體存在多層滑動現象，滑體物質組成主要為第四系殘坡積（局部崩積）含碎石粉質黏土、碎石夾塊石及泥盆系下統那高嶺組（D1n）全風化泥巖、泥質粉砂巖，滑體厚度為0～28 m。

1.3 滑面特征

根據鉆探揭露，滑面主要為一層或多層呈現的富水軟弱糜棱狀泥巖，含水量大，室內試驗天然狀態含水量為22.7%～38.8%，呈軟塑-可塑黏性土性狀，在滑坡體中部分布的深度變化起伏較大，約為11～28 m，反復剪切試驗峰值強度為粘聚力8.9～30.7 kPa，內摩擦角17.2°～26.6°;殘余強度為粘聚力8.1～16.4 kPa，內摩擦角8.9°～15.7°。

1.4 滑床特征

滑坡滑床形狀沿剖面方向顯示為折線形，巖性主要為那高嶺組（D1n）全-強風化泥巖、泥質粉砂巖，局部夾中厚層狀中風化灰巖。受構造及風化作用影響，全風化泥巖、泥質粉砂巖節理裂隙發育，含水率較高，巖質軟弱，鉆探巖芯顯示手掰可彎曲，工程性質類似硬塑狀黏性土，局部富水帶類似可塑狀黏性土，整體工程性質較差。

2 滑坡成因分析

2.1 滑坡的形成條件

滑坡的形成條件主要包括地層巖性、地質構造、地貌特點和水文地質條件四個方面，一般而言，前兩者是最主要的，后兩者從屬于前兩者[6]。現就本滑坡的具體條件分述如下。

（1）地層巖性：本滑坡巖性組合為第四系堆積土+構造破碎砂泥巖巖組，這種巖性組合上部孔隙、裂隙發育，下部存在相對隔水底板，有利于地表水的滲透和富集，在坡體中易形成貫通的滑動面，上部坡體沿滑動面產生滑動，屬于易滑地層。

（2）地質構造：本滑坡體位于黃姚短軸向斜東翼，后緣即是F1斷層形成的陡峭巖壁，強烈的地質構造運動切割、擠壓、破碎巖體，是滑坡體物質形成的基礎，F1斷層形成的糜棱狀巖土層又為滑帶的生成創造了條件。

（3）地貌特點：本滑坡體在地貌上為上陡下緩，中間有1到2級平臺，具有典型的山區河谷地段緩坡滑坡地貌特點。

（4）水文地質條件：本滑坡體上部存在透水性較好的堆積體，下部存在相對隔水的泥巖層，泥巖層中又存在相對富水的糜棱狀軟弱帶，而滑坡區又處于強降雨易發區域，這些都為滑坡的產生和發展創造了條件。

本滑坡表層滑體物質主要為含碎石粉質黏土、碎石夾塊石。為了解滑體物質的滲透性，在各個變形體選擇典型部位進行了原位滲透試驗。現場采用單環注水法進行試驗，試驗結果見表2。

各個變形體的滑體主要由含碎石粉質黏土及碎石夾塊石組成，在變形體的不同位置，粉質黏土含量分布不均勻，因此各個變形體的滑體滲透系數差異較大。根據試驗結果，滑體呈弱透水-中等透水。

2.2 滑坡的誘發因素

誘發滑坡的因素有很多，本滑坡的主要誘發因素則主要為降雨和人類工程活動。

（1）人類工程活動：在高速公路施工之前，老滑坡在自然狀態下一直處于穩定狀態。高速公路路線位于老滑坡體前部，路塹施工開挖坡腳破壞了原有坡體的平衡，對滑坡體的穩定性造成了一定的影響。

（2）降雨：根據本滑坡的地質結構，老滑坡的產生與降雨息息相關。而后來工程滑坡的發生、運營期的歷次變形均發生在強降雨期間。

根據現場水文地質調查，滑坡體地下水總的運動特征是接受地表降雨和后部山體基巖裂隙水的補給，沿坡向下游滲流，排泄于前緣砂子河。受滑坡體物質組成不均的影響，地下水的分布及活動也表現出較明顯的差異。為了解滑坡體地下水位的變化情況，對鉆孔內地下水位進行了長期觀測，其典型變化曲線如圖3所示。

