襄陽市三顧路路塹邊坡滑坡成因及防治措施分析

周艷松， 易春瑤， 莫春雷， 曾 洋

(1.湖北省地質環境總站，湖北 武漢 430034; 2.資源與生態環境地質湖北省重點實驗室，湖北 武漢 430034)

滑坡是一種常見的地質災害，尤其是路塹邊坡，其穩定性與否直接關系著人們的生命財產安全，并影響邊坡周圍的生態環境[1-2]。因此正確認識邊坡滑塌的成因及防治措施對公路工程建設至關重要。研究人員針對滑坡的成因與防治做了大量的有益探索[3-9]。劉鳳宣等[8]對某高速公路邊坡失穩條件和原理進行分析，提出了相應的防治措施。喬翔[9]分析了高路塹邊坡失穩原理及成因，提出了高路塹邊坡應急處治措施。前人工作重點只在探討邊坡地質災害的成因及防治措施，少有考慮城市邊坡的景觀、綠化問題。本文以襄陽市三顧路路塹邊坡滑坡為研究對象，本著“預防為主、防治結合、因地制宜、綜合治理”的方針[10-11]，分析路塹邊坡滑坡成因并提出邊坡治理及綠化的綜合治理方案，為同類型城市邊坡變形綜合治理提供參考。

1 路塹邊坡特征

1.1 邊坡形態與分布特征

三顧路位于襄陽市襄城區隆中景區，是5A國家級古隆中風景區和湖北文理學院的專用公路。自建成通車以來，該路段每年汛期均會出現數個邊坡垮塌失穩變形現象，多次發生山體滑坡，對道路通行安全構成嚴重危害。根據三顧路兩側路塹邊坡的結構、物質組成和地貌形態的差異，自南向北將邊坡劃分為1-14號邊坡(圖1)。據調查，14段邊坡均沿三顧路兩側分布，均為土質邊坡，在強降雨或連續降雨情況下，14段邊坡都具有不同程度的變形，其地質災害類型均為滑坡。其中1、2、14號邊坡變形最為強烈，故本文主要選取具有代表性的1、2、14號邊坡進行分析。

圖1 路塹邊坡位置平面分布圖Fig.1 Plane distribution map of cutting slope position

1號邊坡位于三顧路南端，平面形態呈弧形，立面上中部地勢較高，兩端地勢漸低。邊坡臨空面坡向59°，坡度25°～49°，坡面形態呈二級臺階，邊坡坡頂海拔121.14 m，坡腳最低海拔98.4 m，相對高差22.74 m。邊坡上部寬約60 m，下部寬166 m，坡面面積約2 500 m2。

2號邊坡位于1號邊坡對側，平面形態呈“長弓”形，立面上中部地勢較高，兩端地勢漸低。邊坡臨空面坡向239°，坡度40°～49°，坡面形態呈二級臺階，邊坡坡頂海拔113.94 m，坡腳最低海拔98.4 m，相對高差15.54 m。邊坡上部寬約68 m，下部寬135 m，坡面面積約1 500 m2。

14號邊坡位于三顧路東端起點處，平面形態呈弧形，立面上東部高，向西地勢漸低。 邊坡臨空面坡向4°～25°，坡度18°～35°，坡面形態呈二級臺階，邊坡坡頂海拔94.2 m，坡腳最低海拔74.4 m，相對高差19.8 m。邊坡上部寬約125 m,下部寬約232 m,坡面面積約5 740 m2。

1.2 邊坡物質組成及結構特征

邊坡地表覆蓋層厚度均較厚，坡體物質主要為第四系殘坡積黏土，少量為碎石(含量5%～20%)。黏土呈黃褐色、灰褐色，結構較密實，遇水后強度易降低，具有一定膨脹性，呈硬塑—可塑狀。碎石主要成分為泥質白云巖及硅質白云巖，粒徑一般5～10 cm，最大約30 cm，小者僅1 cm，外表呈亞磨圓狀，雜亂分布。覆蓋層厚度變化較大，一般厚4～16 m。覆蓋層下伏震旦系上統燈影組硅質白云巖，基巖未出露，巖層傾向35°，傾角40°。鉆探巖心上部較破碎，呈強風化，厚1.2～7.4 m，下部相對較完整，呈中等風化程度。

