豫西某在建高速公路滑坡綜合勘察設計研究

摘 要：【目的】豫西山嶺重丘區由于地形地質復雜，高填深挖多，在建設高速公路過程中對原地形的擾動較大，易引發工程滑坡，采取何種方法準確查明滑坡特征是滑坡勘察中的難點，也制約著滑坡治理方案的確定?！痉椒ā酷槍υノ髂吃诮ǜ咚俟反笮蜕顚油临|滑坡，通過低空航拍三維實景建模、地表調查監測、地下鉆探、物探、測斜、試驗等多種勘探方法進行滑坡勘察，準確查明滑坡的范圍、剪出口、覆蓋層厚度、物質組成、后緣裂縫及滑面（帶）特征，并通過表層、深層位移監測方法進行滑面校核及穩定性監測?！窘Y果】綜合確定滑面（帶）抗剪強度參數，定量計算滑坡剩余下滑力?！窘Y論】研究成果可為滑坡治理方案設計提供參考。

關鍵詞：豫西山區高速；滑坡勘察；三維實景建模；深層位移監測；滑面（帶）特征

中圖分類號：U213.1 文獻標志碼：A 文章編號：1003-5168（2024）17-0056-05

DOI：10.19968/j.cnki.hnkj.1003-5168.2024.17.012

Research on Comprehensive Survey and Design of Landslide on

a Highway Under Construction in Western Henan

YANG Lilong ZHOU Xiangxiang WANG Yaqi GUO Yongxiang YANG Zhenhui

（Henan Zhonggong Design & Research Group Co.， Ltd.， Zhegnzhou 450052， China）

Abstract： [Purposes] Due to the complex terrain and geology， high embankments and deep excavations， the construction of the expressway in the mountainous area of western Henan Province has caused significant disturbance to the original topography， and is prone to engineering landslides. It is difficult to accurately identify landslide characteristics， which hinders the determination of landslide control solutions. [Methods] This article focuses on the investigation of a large deep-seated soil landslide on an expressway under construction in western Henan Province， using multiple exploration methods such as low-altitude aerial photogrammetry， three-dimensional real scene modeling，surface investigation and monitoring， underground drilling， geophysical exploration， inclinometer monitoring， and testing. The scope of the landslide， shear zone， thickness of the cover layer， material composition， rear crack， and sliding surface （band） characteristics were accurately determined. The sliding surface check and stability monitoring are carried out by surface and deep displacement monitoring methods. [Findings] The shear strength parameters of the sliding surface （band） were comprehensively determined and the residual sliding force of the landslide was quantitatively calculated. [Conclusions] The results can provide reference for the design of landslide control scheme.

Keywords：Western Henan mountainous expressway; landslide investigation; three-dimensional real modeling; deep displacement monitoring; sliding surface （band） characteristics

0 引言

豫西山嶺重丘區的高速公路由于其路線平縱設計指標高，且穿山越嶺，存在大量的高填深挖路段，對原自然地貌地形擾動極大，外加地形地質復雜，同時，工程開挖破壞了坡體的自然穩定狀態，而相應的支擋防護需要較長的施工周期，在連續降雨等不利工況下，易出現工程滑坡。由于滑坡性質復雜，治理難度大，如何采取針對性的支擋或卸載措施是工程中的難點，也對滑坡勘察提出了更高的要求。

在滑坡勘察中，查明滑坡的范圍、剪出口的位置、滑面（帶）特征是首要任務，也是處治方案設計關注的焦點。常用的勘察方法主要有鉆探、物探、室內試驗等，但取得的勘察成果往往缺少有效驗證，準確性也難以保證。因此，引入三維實景建模、表深層位移監測等先進手段，與滑坡的勘察成果進行相互校核的綜合性勘探［1］方法十分必要，也能大幅提高滑坡勘察的準確性，對滑坡的處治方案設計起著至關重要的作用。

河南省盧氏縣某在建高速公路互通匝道深挖路塹邊坡在完成挖方防護后，受連續降雨及前緣臨空影響，在山頂后緣出現長達200 m的貫通裂縫，并在已防護邊坡上出現斜切裂縫，且裂縫持續發展速度較快。本研究針對滑坡規模大，滑動方向確定困難，剪出口不明確等特點，采用了地質調查、三維實景建模、挖探、鉆探、物探、室內試驗、表層及深層位移監測等8種勘察監測手段，綜合查明了滑坡特征，確定了滑面（帶）抗剪強度參數，并通過定量計算剩余下滑力大小，為滑坡處治提供了及時準確的地質資料，也為同類滑坡勘察提供了參考。

