边坡崩塌成因及修复分析

郭冲

摘 要：文章以惠州市惠阳区环城路某路段左侧高边坡坍塌为研究对象，分析边坡崩塌的原因，并对修复方案进行分析，得出了重要结论。

关键词：边坡；崩塌；稳定性；修复

1 工程地质概况

2014年5月份，惠州市惠阳区连降大雨或暴雨，惠阳区环城路某路段左侧高边坡受水灾毁坏严重，在某处发生崩塌，已严重影响后续正常开放通车，边坡崩塌范围长50m。

（1）工程概况。惠阳区环城路某路段左侧高边坡，坡长147m，最大坡高约53m，六级坡，具体原设计情况如下：坡率自下而上分别为1：0.5、1：0.75、1：1：、1：1.25、1：1.25、1：1.25；第一级坡坡高8m，第六级坡坡高5m，其余坡级每级10m，边坡平台宽度2m，平台设截水沟；第一、二级坡采用锚杆格子梁+TBS植草防护，第三、四级采用三维网植草防护，第五、六级采用植草防护。（2）地质概况。该边坡地处微丘台地地貌，坡体植被发育，坡顶呈浑圆状，自然坡度约为15°～22°；地层岩性为第四系残坡积粘性土，基底为侏罗世花岗岩及其风化层组成。

2 边坡崩塌原因分析

通常影响边坡稳定性的因素，可分为内部因素和外部因素。内部因素包括岩土性质、地质构造、岩土结构、地应力和残余应力等，且取决于边坡自身的工程地质条件，一般随着外界条件的改变而逐渐发生变化，其变化具有缓慢性；外部因素包括工程荷载条件、开挖卸荷、临空条件、边坡开挖形态、气候条件等，其变化具有瞬时、随机性，大部分存在不可预见因素，如降雨、地震等。根据现场踏勘及收集的地质资料，K4+492.8～K4+640路段边坡受到最大的外界因素影响主要有施工期的开挖卸荷和降雨两种；内部因素主要为边坡岩土体性质。

（1）外因分析。K4+492.8～K4+640路段左侧高边坡施工期间，因开挖卸荷打破原始边坡的应力平衡，致使边坡产生一定的变形，若开挖支护合理这种变形随着边坡施工的结束将逐渐趋于稳定，通常施工结束半年内开挖变形将基本处于稳定状态。高边坡施工完工（2011年9月）至边坡崩塌（2014年5月），有近三年时间边坡处于稳定状态，此外，根据施工单位及监理单位提供的有关该边坡施工资料，说明边坡的施工质量符合设计及相关规范要求。由此，可充分说明原边坡开挖支护设计基本合理且施工质量也符合要求，边坡的崩塌不是因为边坡开挖卸荷或支护不当产生的变形破坏。俗话说“十个边坡九个水”，即水是引起边坡失稳的主要外部因素之一。降雨等形成的地表水沿岩体结构面或岩土体下渗至坡体内部，一方面增加岩土体的重度，另一方面使岩土体或结构面的抗剪强度降低，同时，渗透水也补给到地下水中，使地下水位或水压（在受压状态下）增加，也将造成岩土体的抗剪强度降低。根据近15年惠阳国家基本气象站5月雨量统计，2011年～2014年，5月降雨量分别为165.1mm、142.4mm、388.0mm、716.5mm，由此可以看出，2014年5月的降雨量是往年的2～4倍。短时间的强降雨，边坡的排水系统来不及疏导坡面、坡体水，随着雨水在坡体内的下渗及汇聚，坡体水产生较大的孔隙水压，降低岩土体抗剪强度，使得节理裂隙不断贯通，最后导致边坡岩土抗滑力不够而失稳。因此，影响该边坡失稳的主要外部因素为短时间内的强降雨。（2）内因分析。该边坡地处花岗岩区，崩塌的岩土体主要为花岗岩残积土及全风化花岗岩（基本风化成土的花岗岩，其性质接近于花岗岩残积土）。花岗岩的主要成分是石英、长石，次为云母及角闪石，石英抗风化能力强，长石、云母等抗风化能力弱，使得花岗岩残积土矿物成分以石英、长石为主，次生矿物主要为高岭石和伊利石，高岭石是长石的风化产物，结构致密，但吸水性强，遇水后易膨胀和软化，具可塑性和强压缩性；伊利石是云母在碱性介质中的风化产物，具有较强的亲水性、膨胀性及失水收缩性。因此，花岗岩残积土中通常含砂粒、粉粒较多，粘粒含量较少，一般具有孔隙比较大、裂隙发育、粘聚力小、内摩擦较大等特点，雨水容易通过孔隙或裂隙渗入，一方面使土体内部产生不均匀应力，粘粒扩散层达到最大厚度的时间短，粒间连结力很快消失，导致土体遇水易崩解，裂隙继续发育，当裂隙发育到一定程度并存在临空条件时，在重力的作用下形成不同规模的崩塌；另一方面，随着雨水的渗入，使岩土或结构面的抗剪强度降低，间接减小了边坡抗滑力，降低稳定性致使边坡失稳。

