沿印松高速K5+975～K6+145右側(cè)邊坡綜合監(jiān)測(cè)與分析

郭燈、陳保祥、張旭、謝貝貝

（1.中交一公局集團(tuán)有限公司，北京100024；2.貴州省交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)研究院股份有限公司，貴州 貴陽(yáng)550081）

0 引言

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展，山區(qū)實(shí)施了大量高速公路建設(shè)，由此產(chǎn)生，出現(xiàn)大量邊坡路段。邊坡處理不善就有可能引發(fā)滑坡。滑坡是指在一定地形地質(zhì)條件下，由于外界條件發(fā)生變化，導(dǎo)致原狀邊坡土體應(yīng)力場(chǎng)發(fā)生改變，破壞了原有的力學(xué)平衡條件，使邊坡在自重和其他荷載聯(lián)合作用下，沿滑裂面突發(fā)性地向下移動(dòng)。由于山區(qū)地質(zhì)條件的多樣性和外界環(huán)境的復(fù)雜性，邊坡在開挖過(guò)程中產(chǎn)生滑坡造成嚴(yán)重的危害，給國(guó)家和人民財(cái)產(chǎn)造成很大的損失。而由于地質(zhì)條件的復(fù)雜性和巖土工程理論的不完善性，導(dǎo)致對(duì)于邊坡的穩(wěn)定性無(wú)法準(zhǔn)確認(rèn)識(shí)，從而在邊坡開挖中采取的一些防護(hù)措施在一定程度具有一定的隨機(jī)性和盲目性。

而邊坡體從開始變形到最后失穩(wěn)，有一個(gè)位移變形的發(fā)展過(guò)程，對(duì)于這種邊坡的變形過(guò)程，在施工過(guò)程中加強(qiáng)邊坡的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)及穩(wěn)定性分析的研究具有顯著的實(shí)際意義。

1 工程概況

沿印松高速K5+975～K6+145右側(cè)邊坡為沿印松高速主線邊坡。邊坡為人工開挖形成，原始邊坡高約220m，坡度25～35。坡體植被發(fā)育，主要為喬木和灌木，坡體中部為林地，一條農(nóng)村道路沿邊坡走向分布。

邊坡總長(zhǎng)170m，為路基修建時(shí)開挖形成。邊坡分三級(jí)開挖，每級(jí)開挖高度10m，坡比為1∶1.2，防護(hù)設(shè)計(jì)為三級(jí)邊坡采用人字形骨架植草防護(hù)，一級(jí)與二級(jí)邊坡采用三維掛網(wǎng)植草防護(hù)。

邊坡在開挖后，兩處產(chǎn)生裂縫。其中一處位于坡體上部，裂縫總體呈弧狀分布，位于K5+975～K6+145段右60～140m處，總長(zhǎng)度約270m，裂縫最遠(yuǎn)處離開挖線水平距離約80m。裂縫寬度約5mm，最寬處5cm，最寬位置位于K6+015右120m處。另一處裂縫位于K6+097右24m二級(jí)邊坡坡面處，裂縫沿邊坡走向發(fā)育，長(zhǎng)度約6m，寬度約6cm。

2 邊坡地質(zhì)條件

邊坡場(chǎng)區(qū)內(nèi)表層覆蓋第四系全新統(tǒng)粉質(zhì)黏土夾碎石土層（Q），黃褐色，可塑-硬塑，局部呈松散狀，含碎石，厚度不均勻。下伏基巖為二疊系上統(tǒng)吳家坪-長(zhǎng)興組灰?guī)r（Pw-c），強(qiáng)風(fēng)化灰?guī)r層節(jié)理裂隙發(fā)育，巖體破碎，巖質(zhì)軟，局部風(fēng)化強(qiáng)烈，厚度分布不均，最大約9m。

