重慶市開州區(qū)某公路邊坡失穩(wěn)破壞機(jī)理分析

趙喻文

[摘? 要]：受2021年9月強(qiáng)降雨的影響，重慶開州區(qū)某公路邊坡發(fā)生失穩(wěn)，為分析該邊坡的失穩(wěn)破壞機(jī)理，文章采用野外無人機(jī)測繪、原位鉆探以及室內(nèi)滑坡穩(wěn)定性分析評價方法對該邊坡展開研究。結(jié)果表明，滑坡整體范圍縱向長約180 m，橫向?qū)?00 m，平均厚度約8 m，體積約28×104 m3，屬中型土質(zhì)滑坡;根據(jù)現(xiàn)場裂縫、變形特征，研究區(qū)可分為強(qiáng)變形區(qū)和弱變形區(qū)，根據(jù)其運動模式特征得出該滑坡屬于牽引式滑坡;鉆探揭露的滑面近似呈直線型;滑坡體整體在天然狀態(tài)下處于穩(wěn)定狀態(tài)，極端暴雨工況下處于基本穩(wěn)定狀態(tài)，強(qiáng)變形區(qū)在天然狀態(tài)處于基本穩(wěn)定—穩(wěn)定狀態(tài)，在極端暴雨工況下處于不穩(wěn)定—欠穩(wěn)定狀態(tài);建議采用“擋土墻+抗滑樁”的方案進(jìn)行滑坡綜合治理。文章成果為該滑坡的有效防治提供了重要依據(jù)，同時為相似邊坡研究提供借鑒和參考。

[關(guān)鍵詞]：公路邊坡; 失穩(wěn)機(jī)理; 穩(wěn)定性分析; 傳遞系數(shù)法

P 642.21A

西南山區(qū)公路邊坡地質(zhì)災(zāi)害一直是影響山區(qū)公路安全運營最大的問題。公路邊坡一旦失穩(wěn)破壞，可能會對國家財產(chǎn)和人民的生命安全造成巨大的損失。降雨引起的邊坡失穩(wěn)一直是國內(nèi)外地質(zhì)災(zāi)害防治研究的重點。既有研究表明，中國90%的邊坡穩(wěn)定性都與降水有關(guān)[1]。在三峽地區(qū)降雨是造成邊坡失穩(wěn)的主要原因之一[2]。全球范圍內(nèi)，在20世紀(jì)全球范圍內(nèi)40個最具破壞性的滑坡災(zāi)害中，有一半是由持續(xù)降雨或強(qiáng)降雨造成的[3]。Lumb[4]研究了香港地區(qū)邊坡變形前后的特征，根據(jù)土體的抗剪強(qiáng)度分析了降雨與香港地區(qū)邊坡的穩(wěn)定性。Fredlund[5]及Sammon[6]考慮了降雨強(qiáng)度和土的類型對邊坡穩(wěn)定性的影響，分析了降雨強(qiáng)度對各類土質(zhì)滑坡穩(wěn)定性的影響。黃福明[7]基于非飽和土力學(xué)理論，討論了黏土、粉砂土及砂土邊坡進(jìn)行了降雨入滲的瞬態(tài)滲流分析，揭示不同土質(zhì)邊坡在降雨條件下的滲流場及坡體含水量隨時間變化規(guī)律。Lee[8]研究了馬來西亞新山地區(qū)近10年來降雨數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，邊坡破壞的關(guān)鍵因素是降雨強(qiáng)度與土體滲透率比值。Brian等[9]通過研究得出，滑坡主要是由于基質(zhì)吸力的降低導(dǎo)致土體的抗剪強(qiáng)度的下降而引起的。黃潤秋等[10]的研究表明，隨著雨水入滲，邊坡內(nèi)部逐漸被水飽和，土體的基質(zhì)吸力逐漸降低，降低了邊坡的穩(wěn)定性。