3 修复设计方案

为保证边坡稳定，防止路堑高边坡地质病害的产生，修复设计针对高边坡坍塌范围采取重新放坡挖除虚土，在坍塌范围内的原第一级边坡锚杆格子梁内铺筑C15片石砼护面墙，并对破损的格子梁进行修复；第二级边坡铺筑C15片石砼护面墙；第三级边坡增设钢花管锚杆格子梁（锚杆长18m）+C15片石砼护面墙进行加固处理，同时将原高边坡的第五级边坡平台向内移2m，原第六级边坡向内移1m；第四、五级边坡采用三维网植草护坡方案。对该坍塌范围做好防排水措施，原设计排水系统如截水沟、急流槽等漏做的或未完善的需进行完善处理。未产生滑坡的边坡排水系统需与本次修复边坡排水系统接顺，交界面处护坡、平台也需接顺，确保整个边坡排水系统顺畅。此外，花岗岩残积土边坡更容易因雨水的渗入而导致边坡失稳，对整个边坡增设泄水斜管疏导坡体水。

图1

根據地质基本情况，第一级坡基本为强～中风化花岗岩，第二～六级坡为花岗岩残坡积土以及全风化花岗岩组成，并由修复设计方案的断面建立数值分析模型，分析修复后的边坡在非正常工况Ⅰ下（即暴雨或连续降雨状态）边坡的稳定性。分析过程中，根据现状边坡安全系数Fs=1.0（滑坡临界状态），通过实测滑动面和圆弧搜索（搜索最小安全系数下的滑动面位置）来反分析岩土参数（取两种情况c、？准值平均值），分析方法采用简化Bishop法。锚杆长度L=18m时，Fs=1.05，即边坡处于稳定状态，并具备一定的安全储备。（图1）

4 结束语

（1）影响边坡稳定性致使边坡产生崩塌失稳的主要外部影响因素是短时间内的强降雨，内部影响因素是花岗岩残积土或全风化花岗岩遇水易崩解，且岩土体短时间内受强降雨的影响抗剪强度急剧降低、坡体孔隙水压急剧升高，导致边坡失稳。（2）修复设计方案基本可行，根据边坡稳定性分析，修复后边坡在非正常工况Ⅰ下（即暴雨或连续降雨状态）边坡的稳定安全系数Fs=1.05，即边坡处于稳定状态，并具备一定的安全储备。（3）加强边坡变形监测，以便及时评估开挖施工对边坡自身稳定性，提供预警信息；通过动态监测，依据实际情况进行工序和工艺的调整，以便采取更为合理、有效的支护措施，及时指导施工，优化施工方案，避免边坡工程事故发生。（4）加强边坡动态加固设计，根据施工过程中的地质情况、变形监测等对设计方案适时进行动态调整，确保边坡稳定及施工安全。

参考文献

[1]莫进丰.开挖边坡变形稳定性分析与稳定性控制研究[D].长沙：中南大学，2010.

[2]宋从军.路堑高边坡开挖变形理论及控制措施研究[D].重庆：西南交通大学，2004.

[3]曹兴松，周德培.边坡开挖影响范围和潜在滑面研究[J].岩石力学与工程学报，2004.