福建某高速牽引式滑坡成因機制分析及治理措施

■肖九資

（三明莆炎高速公路有限責任公司，三明 365000）

由于地層巖性、邊坡開挖、河流侵蝕以及降雨等影響，在山體坡腳處易形成牽引式滑坡[1]。 這類滑坡在山區丘陵公路滑坡中占據很大比例，且破壞程度嚴重、治理難度較大，給基礎設施運營帶來較大挑戰[2]。 牽引式滑坡在自下而上的形成過程中，土體抗剪強度逐漸降低，前緣邊坡體失穩后逐漸向后緣發展，導致前緣坡體的支撐力減小，規模不斷擴大，從而出現臨空面，使得與之相鄰的后緣發生失穩破壞[3]。 這類滑坡體的顯著特征是由貫通的拉裂縫將整個坡體劃分為數級滑體，這些滑體將數個小滑動面貫通成一個大的滑動面，從而形成較大規模的滑坡[4]。 牽引式滑坡的失效形式不是一次性發生，而是隨著時間推移，在外界因素誘發下不斷發生滑坡，該類滑坡影響范圍大，持續時間長，在實際工程中應引起高度重視[5]。 在山區公路建設過程中，若對路塹邊坡的開挖導致的牽引式滑坡治理不當，會導致更嚴重的二次滑坡，使得后期治理難度增大，施工成本增加[6]。 因此在評價牽引式滑坡時需考慮形成牽引式滑坡的工程地質條件和水文地質條件，是否在工程建設中形成新的滑坡，以及滑坡的演變過程[7]。針對牽引式滑坡存在的主要問題，本研究以福建某高速公路路塹牽引式滑坡為例，通過地質勘察、Bishop 極限平衡分析、參數反演并結合室內土工試驗，對牽引式滑坡的破壞特征、演化機理及漸進破壞過程進行分析， 并給出相應的災害防治措施，以期為類似工程提供參考。

1 工程概況及工程地質條件

1.1 工程概況

該邊坡所處區域為莆炎高速公路某收費站南側丘陵坡地上，區內主要交通為國道534 線及鄉村道，地理位置及邊坡樣貌如圖1 所示。 該邊坡場區地形起伏明顯，但下部地勢相對較緩，一般高程介于380.0～430.0 m，自然坡度約10°～35°。 邊坡東南側溝谷因坡體表層土較松散，在雨水作用下，引發淺表層滑坡。 該高速互通右側深路塹最高約33 m，原設計為底部半擋土墻支護，下部兩階為拱形骨架植草，上部兩階為預應力錨索框架加固。 該邊坡已于2019 年4 月、2020 年6 月發生了2 次滑動，2022 年6 月再次產生滑動，截至目前仍處于緩慢變形階段，坡體現狀變形較嚴重。 坡面見開裂或拱出，發育多處淺層滑塌，坡體上多處裂縫開裂錯動，裂縫寬0.1～0.3 m，深度未探測到底，裂縫延伸走向和長度不一，下錯0.5～1.0 m，后緣裂縫不明顯。

圖1 滑坡場區位置圖

根據現場變形情況，結合鉆探及實測斷面分析，確定該滑坡存在1 個滑塌區，及左右2 個獨立的小范圍崩塌區 （圖1）。 滑塌區對應樁號里程約CP0+053～CP0+140 斷面，橫向長度約90 m，主滑方向約290°。 滑塌區CP0+053～CP0+120 范圍為主要變形區，推測滑坡后緣為框格梁坡腳變形形成的陡坎處，滑坡前緣剪出口為坡腳擋墻墻頂，滑體厚約5～8 m；滑塌區CP0+120～CP0+140 范圍現狀以淺層溜坍為主，變形范圍是框格梁坡腳至中部寬平臺，滑體厚約3 m，暫未侵占改路平臺。

1.2 工程地質條件

據區域地質資料和工程地質測繪成果，測段未見大的活動性斷裂通過， 地質構造條件較為簡單，屬相對穩定地塊，地質平面圖如圖2 所示。 據大演2 號大橋剪切波速成果，場地類別為Ⅱ類，屬中硬場地土。區內基本地震動峰值加速度a 為0.05 g，地震基本烈度6 度，地震動反應譜特征周期T 為0.35 s。場區地下水穩定水位埋深大多在約5～15 m 處，前緣坡腳的地下水位埋深大多穩定在約3～4 m，說明坡體失穩開裂后破壞了地下水原有的徑流和排泄條件。 暴雨期間地表水和地下水順著坡面和滑動面的裂隙入滲，加之坡體前緣地形相對較緩，導致下部前緣坡體內整體水位上升。 自2019 年4 月以來，因坡腳開挖平整修建梁場， 加之場區持續暴雨，引起邊坡塌方。 后期雖已處置，但邊坡一級寬平臺處又向下滑移，導致寬平臺上一級邊坡發生溜滑。