1 地質概況

1.1 地形地貌

滑坡位于河南省三門峽市盧氏縣某在建高速公路，具體發育在盧氏南互通匝道AK1+600～AK1+830深挖方路塹段右側，整體屬低山地貌，滑坡處微地貌為山脊，現兩側挖方已基本完成，將山脊一分為二，南側剩余山體邊坡較小，北側為原山體最高處，山頂整體較平緩，所處斜坡整體坡向約為235°。滑坡區呈上緩下陡之勢，上部坡度為5°～10°，在后緣及中后部形成兩級平臺，多被當地居民開墾為旱地；下部坡度為15°～25°，多為林地，區域內地表沖溝較為發育，但調查期間均干涸無水。

1.2 地層巖性

該場地內經地質調查及鉆探揭露地層為新生界第四系上更新統坡殘積層粉質黏土、碎石土等，其中粉質黏土多呈可塑-硬塑狀，碎石土呈密實狀，磨圓度一般，孔隙被粗砂、粉質黏土等充填，總厚度為25.4～48.0 m；下伏新生界古近系大峪組泥質砂巖、泥巖等地層，泥質結構，層狀構造，多呈鈣質膠結、泥質膠結等，整體膠結較差，地層總厚度為225～580 m。

1.3 地質構造

滑坡區古近系地層主要出露于盧氏斷陷盆地中，發育一套陸相磨拉石建造，地層產狀多向南緩傾，巖層產狀155°～165°∠8°～12°，褶皺少見，偶見極少的小型正斷層，整體以簡單的單斜構造為特征。新構造運動主要反映在地貌方面，區內以中低山為主，山脈走向與構造線方向基本一致，地形切割較強烈，反映了區內新構造運動以緩慢間隙性整體抬升為主，未發現大的斷裂存在。區域內地震活動少而弱，地殼穩定性較好，屬無災害地震區。

1.4 水文地質

地下水類型主要有第四系松散巖層孔隙水、基巖裂隙水等。松散巖層孔隙水賦存于第四系松散堆積層中，主要接受大氣降水補給，滑坡體中松散層地下水沿斜坡順粗粒土和粉質黏土界面運移，向滑坡前緣坳溝及下伏地層排泄?；轮車逼略趶娊涤旰蟪Ｓ虚g歇性泉出現，水流隨時間逐漸減少。基巖裂隙孔隙水主要賦存于古近系地層的構造裂隙、風化裂隙及含礫粗砂巖孔隙中，主要接受降水及上覆松散層補給。

滑坡區勘察時間為冬季，雨水少，較為干旱，土壤長時間呈干燥～潮濕狀態。場地內上部多為粉質黏土覆蓋，透水性較弱，降雨時坡面表層可形成小股水流，下部土層中地下水相對豐富，滑坡前緣開挖坡面導水孔處可見間歇性小股水流，雨后常在沖溝兩側和地形較陡地段發生土體垮塌現象。

2 勘探方法及成果分析

2.1 地質調查及挖探

地質調查是滑坡勘察中最為直接有效的勘察方法，也是開展滑坡詳細勘察工作的前提。本研究重點對地形地貌、巖層露頭、地表的滑坡變形破壞行跡等地表特征進行滑坡綜合識別，同時通過簡單的人工挖探對滑坡滑面（帶）、剪出口等進行初步的揭示。另外，對滑坡區進行詳細的水文地質調繪，查明地表溝系發育特征、徑流條件，地表水、地下水與大氣降雨的關系等影響滑坡的水文地質要素，進而為下一步滑坡的勘察方案布置指明方向。通過對滑坡的地質調查及挖探，基本確定了滑坡的剪出口、后緣裂縫、滑坡范圍、滑動方向等滑坡要素。

2.2 三維實景建模

近年來，無人機傾斜攝影測量技術在工程領域的應用快速發展，該技術將無人機與定位技術、圖像融合等相結合，具有輕巧靈活、操作難度低、建模效率高、影像分辨率高且成本低廉等諸多優點，已成為工程中必不可少的輔助手段，在復雜地形環境地區具有較高的適用性［2］。而滑坡災害多具有突發性和影響嚴重等特點，往往不具備立即開展野外實地勘察工作的條件，對于滑坡災害的這種應急勘察需求，三維實景建模能夠快速宏觀地把控滑坡的整體特征，迅速開展滑坡危險性評估，并指導采取臨時性處治措施，降低滑坡的危害程度。同時，該技術可快速生成高程模型及等1∶500地形圖，用于方案處治設計及施工。