區(qū)內(nèi)地下水類型主要為基巖風(fēng)化裂隙水，平時(shí)為地下水不發(fā)育。

3 邊坡監(jiān)測(cè)方法

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)走訪調(diào)查和現(xiàn)場(chǎng)踏勘，初步判定該邊坡為雨源型邊坡，邊坡變形與穩(wěn)定性受降雨量變化影響較大，因此對(duì)降雨量、地下水位、深部位移和地表位移進(jìn)行監(jiān)測(cè)。其中降雨量監(jiān)測(cè)點(diǎn)1處，地下水監(jiān)測(cè)1處，深部位移監(jiān)測(cè)孔5個(gè)，地表位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)2處，邊坡的監(jiān)測(cè)的布置方案見圖1。邊坡采用自動(dòng)化監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)頻率為每0.5h采集一次數(shù)據(jù)，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸?shù)较到y(tǒng)監(jiān)測(cè)軟件中進(jìn)行分析。

圖1 邊坡監(jiān)測(cè)布置方案圖

4 邊坡監(jiān)測(cè)分析

邊坡于2019年6月開始監(jiān)測(cè)，到2021年6月結(jié)束，監(jiān)測(cè)時(shí)間經(jīng)歷兩個(gè)水文年。

監(jiān)測(cè)目的是監(jiān)測(cè)邊坡的穩(wěn)定性，一般情況下，邊坡的主剖面位移變形最能代表邊坡的整體穩(wěn)定性，此次監(jiān)測(cè)以邊坡的主剖面對(duì)邊坡的穩(wěn)定性進(jìn)行分析。其中對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析如下。

4.1 降雨量與地下水位監(jiān)測(cè)

4.1.1 降雨量監(jiān)測(cè)

雨量計(jì)布設(shè)于邊坡的二級(jí)平臺(tái)上。根據(jù)降雨量監(jiān)測(cè)結(jié)果，邊坡位置降雨主要發(fā)生于2020年5月至9月期間，其中最強(qiáng)的一次降雨發(fā)生在2020年6月，最大降雨量為200mm/d。降雨情況與當(dāng)?shù)爻Ｄ杲y(tǒng)計(jì)降雨量相符，其中2020年降雨量較往年平均降雨量要高出很多。

4.1.2 地下水位監(jiān)測(cè)

地下水位監(jiān)測(cè)布設(shè)于監(jiān)測(cè)孔JCK3孔底內(nèi)。監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)如下。

地下水為波動(dòng)較大，水位最淺為11.2m，發(fā)生于2020年6月。其中，在5月至9月地下水位波動(dòng)較大，平均最深水位發(fā)生于2020年10月至2021年2月，地下水位為22m。地下水位在10月至來(lái)年4月較穩(wěn)定。

根據(jù)地下水監(jiān)測(cè)結(jié)果表明，該邊坡地下水位與降雨量具有很強(qiáng)的相關(guān)性，地下水為潛水，潛水面位于強(qiáng)風(fēng)化基巖和中風(fēng)化基巖層內(nèi)。邊坡地下水受降雨補(bǔ)給，當(dāng)降雨量較大時(shí)，地下水通過(guò)坡體表層覆蓋層和強(qiáng)風(fēng)化層滲透補(bǔ)給，致使邊坡內(nèi)地下水位上升，潛水面位于強(qiáng)風(fēng)化基巖內(nèi)，汛期地下水位隨著降雨量的變化而波動(dòng)。當(dāng)降雨量減少和停止時(shí)，坡體內(nèi)地下水通過(guò)滲流向場(chǎng)外地勢(shì)較低處排泄，導(dǎo)致地下水位下降，潛水面根據(jù)強(qiáng)風(fēng)化基巖深部不同處于強(qiáng)風(fēng)化基巖和中風(fēng)化基巖層內(nèi)。由于枯水期降雨量較小，地下水補(bǔ)給和排泄相對(duì)較小，處于平衡狀態(tài)，地下水位較穩(wěn)定。