圖2 滑坡區工程地質平面圖

根據鉆孔資料，該場地上覆第四系土層主要為坡殘積層 （Qel-dl）， 下伏基巖為石炭系下統林地組（C1l）泥質粉砂巖，層理產狀90°∠57°。 巖土層從上至下分別為（前面數字為總層序號）：（1）4-13 為含碎石粉質黏土（Qdl），呈灰色，以硬塑黏粉粒為主，碎石占10%～20%，成分為強風化粉砂巖。 揭露厚度約1.20～9.20 m，為高液限土。 （2）5-13 為殘積黏性土（Qel），呈灰白-灰黃色，以硬塑黏粉粒為主，為泥質粉砂巖風化殘積土。 揭露厚度約6.30～9.40 m，為高液限土。 （3）13-11 為全風化泥質粉砂巖（C1l），呈灰白-灰黃色，局部夾灰色，粉砂結構，薄層狀構造，巖芯呈散體狀，手可捏散，揭露厚度約4.40～17.60 m。（4）13-12 為強風化泥質粉砂巖（C1l），呈灰黃色，粉砂結構，薄層狀構造，泥質膠結，傾角15°，節理裂隙發育，見鐵錳質染，巖芯以碎塊狀為主，部分夾砂土狀或夾少量柱狀，節長10～15 cm，錘擊易啞，揭露厚度約12.00～33.43 m。 （5）20-11 為構造破碎帶（F），呈灰黑-灰黃色，碎裂狀，原巖為粉砂巖，受擠壓作用，蝕變嚴重，巖芯總體呈砂土狀，部分呈散體狀。 揭露厚度約14.13 m，未揭穿。 根據室內土工試驗，得到滑坡區域內巖土體參數如表1 所示。

表1 巖土體參數

2 滑坡變形破壞特征及穩定性計算

2.1 變形破壞特征

由圖1～2 可知，該滑坡體滑向約290°，傾角約15°～60°。 沿線路橫向寬約100 m，縱長約100 m，滑坡體埋深約9～15 m，最大埋深約25 m，估算其平面面積約1.0×104m2，體積約8.0×104m3，判定其為牽引式淺-中層的中型新滑坡。 該滑坡經過2019 年、2020 年的2 次滑動后，于2022 年6 月再次發生滑動。 該坡體雖前兩次滑動后采取了相應的加固及支擋措施，但在2022 年4 月—6 月降雨影響下，中下部2 階拱形骨架支護的坡體再次發生滑動變形，下錯約1～1.5 m，向北側滑移約3～6 m。 上部錨索框架加固坡體未見明顯滑動，但底部已被掏空；滑坡后緣排水天溝裂縫明顯可見，寬約1 cm，下錯不明顯；滑坡體前緣因坡腳有擋墻支擋，未產生滑舌。

根據第1 次滑動后的勘察鉆孔成果，表層含碎石粉質黏土與全風化地層其巖土結構不清，局部土夾石，可判斷為滑床位置。 根據現場踏勘及實測斷面分析，路塹擋墻未發生變形，推測滑面剪出口應當在擋墻墻頂之上。 第3 級框架錨桿（索）邊坡未發生明顯變形，且在第3 級邊坡坡腳下方有明顯陡坎，推測滑面后緣在第3 級邊坡坡腳陡坎處。 因該坡體歷經3 次巖土體滑動，經泡水軟化后，造成滑動面加深，導致新滑動帶位于殘積土底部及全風化粉砂巖層中。 滑坡體中部表層因本滑坡引起較大面積淺表層崩塌、坍塌，且滑坡坡腳擋墻底部有明顯地下水滲出。 后上部錨索框架加固坡體雖未見明顯滑動，但局部錨索錨頭已脫落，說明上邊坡已處于蠕動變形階段。

2.2 穩定性計算

自然邊坡在受到外界破壞后，其地質體內部原有應力狀態重新調整，導致應力重新分布和應力集中，使得斜坡緩慢變形直至破壞。 雖然牽引式滑坡是在長期歷史環境中演化形成的，但在外界影響下（如強降雨）存在突發性，因此有必要計算極端工況下坡體的穩定性[8]。 根據鉆孔揭露的軟弱層和變形情況，以及錯動裂隙、塌陷點位置連線而成的坡面位置，確定本區域有1 個主滑動面，其深度約10～25 m。 基于Bishop 極限平衡法，選擇潛在滑動面進行穩定性驗算，計算其穩定性并反求c、（值，其計算表達式如下：

式中：Fs是穩定性系數；ci為第i 計算條塊滑面黏聚力；φi為第i 計算條塊內摩擦角；θi為第i 計算條塊滑面傾角；Wi為第i 計算條塊單位寬度自重。在此基礎上反算主滑帶抗剪強度指標，其反演計算公式為：