根據地下水位長期觀測成果，在2019年12月～2020年2月下旬降雨稀少的情況下，地下水位基本穩定;隨著3～4月初滑坡區開始持續降雨，地下水位也隨之抬升，并在3月底4月初持續降雨結束時水位上升至最高點;4月7日后降雨減少，地下水位又開始下降并逐步恢復至接近低位水平;4月17日開始又陸續開始降雨，地下水位又開始略有起伏。因此，滑坡體地下水位與降雨密切相關。同時，深部位移監測也表明，在持續降雨情況下多數監測孔發生了位移變化，這充分說明了降雨導致的地下水位抬升對滑坡的不利影響。

3 滑坡持續變形特征

本滑坡于2009年處治后至2019年期間，共發生兩次明顯“復活”變形，分別是2010年6月及2013年8月，2019年7月再次出現變形跡象，主要涉及2#～5#變形體，而1#和6#變形體位于滑坡體兩側邊緣，滑體厚度逐漸減小，在前期處治后基本穩定，運營期穩定性較好。因此，針對運營期持續變形的2#～5#變形體開展了地表調查及深部位移監測。

3.1 地表變形破壞特征

地表變形破壞主要由坡體、支擋結構、高速公路構筑物三部分構成，具體表現如下。

（1）坡體地表變形破壞

滑坡體在2019年后的地表變形主要表現在原裂縫重新開裂并發展延伸;3#變形體出現局部淺層滑塌;5#變形體新出現規模較大的局部下錯裂縫。

（2）支擋結構變形破壞

根據施工階段（2007年）滑坡處治情況，滑坡范圍內高速公路東側采用了抗滑樁、擋土墻、格構錨等支擋措施，但高速公路運營中陸續出現部分抗滑樁開裂、樁前護面墻變形、樁后土體起鼓、擋土墻開裂及墻面起鼓等情況，且變形方向及破壞形式與滑坡的運動方向及推力作用方式一致，說明滑坡仍在進一步的發展中，部分支擋措施在滑坡推力的作用下已經開始失效，甚至發生破壞。調查共發現抗滑樁開裂3處（均為2#變形體），擋墻開裂6處（2#變形體3處，3#變形體1處，5#變形體2處），樁前護面墻變形及樁后土體起鼓則在2#～5#變形體均有不同程度體現。另外，坡體設置的地表截排水溝均出現不同程度的變形破壞。

（3）高速公路構筑物變形破壞

滑坡區內高速公路構筑物變形主要表現在路面開裂、路側邊溝變形及涵洞變形，其中以路面裂縫最明顯。調查發現滑坡區內路面裂縫共31條，主要表現為橫向、斜向裂縫較多，縱向裂縫最少，其中一半以上集中在5#變形體范圍內，其裂縫規模也最大。此外，路基邊溝在不同程度上發生了傾倒、開裂、下沉，個別涵洞表現出滲水、開裂、脫空等特征，這些變形均與滑坡活動密切相關。

3.2 深部位移監測分析

為了解滑坡的深部位移及滑面發展情況，在2#～5#變形體布置了控制性監測剖面，得到的監測成果如下，監測曲線見圖4。

（1）2#變形體：ZK2-1在埋深21.5 m處有明顯位移，ZK2-2在埋深8 m處有明顯位移;前期處治工程資料顯示的滑體中部滑面深度為14.4 m，說明滑面有下移的可能;ZK2-3無明顯變形趨勢。

（2）3#變形體：ZK3-1在2020年3月底發現在埋深3.5 m處無法繼續測量，ZK3-2在埋深2 m處無法繼續測量，說明淺層滑面已經形成;ZK3-3無明顯變形趨勢。

（3）4#變形體：ZK4-1在埋深28 m處有明顯位移，ZK4-2在埋深11 m處位移有所變化，但無明顯外傾突變;前期處治工程資料顯示的滑體中部滑面深度約20 m，說明滑面有下移的可能;ZK4-3無明顯變形趨勢。

（4）5#變形體：ZK5-1在埋深6 m以上有外傾變形趨勢，ZK5-2在埋深11 m處有明顯位移變化，ZK5-3在埋深8 m以上有外傾變形趨勢，但無明顯外傾突變;ZK5-4無明顯變形趨勢。