研究區(qū)位于重慶開州區(qū)。2021年9月下旬，由于研究區(qū)普降暴雨，造成該公路邊坡發(fā)生滑坡，約50 m公路完全垮塌，道路完全中斷致使車輛、人員均無法通行。根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查，目前強(qiáng)變形區(qū)已產(chǎn)生貫穿性滑面，若遇強(qiáng)降雨等不利條件下，滑坡體土體的力學(xué)性質(zhì)會再次降低，滑坡體可能再次啟動，進(jìn)一步威脅滑坡前緣公路安全。

本文綜合采用了無人機(jī)航測、野外地質(zhì)調(diào)查、室內(nèi)物理力學(xué)試驗等，對該公路邊坡基本特征和失穩(wěn)機(jī)理進(jìn)行了分析，揭示了該滑坡的變形破壞特征。針對其失穩(wěn)機(jī)理提出合理有效的防治措施，本文的研究可為相似工程設(shè)計及施工提供科學(xué)的理論依據(jù)。

1 工程地質(zhì)概況

研究區(qū)位于重慶市東北部，地處長江之北，在大巴山南坡與重慶平行嶺谷結(jié)合地帶。處于北緯30°49′30″～31°41′30″、東經(jīng)107°55′48″～108°54′之間。區(qū)域多年年平均降雨量1 385 mm，其中5～9月降雨量占全年降雨量的70%，日最大降雨量297 mm（2004年9月4日），多年平均最大日降雨量為134.7 mm，占全年降雨量的11.4%。

鉆孔揭示地層巖性分別為：

（1）第四系全新統(tǒng)殘坡積層（Q4el+dl）。

含碎石粉質(zhì)黏土：棕灰色—灰褐色，稍濕—濕，可塑;角礫主要為砂巖或泥巖顆粒，粒徑主要集中在2.0～18.0 mm，含量約10%～20%;粉質(zhì)黏土主要為砂巖或泥巖的風(fēng)化產(chǎn)物;土體局部含鐵錳質(zhì)氧化物及鈣質(zhì)結(jié)核，遇水易軟化，搖震反應(yīng)不明顯。

（2）侏羅系中統(tǒng)上沙溪廟組（J2s）。

勘查區(qū)內(nèi)基巖為砂泥巖互層。

泥巖：中厚層狀結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，巖芯呈碎塊狀～柱狀，巖體較破碎，節(jié)理、裂隙發(fā)育，巖質(zhì)較軟，強(qiáng)度較低，敲擊易碎。

砂巖：青灰色-棕紅色，中粒砂狀結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，碎屑顆粒支撐，孔隙式膠結(jié)，膠結(jié)物為硅質(zhì)，膠結(jié)緊密。

研究區(qū)地處大巴山麓、三峽庫區(qū)腹地。西部屬盆東褶皺帶，南部屬川東平行嶺谷區(qū)，北部屬大巴山南麓。地質(zhì)構(gòu)造總體由北-北東向東彎轉(zhuǎn)，成為突向北西的弧形構(gòu)造帶，弧形構(gòu)造多具扭性特點。

根據(jù)相關(guān)規(guī)范[11-12]，本區(qū)抗震設(shè)防烈度為6度，設(shè)計基本地震加速度值為0.05g，設(shè)計地震第一組，設(shè)計特征周期0.35 s。

2 滑坡基本特征

2.1 滑坡形態(tài)及規(guī)模特征

滑坡前緣高程約415 m，后緣高程約455 m，相對高差約40 m。整體地形上中后部稍緩，坡度10～15°，有利于雨水匯集，下部略陡，坡度15～40°。滑坡縱向長約180 m，橫向?qū)?00 m，平均厚度約8 m，體積約28×104m3。滑體物質(zhì)組成表層為第四系殘坡積粉質(zhì)黏土層，下伏基巖為侏羅系中統(tǒng)上沙溪廟組砂巖和泥巖，巖層產(chǎn)狀170°∠19°，主滑方向200°，為順向坡。