4.2 位移變形

邊坡的主剖面一般為邊坡高度最大，覆蓋層和強(qiáng)風(fēng)化層等力學(xué)性質(zhì)不良土體厚度最大、邊坡區(qū)域穩(wěn)定性最小的剖面，邊坡主剖面的穩(wěn)定性代表了邊坡整體的穩(wěn)定性，以下主要對(duì)主剖面的位移變形進(jìn)行分析。

邊坡主剖面上布設(shè)了3個(gè)深部位移點(diǎn)，分別為JCK2、JCK3和JCK4。在監(jiān)測(cè)周期內(nèi)，邊坡變形累計(jì)最大位移為36mm，最大位移位置位于JCK4孔11.5m深處，變形速率為2.8mm/d。現(xiàn)對(duì)每個(gè)監(jiān)測(cè)孔的變形情況分析如下。

監(jiān)測(cè)點(diǎn)JCK2：該監(jiān)測(cè)點(diǎn)位于人工開挖形成邊坡的二級(jí)平臺(tái)上，位移至大樁號(hào)位置。在監(jiān)測(cè)周期內(nèi)，邊坡累計(jì)位移最大為12mm，位移最大位置位于孔深1m處，變形平均速率為1.1mm/d。對(duì)邊坡監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)一步分析表明邊坡在兩年內(nèi)的9月至第二年4月內(nèi)，位移變化相對(duì)較小，邊坡變形曲線呈平緩式增長(zhǎng)，從當(dāng)年5月至9月內(nèi)，邊坡明顯增大，變形曲線呈突變式和平緩式增長(zhǎng)。該監(jiān)測(cè)孔位移變形突變點(diǎn)位于孔深15.5m和5.5m處，形成兩個(gè)滑面，其中一個(gè)滑面由于開挖形成淺層滑面，一個(gè)為在強(qiáng)風(fēng)化層內(nèi)形成的深層滑面。JCK2變形曲線見圖2。

圖2 JCK2監(jiān)測(cè)孔曲線圖

監(jiān)測(cè)點(diǎn)JCK3：該監(jiān)測(cè)點(diǎn)位于人工開挖形成邊坡上部的林地內(nèi)，位移至大樁號(hào)位置。在監(jiān)測(cè)周期內(nèi)，邊坡累計(jì)位移最大為23mm，位移最大位置位于孔深4.5m處，變形平均速率為1.9mm/d。根據(jù)對(duì)邊坡監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)一步分析表明邊坡當(dāng)年9月至第二年4月，位移變化相對(duì)較小邊坡變形曲線呈平緩式增長(zhǎng)，從當(dāng)年5月至9月，邊坡明顯增大，變形曲線呈現(xiàn)突變式和平緩式增長(zhǎng)。該監(jiān)測(cè)孔位移變形突變點(diǎn)位于孔深20.5m處，該位置形成一個(gè)滑面。JCK3變形曲線見圖3。

圖3 JCK3監(jiān)測(cè)孔曲線圖

監(jiān)測(cè)點(diǎn)JCK4：該監(jiān)測(cè)點(diǎn)位于人工開挖形成邊坡上部自然邊坡上，位于農(nóng)村公路旁邊。在監(jiān)測(cè)周期內(nèi)，邊坡累計(jì)位移最大為35mm，位移最大位置位于孔深11.5m處，變形平均速率為2.8mm/d。對(duì)邊坡監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)一步分析表明邊坡當(dāng)年9月至第二年4月，位移變化相對(duì)較小邊坡變形曲線呈平緩式增長(zhǎng)，從當(dāng)年5月至9月，邊坡明顯增大，變形曲線稱突變式和平緩式增長(zhǎng)。由于該位置位于強(qiáng)風(fēng)化層厚度較大，該監(jiān)測(cè)孔位移變形突變點(diǎn)位于孔深25.5m和15.5m處，形成兩個(gè)滑面。