根據深部位移監測成果可以看出，前期（高速公路施工階段）處治的工程滑坡范圍內的多數監測孔在2020年3月份持續降雨作用下均發生了較明顯的位移變化，高速公路右側的監測孔（ZK2-3、ZK3-3、ZK4-3、ZK5-4）則無明顯變化，說明目前的滑坡活動仍集中在工程滑坡的范圍內。另外，距離抗滑樁較近的監測孔（ZK4-2、ZK5-3）位移變化較為復雜，雖有一定的位移變化，但位移量較小，亦無明顯突變，說明目前的抗滑樁對限制滑坡變形起到了一定的作用。

3.3 滑坡持續變形原因分析

（1）本滑坡與降雨關系密切，前期處治工程雖實施了較系統的截排水溝，但坡體表面較寬廣，錯臺、洼地較多，截排水效果有限。同時，缺乏系統的深部排水措施，導致降雨對滑坡的影響持續進行，且隨著老裂縫重新張開，更加劇了降雨對滑坡的不利影響。

（2）滑體及滑床多由全風化泥巖、泥質粉砂巖組成，其工程性質較差，局部富水帶類似可塑狀黏性土，在地下水作用下，易發展為新滑面，造成滑面下移及產生沿抗滑樁頂部失穩的越頂滑動。

3.4 滑坡的變形階段及趨勢

（1）2#變形體在降雨作用下深部位移監測變形明顯，支擋結構出現了一定的開裂和鼓包，降雨停止后變形也隨之趨緩。這說明2#變形體已經復活，且局部滑面下移，應已處于蠕動擠壓階段，在未來持續降雨作用下，可轉化到整體失穩緩慢滑動階段。

（2）3#變形體在2019年7月應已開始復活，目前淺層滑體已處于整體失穩緩慢滑動階段，深部滑體尚處于蠕動擠壓階段，在未來持續降雨作用下，可轉化到整體失穩緩慢滑動階段。

（3）4#變形體在降雨作用下中上部深部位移監測變形明顯，且局部滑面下移，前部監測變形不明顯，應與距離抗滑樁距離較近，受抗滑樁支擋作用影響有關。這說明4#變形體中上部應已處于蠕動擠壓階段，在未來持續降雨作用下，可轉化到整體蠕動擠壓至失穩緩慢滑動階段。

（4）5#變形體規模較大，變形有一定差異。根據現場調查及深部位移監測數據，中部及北部位移變形明顯，應已處于蠕動擠壓階段，在未來持續降雨作用下，可轉化到整體失穩緩慢滑動階段;南部的深部變形尚不明顯，但淺層局部滑塌現象已出現，在未來持續降雨作用下，可轉化到整體蠕動擠壓階段。

4 結語

（1）高速公路于老滑坡前緣挖腳穿過，并在強降雨作用下導致老滑坡體“復活”，經施工階段處治后在運營階段仍持續變形，影響運營安全。因此，在山區高速公路選線時應格外加強對老滑坡、古滑坡的調查和辨識，從“源頭”上避免此類事件的發生。

（2）2#～5#變形體在2020年3月持續降雨后已出現較明顯的整體失穩跡象，威脅高速公路運營安全及下游村莊，亟須采取處治措施。

（3）在滑坡與降雨關系密切且滑體物質滲透性較好時，尤其要加強坡體內部的排水措施。

（4）以全風化泥巖、泥質粉砂巖等軟弱巖土組成的滑床，在地下水較豐富且排泄不暢時，易造成滑面下移，形成更深層的滑動。

（5）高速公路運營過程中應針對施工期處治的滑坡工程加強監測和養護，特別是定期巡查并疏導坡體的截排水工程。

[1]廣西電力工業勘察設計研究院.桂梧高速鐘山至馬江段K195+100～K196+850路基滑坡巖土工程勘察報告[R].2007.

[2]張倬元.滑坡防治工程的現狀與發展展望[J].地質災害與環境保護，2000，11（2）：89-97.

[3]張玉芳.京珠高速公路108 滑坡及防治工程分析[J].西南交通大學學報，2003，38（6）：633-637.

[4]鄭 靜，覃木慶.某高速公路一順層巖質滑坡的形成及治理[J].路基工程，2005（5）：92-95.

[5]JTG/T 3334-2018，公路滑坡防治設計規范[S].

[6]王恭先，徐峻齡，劉光代，等.滑坡學與滑坡防治技術[M].北京：中國鐵道出版社，2004.