2.3 鉆探

鉆探是確定滑體土、滑面（帶）深度、物質組成和狀態及地下水特征等最直接有效的方法。鉆探要求相對較高，一般采用干鉆或無泵反循環、雙層巖芯管鉆進，同時采取代表性巖、土、水樣，進行巖土物理力學性質試驗和水質分析，以獲取巖土層物理力學參數。本次滑坡勘探全程采用無水干鉆。

本次滑坡勘察共沿主滑動方向布置3個勘探斷面，分別為1-1'、2-2'、3-3'，共完成鉆孔13孔，進尺425 m，分別為ZK01B～ZK13B，勘探布置方案如圖1所示。

2.4 地球物理勘探

地球物理勘探方法中瑞利波法可查明瑞利波速度低、含水率大的土層，地震反射波法可查明地震反射界面的巖土分界面，高密度電法可探測不同物性地質體的電性差異。本研究采用的高密度電法是利用不同類型、不同含水率巖土層的導電性差異來反映巖土層性質的一種物探方法。通過供電電極向地下巖土層輸入電流，利用地表觀測點施加的電場作用，觀測巖土層電阻率數值沿垂直和水平方向的變化特征，進行斷面測量，探測巖土層含水率、地下水分布、地質構造等?；轮谢妫◣В└浇话憔哂械叵滤患⑼翆雍蚀蟮忍攸c，與周圍巖土層電性差異明顯，在探測中能夠較好反映滑面（帶）分布起伏特征。

在滑坡勘察過程中，為了與鉆探成果相互校核，物理勘探測線一般沿鉆探勘察斷面進行布設，該滑坡也按照此原則布置3條高密度電法物探測線。

2.5 室內試驗

為了確定其物理力學指標，對鉆探中采取的土樣進行室內土工試驗是必不可少的環節。首先，應確定土樣的天然重度、比重、含水率、液塑限、顆粒組成、礦物成分等物理性質指標。其次，根據滑坡所處變形滑動階段、巖土性質、含水狀態和工程要求，選擇快剪、固結快剪、浸水飽和剪、不同含水率下抗剪強度和殘余強度等試驗項目，來確定滑面（帶）的抗剪強度參數。

2.6 位移監測

勘察階段為了精確確定滑坡體的范圍、滑動面（帶）的位置及變形情況，常采用位移監測手段。尤其是滑坡要素、滑動面（帶）及變形情況等不明確的滑坡或潛在滑坡，通過位移監測，能進一步查明校核滑動面（帶）的位置。位移監測可分為表層位移監測和深層位移監測。表層位移監測即在滑坡前緣剪出口、滑坡體、后緣裂縫兩側等滑坡關鍵部位埋設位移監測樁，采用載波相位差分技術定時測定其位移變化情況。深層位移監測一般布設在滑坡鉆探孔中，用來進一步測定滑動面深度及滑動方向等。

深層位移監測儀器采用傾角傳感器作為敏感元件，當傳感器探頭相對于地球重心方向產生傾角時，傳感器中敏感元件相對于垂直方向擺動一個角度，通過角度及深度關系換算成測點的位移值［3］。

該滑坡共布置19個表層位移監測點，13個深層位移監測孔，連續監測2個月，以確定滑坡發展趨勢，綜合勘察方法統計見表1。

3 勘探成果解譯分析

本研究利用仿真三維建模實景還原整個滑坡地貌空間邏輯關系，識別滑坡周界、滑動方向，再通過現場調繪進行驗證。根據斷面推測出滑帶位置，通過鉆探、深部位移監測驗證滑面埋深，再根據試驗及反算結果確定滑面參數，進而計算剩余下滑力對滑坡整體進行分析計算，給出設計方案，具體分析如下。

3.1 滑坡總體特征

滑坡所處斜坡具有明顯的圈椅狀地貌，平面上呈“撮箕”狀，主滑方向約為220°?；w后緣最高點高程約為750 m，前緣最低點約707 m，滑體相對高差43 m。滑坡縱向長約195 m，橫向平均寬約170 m，面積約為3.3萬m2，滑體厚為10～35 m，平均厚約22 m，總體方量約60萬m3，屬大型深層土質滑坡。

根據全面地質調查及航拍全貌，以及三維實景模型識別的室內解譯發現，滑坡周界明顯，裂縫南北向延伸，長約230 m，寬約20 cm，西南側整體下錯，下錯深度為20～30 cm，裂縫可見深度為2～3 m，呈圓直線～弧狀展布，根據探坑顯示，后緣下錯，后緣穩定土體擦痕產狀為220°∠45°，鏡面光滑；南側緣則以主線開挖邊坡坡腳位置為界，坡腳位置見滑面，擦痕、鏡面明顯。西北側緣以一條季節性沖溝為界，溝體外側原地層出露，多為含碎石粗砂、弱膠結含礫砂巖；東南側以滑坡剪出口為界，剪出口剪出跡象明顯，主要表現為滑面、擦痕方向為235°，剪出10～15 cm，滑帶下部為含碎石粗砂及弱膠結含礫砂巖等，剪出口標高為710 m。