本次災(zāi)害主要為滑坡體前緣強(qiáng)變形區(qū)為主，滑坡強(qiáng)變形區(qū)縱向長約30 m，橫向?qū)?0 m，平均厚度約4 m，體積約0.8×104 m3，屬小型淺表層土質(zhì)滑坡。滑體物質(zhì)組成表層為第四系殘坡積粉質(zhì)黏土層。滑坡區(qū)橫向上兩邊地勢高、中部低，在強(qiáng)變形區(qū)形成凹槽，有利于雨水匯集，降低了強(qiáng)變形區(qū)內(nèi)土體力學(xué)指標(biāo)，在強(qiáng)降雨天氣下，強(qiáng)變形區(qū)整體沿基覆界面發(fā)生滑動，目前強(qiáng)變形區(qū)內(nèi)約50 m公路完全垮塌，另外約20 m公路已開裂。

2.2 滑坡變形特征特征

滑坡區(qū)右后緣以公路路面形成的拉裂縫為界，裂縫長約6 m，寬約3 mm（圖1-③，1-④），滑坡正后方房屋無變形跡象，且房屋后方基巖出露（圖1-①）;滑坡右后側(cè)公路拉裂，裂縫長約8 m，寬約5 mm，有輕微下錯（圖1-②）;滑坡左側(cè)邊界處耕地內(nèi)出現(xiàn)裂縫，現(xiàn)場調(diào)查表明，裂縫長度約3～4 m，寬約8 mm，裂縫出現(xiàn)后耕地已將其回填;滑坡前緣邊界為公路，公路垮塌，沖積土層厚度約5 m（圖1-⑥）。

強(qiáng)變形區(qū)后緣形成圈椅狀錯臺，錯臺高0.4 m～1 m（圖1-⑥）;強(qiáng)變形區(qū)左側(cè)邊界公路路面下錯，形成裂縫長約4 m，裂縫寬約0.1 m（圖1-⑦）;強(qiáng)變形右側(cè)邊界處公路路面下錯，形成裂縫長約3.5 m，裂縫寬約3 cm（圖1-⑤），強(qiáng)變形區(qū)前緣以公路垮塌處為界，公路垮塌處長約50 m，高約5 m。該區(qū)前緣公路路面多處開裂、下陷（圖1-⑤，1-⑦）。

2.3 滑坡地質(zhì)結(jié)構(gòu)特征

根據(jù)現(xiàn)場勘查及鉆孔揭示，滑體物質(zhì)組成主要為第四系全新統(tǒng)殘坡積層（Q4el+dl）組成;滑坡滑面位于基覆界面位置，潛在滑面上部土濕潤，呈軟～可塑狀，土體手感細(xì)膩，切面光滑;滑床基巖由侏羅系中統(tǒng)上沙溪廟組（J2s）砂巖和泥巖互層組成。巖層產(chǎn)狀為170°∠19°。其中泥巖為中厚層狀結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，巖芯呈碎塊狀～柱狀，巖體較破碎，節(jié)理、裂隙發(fā)育，強(qiáng)度較低，敲擊易碎;砂巖為青灰色-棕紅色，中粒砂狀結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，孔隙式膠結(jié)，膠結(jié)物為硅質(zhì)，膠結(jié)緊密（圖2）。

3 滑坡穩(wěn)定性分析

3.1 巖土體力學(xué)參數(shù)

滑帶土抗剪強(qiáng)度參數(shù)的選取合理與否，對穩(wěn)定性計算起關(guān)鍵作用。據(jù)室內(nèi)土工試驗資料，滑帶土天然含水量較高，接近飽和含水量，也說明滑帶土接近飽和狀態(tài)。由于取樣、封樣、送樣以及實驗過程中人為因素的影響，致使實驗參數(shù)與實際數(shù)據(jù)有一定差異。所以在穩(wěn)定性分析和計算中抗剪強(qiáng)度參數(shù)是以室內(nèi)試驗值為基礎(chǔ)，主要參考地質(zhì)測繪對滑坡穩(wěn)定性的宏觀判斷及結(jié)合反演結(jié)果，從而進(jìn)行參數(shù)確定（表1）。

3.2 計算模型及結(jié)果

計算目的是為滑坡穩(wěn)定性評價及防治提供依據(jù)。計算時，通常考慮天然工況、降雨工況和地震工況。因勘查區(qū)屬于Ⅵ度地震區(qū)，滑坡受地震影響小，可不考慮地震工況。