根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)表明，邊坡變形與降雨和地下水有很強(qiáng)的相關(guān)性，邊坡在10月至來(lái)年4月枯水季節(jié)期間，邊坡變形位移都處于覆蓋層和強(qiáng)風(fēng)化層內(nèi)，變形滑動(dòng)速率和累計(jì)變形量很小，處于微蠕狀態(tài)。在5月至9月汛期雨量較多時(shí)，降雨滲入邊坡體內(nèi)，由于邊坡覆蓋層和強(qiáng)風(fēng)化土層軟化導(dǎo)致巖土體材料的力學(xué)性質(zhì)劣化，使邊坡體的抗滑力減少，同時(shí)由于中風(fēng)化基巖的滲透性小于強(qiáng)風(fēng)化基巖和覆蓋層，使?jié)B入邊坡的地下水在強(qiáng)風(fēng)化和中風(fēng)化的交界處匯集，順風(fēng)化界面集中滲流，進(jìn)一步加劇了邊坡的不穩(wěn)定性，這些因素使邊坡產(chǎn)生較大變形。當(dāng)降雨停止后，地下水不再補(bǔ)給，地下水通過(guò)滲流作用排出坡體外，坡體巖土體由于重力固結(jié)作用使巖土體的力學(xué)性質(zhì)逐漸恢復(fù)，坡體重新達(dá)到平衡狀態(tài)，邊坡變形逐漸收斂趨于穩(wěn)定。

4.3 小結(jié)

監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)表明，該工程邊坡為雨源型滑坡，其穩(wěn)定性受降雨量影響較大，受邊坡地質(zhì)條件和水文條件控制，邊坡現(xiàn)處于漸變型和穩(wěn)定型交替出現(xiàn)的階段。邊坡滑面處于邊坡體內(nèi)強(qiáng)風(fēng)化層內(nèi)。

由于邊坡坡體的巖土呈可塑性，一方面通過(guò)塑性變形調(diào)整邊坡應(yīng)力分布，使邊坡重新處于平衡狀態(tài)，另一方面巖土體的塑性變形為不可逆狀態(tài)，隨著累計(jì)變形的增大，使裂縫成為降雨量的集中匯集區(qū)和滲流區(qū)，進(jìn)一步惡化了邊坡穩(wěn)定性的邊界條件，使邊坡受降雨影響越來(lái)越大，邊坡速率和邊坡變形越來(lái)越大，最終邊坡變形超過(guò)邊坡調(diào)節(jié)范圍時(shí)，邊坡會(huì)產(chǎn)生失穩(wěn)現(xiàn)象。

5 結(jié)論

根據(jù)沿印松高速公路K5+975～K6+145右側(cè)邊坡的地質(zhì)條件、水文條件和邊坡現(xiàn)狀，采用綜合監(jiān)測(cè)方法，得出以下結(jié)論：

第一，邊坡為雨源型滑坡，受降雨量影響較大，降雨導(dǎo)致邊坡產(chǎn)生位移變形。

第二，邊坡滑面受地質(zhì)條件和巖土體力學(xué)性質(zhì)影響，處于覆蓋層和強(qiáng)風(fēng)化巖體內(nèi)。

第三，邊坡受周期性降雨影響，每個(gè)降雨周期內(nèi)位移變形連續(xù)增大，邊坡現(xiàn)階段處于臨界穩(wěn)定狀態(tài)。在持續(xù)降雨條件下，邊坡累計(jì)變形過(guò)大，邊坡會(huì)產(chǎn)生失穩(wěn)。

通過(guò)對(duì)K5+975～K6+145右側(cè)邊坡采用綜合監(jiān)測(cè)方法，掌握了邊坡的滑動(dòng)面、坡體變形情況和穩(wěn)定性狀況，對(duì)邊坡的防護(hù)設(shè)計(jì)提供了技術(shù)支持，為以后邊坡監(jiān)測(cè)和防護(hù)設(shè)計(jì)提供了經(jīng)驗(yàn)和借鑒。