3.2 滑動面（帶）特征

滑坡中后部一帶，為滑坡主要滑動區域，根據鉆孔揭示，滑體上部多為硬塑狀粉質黏土，滑面上下粉質黏土局部呈軟塑～可塑狀?；瑤裆顬?～32 m。土體具有明顯的擠壓搓揉現象，局部可見摩擦鏡面的巖芯。

3.3 高密度電法物探成果分析

場地內上部土層富水性較好，呈明顯低阻區，下部半膠結粉質黏土及古近系泥質砂巖、礫巖為高阻區，富水性較差，而電性差異較為明顯部位即為滑帶附近，可以看出滑帶土體含水率高且受水軟化作用明顯，滑動面（帶）與低阻區界線位置基本一致［4］。

深層位移監測在滑面深度處反映出明顯的位移量突變點，對滑動面的位置進行進一步校核發現，與鉆探揭示滑動面位置基本吻合。

另外，根據布置在后緣裂縫位置以及滑坡東南側邊緣5個地表位移監測顯示，滑坡整體向210°～220°方向持續滑移，最大累計位移已達3 cm，滑面埋深統計見表2。

綜上所述，滑坡整體處于蠕滑變形階段，受地下對土體軟化及施工擾動影響，失穩破壞可能性較大。

3.4 巖土設計參數

3.4.1 滑體土容重。鉆探揭露滑體中主要以粉質黏土、粉質黏土（含碎石、角礫）等為主，結合地區經驗，對滑體土天然狀態下容重取19.5 kN/m3，飽和狀態下容重取21.0 kN/m3。

3.4.2 滑帶土抗剪強度。

①試驗值。根據取樣試驗，滑帶土的排水反復剪取值C=10.3 kPa，Φ=6.9°，鉆孔試驗參數見表3。

②反算值。根據目前的調查及監測情況，滑坡處于蠕滑變形階段，最不利暴雨工況取穩定性系數K為0.98時，代表性斷面反算參數對比見表4。

根據表3中數據，取主滑斷面2-2′反算結果， C=10.3 kPa，Φ=6.9°，計算1-1′、3-3′斷面的穩定系數分別為0.975、0.973。

③采用值。分析可知，采用試驗值對滑坡進行穩定性驗算，其穩定系數略偏大，與實際情況有一定區別［5］。而反算值根據滑坡變形特征，宏觀判定了目前滑坡的穩定性狀況，與實際情況較為吻合［6］。因此，本研究采用反算值進行滑坡穩定性計算，見表5。

3.5 滑坡穩定性計算

根據室內試驗和反算結果，綜合采用C=10.3 kPa，Φ=6.9°對該滑坡進行穩定性驗算，對 2-2′剖面的滑體進行了最不利工況下整體的推力計算，計算成果見表6。

該滑坡規模大，前緣多溜塌繼發，覆蓋層多以粉質黏土、含（碎石、角礫）粉質黏土為主，滑坡屬大型深層土質滑坡。由表6可知，剩余下滑力較大，在K=1.15時，剩余下滑力為1 732 kN/m，滑坡整體處于蠕滑變形階段，若不做及時處治，繼續蠕滑變形將整體滑塌掩埋下方建設中的公路路基。

4 結論

本研究通過對豫西某在建高速公路滑坡的綜合勘察方法進行分析，得出以下結論。

①在滑坡勘察中，結合滑坡的特征，綜合采用多種勘探方法，揚長補短、互相驗證，克服了單一勘察手段的不確定性，準確查明了滑動面（帶）位置、強度參數等。

②低空航拍三維實景建模，改變了傳統漫山遍野勘察的調查模式，使得滑坡調繪更加宏觀、準確、高效，很大程度上節省了人力成本。

③深層位移監測等手段的運用，使滑坡勘察在宏觀把控和確定滑動面位置的準確程度等方面有了較大的改善，為滑坡處治方案設計提供了更為詳細準確的依據，也為同類型滑坡勘察方案制定提供了參考。

參考文獻：

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收稿日期：2024-01-24

作者簡介：楊力龍（1989—），男，碩士，工程師，研究方向：地質巖土勘察設計與研究。