1.3 邊坡變形特征

據調查，1、2號邊坡坡腳及坡體后緣均修建有截排水溝，邊坡頂部為耕地、樹林及茶園，降雨時易于雨水匯集下滲。目前1號邊坡北段已發生滑移變形(圖2-a)，1、2號邊坡前后緣排水溝均被破壞，出現不同程度的開裂變形(圖2-b)。

a.邊坡滑移變形；b.排水溝開裂變形圖2 1號、2號邊坡變形特征Fig.2 Deformation characteristics of No.1 and No.2 slopes

14號邊坡目前已發生多處滑移變形，發育兩個連續但相互獨立的滑坡體。14-1段邊坡坡面為林地(種植果木)，前緣臨空，坡面較陡，坡度在35°左右，坡面形態利于雨水匯集下滲；坡腳修建有簡易擋土墻及截排水溝，坡頂地形平緩。受降雨影響，邊坡坡體越過前緣擋墻發生滑移變形(圖3-a)，滑坡體裂隙發育，邊界特征明顯(圖3-b)，14-2段邊坡坡面為自然林地，前緣臨空，坡面較陡，坡度在35°左右，坡面形態利于雨水匯集下滲；前緣坡面及坡腳修建有格構梁及截排水溝，邊坡坡頂地形平緩。受降雨影響，邊坡發生滑移變形，形成兩級臺階，后緣整體下跌(圖3-c)，呈寬緩的小平臺，平臺上裂隙發育(圖3-d)，變形特征明顯。目前滑坡變形已造成前緣防護工程及截排水溝完全破壞。

a.前緣滑移變形；b.裂縫跌坎；c.后緣變形陡坎；d.拉裂縫圖3 14號邊坡變形特征Fig.3 Deformation characteristics of No.14 slope

2 滑坡成因機理分析

2.1 滑坡影響因素

通過邊坡坡體現狀調查及變形特征綜合分析，認為影響邊坡變形滑移穩定性的因素主要為：

(1) 人類工程活動。邊坡前緣因修路切坡造成臨空，坡頂因地形平緩多被用作耕地或林地，人類工程活動造成邊坡擾動。

(2) 地形地貌。受修路切坡影響，三顧路沿線兩側邊坡地形普遍較陡或地形較緩但前緣臨空，而后緣地勢普遍平緩，有利于降雨入滲。

(3) 地層巖性。邊坡主要由第四系殘坡積黏土及含碎石黏土組成，其巖土力學強度低，遇水易軟化，且具有中等膨脹性，有利于發生坡體變形。

(4) 降雨。長時段或高強度降雨不僅對坡面產生強烈沖刷、侵蝕作用，同時降雨入滲后飽和、軟化巖土，降低巖土結構內力，增大土體自重，極易誘發坡體滑移變形[13]。

綜上所述，區內人類工程活動、地形地貌及地層巖性是滑坡變形的主要控制因素，降雨是滑坡變形的主要誘發因素。

2.2 滑坡形成機理

區內部分邊坡高陡，現有防護工程一般較薄弱或無防護措施，導致邊坡穩定性較差，坡體在降雨期間易發生小型滑塌及蠕變等變形。此外，研究區內坡體物質組成多為黏土，土體呈可塑—軟塑，且遇水后具有中等膨脹性。邊坡坡頂平緩，具有較好的匯水條件，前緣切坡臨空，在持續長時間降雨作用下，地表雨水入滲坡體，導致土體膨脹性增強，再加上雨水的沖刷，從而易形成滑坡，特別是緩坡地形的滑移變形破壞。

3 邊坡穩定性分析

3.1 計算方法的選取

三顧路沿線邊坡變形區巖性單一，均為黏性土，采用圓弧面搜索最危險滑面。根據《滑坡防治工程設計與施工技術規范》(DZ/T 0219—2006)[14]要求，采用瑞典條分法進行穩定性評價和推力計算。

3.2 計算剖面與模型

本次工程設計采用實測代表性地層剖面進行單寬巖土體推力計算，根據邊坡形態、變形特征、巖土性質等特征指定圓弧出入點搜索邊坡最危險滑面，根據各邊坡典型剖面搜索最危險滑面來計算邊坡穩定性[13]，并以此條分建立計算模型，計算剩余推力，各計算模型見圖4、圖5。