本研究對變形較嚴重的CP0+053 與CP0+120 2 個斷面進行參數反演分析。 參考前一次變更c、φ值反演取值情況，反演得到邊坡滑面在暴雨工況下的抗剪強度參數為：c=5 kPa，φ＝12°。 考慮邊坡經歷多次變形，滑體物質結構松散，將暴雨工況下滑體抗剪強度參數修正為：c=8 kPa，φ＝14°。 采用下部清方加固、中部抗滑樁支擋及樁后填土反壓，頂坡框架錨桿（索）防護的方式進行加固，計算在正常工況以及暴雨工況下上述2 個斷面的潛在穩定性系數，評價工況影響以及加固效果。

圖3、4 分別為正常工況下和暴雨工況下CP0+053（垂直大里程方向）斷面處于加固前后邊坡的潛在穩定性計算圖。 從圖中可看出在正常工況下，潛在穩定性系數由加固前的1.060 提升到1.373，大于安全系數1.20；暴雨工況下潛在穩定性系數從加固前的0.915 提升到1.102，大于安全系數1.10，加固效果良好。 加固后此處的抗滑樁抗力約為750 kN/m，能顯著提升邊坡穩定性。

圖3 正常工況下CP0+053（垂直大里程方向）斷面處加固前后穩定性分析

圖4 暴雨工況下CP0+053（垂直大里程方向）斷面處加固前后穩定性分析

圖5、6 分別為在正常工況下和暴雨工況下CP0+120 斷面處加固前后邊坡的潛在穩定性計算圖。 從圖中可看出在正常工況下，潛在穩定性系數由加固前的1.125 提升到1.378， 大于安全系數1.20；暴雨工況下潛在穩定性系數從加固前的0.890提升到1.106，大于安全系數1.10，加固效果良好。加固后此處的抗滑樁抗力約為650 kN/m，能顯著提升邊坡穩定性。

圖5 正常工況下CP0+120 斷面處加固前后穩定性分析

圖6 暴雨工況下CP0+120 斷面處加固前后穩定性分析

3 滑坡演化機理及防治措施

3.1 滑坡演化機理

根據鉆孔資料，場區中心有1 條斷層破碎帶通過，走向與主滑向夾角約10°，傾角約75°。場區坡體上覆厚約6.0～10.0 m 的硬塑坡殘積粘性土，為高液限土；下伏厚約4.0～10.0 m 全風化巖，埋深最深處達40 m，這為坡體變形和滑坡的形成提供了地質基礎。 山坡上部坡殘積粘性土及全風化巖透水性差，飽水易軟化，而下部碎塊狀強風化巖層透水性相對較好。 在持續降雨作用下，上覆松散土體迅速飽水軟化，土體自重增加，粉砂巖的層理面不斷浸潤、泥質化。 強風化巖層飽水后形成承壓含水層，對上部地層產生較強的浮托作用，并軟化上部地層，使得上部地層底面抗剪強度大幅降低，改變了原有自然山體的整體應力平衡，產生滑動，進而牽引后部山體的變形開裂。

3.2 防治措施

雖然該滑坡現狀穩定，但上部錨索框架坡體處于蠕動變形狀態，若未及時采取有效的加固措施，當再次遭遇持續降雨時，中下部殘坡積高液限土經泡水軟化后可能再次產生滑移，極易牽引后上部已加固的坡體（具潛在滑動面的）變形，危及下方路堤。 為防止坡體繼續下滑，應采取有效措施，具體包括：（1）工程防治措施。夯填裂縫和開挖臨時截水溝，完善坡面上及坡頂的排水系統，防止降雨時地表水大量滲入坡體內，進一步加劇坡體變形。 將坡體現有裂縫用防水板鋪底后采用粘土夯填，且在裂縫外側挖設臨時截水土溝，必要時采取相應的降水措施。 根據前兩次滑坡治理效果及本次勘察成果，應在坡體中部選用抗滑樁支擋及樁后填土反壓，坡頂框架錨桿（索）防護，增大抗滑力，防止邊坡再次滑動。 （2）滑坡位移監測。 在施工期間及完工后，應對滑坡位移及深部土體變形等進行監測，做到及時預警、動態設計、信息化施工，做好相應的應急措施，同時評價加固效果，確保施工期間和運營期的滑坡穩定及安全。

4 結論

本研究以福建某高速牽引式滑坡為例，介紹了滑坡的工程特征及形成機制，并計算了暴雨及正常工況下邊坡加固前后的穩定性，提出了防止該邊坡再次滑動的治理措施，得出主要結論如下：（1）該牽引式滑坡由坡腳開挖及侵蝕，外加巖土體破裂以及坡體排水不暢，導致滑動面從下到上持續貫通發展而形成；（2）通過參數反演及極限平衡分析，計算出在正常工況和暴雨工況下邊坡加固前后的穩定性，證明邊坡加固后穩定性顯著提高；（3）針對滑坡的形成機制，提出具體的工程防治措施與位移監測要求，應采取下部清方加固、中部抗滑樁支擋及樁后填土反壓，頂坡框架錨桿（索）防護的方式進行加固；在施工中及施工后，均應對滑坡位移及深部土體變形等進行監測，做到及時預警。