分析計算的荷載主要有：滑坡自重（含自然狀態(tài)水位）、暴雨。分2種工況：

（1）工況一：自重+地下水。

（2）工況二：自重+暴雨+地下水，土體飽和，巖土體物理力學(xué)參數(shù)為飽和狀態(tài)參數(shù)。

通過鉆探揭露滑帶，綜合分析滑坡可能剪出口，得出滑坡可能發(fā)生近似直線型滑動，選取典型計算剖面模型如圖3所示。對滑坡剖面中的AC及BC潛在滑面分別進(jìn)行上述2種工況下的穩(wěn)定性計算分析。計算方法采用傳遞系數(shù)法，結(jié)算結(jié)果見表2。

計算結(jié)果表明，滑坡整體在天然狀態(tài)下處于穩(wěn)定狀態(tài)，極端暴雨工況下處于基本穩(wěn)定狀態(tài);強(qiáng)變形區(qū)在天然狀態(tài)處于基本穩(wěn)定—穩(wěn)定狀態(tài);在極端暴雨工況下處于不穩(wěn)定—欠穩(wěn)定狀態(tài)，根據(jù)計算結(jié)果，其穩(wěn)定性狀態(tài)與野外宏觀判斷相吻合。

4 坡體失穩(wěn)機(jī)理

該滑坡體屬于典型的覆蓋層滑坡，滑動面位于基覆界面，與巖層傾向平行或小角度相交，與地下水的滲流路徑基本順行，基覆界面以下為致密的砂泥巖，與上覆堆積體在垂直截面上形成較大的入滲系數(shù)的突變。因此，在遭遇極端降雨的條件下，基覆界面容易出現(xiàn)地下水富集，在鉆孔K02的取樣照片可以看出，在滑坡體前緣現(xiàn)有強(qiáng)變形區(qū)域，基覆界面已經(jīng)出現(xiàn)明顯的泥化現(xiàn)象。根據(jù)運動形式劃分，該滑坡屬于牽引式滑坡。

整個滑坡體后緣以及側(cè)緣也出現(xiàn)了不同程度的裂縫，但此時并未發(fā)生大規(guī)模的滑動現(xiàn)象，說明基覆界面的土體已經(jīng)開始在不斷的降雨過程發(fā)生泥化現(xiàn)象，但是并未在空間上貫通，一旦潛在滑帶圖在持續(xù)降雨條件下發(fā)生貫通性泥化，就會發(fā)生整體滑動，因此采取及時的支護(hù)措施是有必要的。

5 結(jié)論

（1）研究區(qū)滑坡是典型的由于降雨導(dǎo)致失穩(wěn)的滑坡，整個變形范圍縱向長180 m，橫向?qū)?00 m，平均厚度約8 m，體積約28×104 m3，屬中型土質(zhì)滑坡。目前發(fā)生強(qiáng)烈破壞的區(qū)

域為強(qiáng)變形區(qū)，該區(qū)域縱向長約30 m，橫向?qū)?0 m，平均厚度約4 m，體積約0.8×104 m3。

（2）滑坡變形主要集中于中后部，強(qiáng)變形區(qū)已產(chǎn)生貫穿性滑面，若遇強(qiáng)降雨等不利條件下，滑坡體土體的力學(xué)性質(zhì)會再次降低，滑坡體可能再次啟動。

（3）滑坡體整體在天然狀態(tài)下處于穩(wěn)定狀態(tài)，極端暴雨工況下處于基本穩(wěn)定狀態(tài);強(qiáng)變形區(qū)在天然狀態(tài)處于基本穩(wěn)定—穩(wěn)定狀態(tài);在極端暴雨工況下處于不穩(wěn)定—欠穩(wěn)定狀態(tài)。

（4）根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查及滑坡穩(wěn)定性計算，建議采用以擋土墻+抗滑為主的的方案進(jìn)行滑坡綜合治理，同時對斜坡的松散巖土體進(jìn)行清理。

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