圖4 邊坡1-1′、2-2′計算剖面示意圖Fig.4 Computational profile of slope 1-1′ and 2-2′

圖5 邊坡14-14′計算剖面示意圖Fig.5 Computational profile of slope 14-14′

3.3 計算工況

根據三顧路邊坡變形現狀，選擇兩種工況進行計算：①天然工況(天然重度)；②暴雨飽和工況(飽和重度、飽和內摩擦角和飽和黏聚力)。

3.4 計算參數

計算參數選取的合理與否，是評價滑坡穩定性的關鍵，其中滑帶抗剪強度參數的選取尤為重要。區域內各災害點地質環境條件基本類似，本次計算參數選取主要參考勘查試驗數據成果，同時還借鑒了本地區經驗值，結合反演分析綜合確定。參數反演選用已變形滑移的2-2′剖面，恢復其滑移前原始地形進行反演計算，具體計算參數詳見表1。

表1 穩定性計算參數建議值Table 1 Recommended value of stability calculation parameter

3.5 邊坡穩定性計算結果及評價

根據計算剖面模型、參數，對1-1′、2-2′、14-14′剖面進行不同狀態條件下的穩定性計算，各剖面計算值為自然坡面穩定系數值，其計算結果見表2。

表2 不穩定邊坡穩定性計算結果Table 2 Stability calculation results of unstable slope

如表2所示，1號邊坡在天然和暴雨飽和工況下均不穩定；2號邊坡在天然工況下欠穩定，在暴雨飽和工況下不穩定。1、2號邊坡坡面形態相似，且坡面均有防護措施，防護措施雖變形破壞嚴重，但其整體結構仍然存在，對坡面仍能起到一定的支護作用。而14號邊坡在天然工況下穩定，在暴雨飽和工況下欠穩定,與宏觀結果基本一致。

4 防治措施

根據邊坡穩定性計算結果及邊坡變形跡象，在暴雨等因素影響下邊坡多處于欠穩定狀態，極易發生失穩。為維護邊坡整體穩定性，避免產生重大地質災害，在充分結合地方治理經驗的基礎上，需要采取多種形式的治理措施。同時考慮治理工程位于景區的特殊性，防治災害時，盡量兼顧整體的美觀，使之與周邊環境相協調。采取的防護措施主要有坡面整形工程(包含削坡及土方回填)、抗滑支擋工程、格構錨固工程、地表排水工程、綠化工程、監測工程等[14-15]。

(1) 1號邊坡。根據基本特征將其分為兩級，采取削坡、格構錨固、擋土墻、植被景觀綠化及截排水溝工程進行綜合治理。同時對格構梁的形態進行優化設計，設置排水槽，使整個格構梁成為坡面的一個導排水系統，既能有效排除匯入坡面的雨水，又可對格構框格內的植被進行澆灌(照片1)。

照片1 施工中的1、2號邊坡全貌Photo 1 Full view of the section 1 and section 2 slope under construction

(2) 2號邊坡。根據其形態特征進行削坡整形，采用格構梁護坡綠化。

(3) 14號邊坡。滑坡變形大，在邊坡中部設置抗滑樁，前緣修建抗滑擋土墻，擋土墻前緣設置排水溝，墻后設置厚0.5 m的碎石反濾層用以緩沖膨脹土的變形。擋土墻與抗滑樁間進行坡面整形、植草綠化。

工程治理實施后，極大地改善了膨脹土區邊坡的變形趨勢，使三顧路沿線邊坡趨于穩定；采用格構梁護坡，極大地提高了坡體整體穩定性，消除了對邊坡下方道路通行安全的威脅，達到了設計初衷。削坡過程中預留的多級馬道經后期綠化形成花壇，同時在格構梁框格內種植花卉，對隆中景區三顧路沿線環境的恢復與美化有一定作用。坡面削坡后，道路兩側的視野更加開闊，與沿途的綠化工程形成一條新的風景線(照片2)。

照片2 竣工后的2號邊坡全貌Photo 2 Full view of the section 2 slope after completion

工程竣工后，經受了多次暴雨而未發生明顯的滑移變形，在汛期得到了安全檢驗，有力地保障了道路行車環境。

5 結論和建議

(1) 三顧路沿線發育14段土質邊坡,多個邊坡出現變形失穩及滑坡現象。以1、2、14號邊坡為例，通過邊坡特征分析及穩定性計算，認為各邊坡在暴雨飽和工況下欠穩定或不穩定，需進行綜合治理。

(2) 對三顧路路塹邊坡滑坡采取抗滑支擋、地表排水、生態綠化等綜合治理措施，將傳統地災治理與生態景觀相結合，在消除地災隱患的同時，美化生態環境，取得良好的經濟與生態環境效益。該治理方案的成功實施，對同類型城市及旅游景區邊坡變形綜合治理有一定的參考價值。