某滑坡形成机制及治理措施研究

查 俊，林武翀，罗志东，谭 涌

(广西壮族自治区交通规划勘察设计研究院，广西 南宁 530029)

某滑坡形成机制及治理措施研究

查 俊，林武翀，罗志东，谭 涌

(广西壮族自治区交通规划勘察设计研究院，广西 南宁 530029)

文章通过对某高速公路滑坡地质条件、滑坡特征的深入分析，得出了其边坡开挖卸荷作用、优势裂隙控稳、滑移-拉裂-剪断与牵引-主滑-抗滑“三段式机制”及强降雨诱发四种滑坡形成机制，并提出了相应的滑坡治理措施，以期对同类滑坡的勘察、设计提供参考。

滑坡；软硬相间；开挖卸载；优势裂隙；三段式机制；强降雨诱发；治理措施

0 引言

近年来，受极端天气影响，广西区内滑坡、坍塌等自然灾害频发，造成了巨大的社会财产损失。资料表明[1]，1998至2005年，广西共发生突发性地质灾害3 078处，其中滑坡、崩塌共2 812处，泥石流37处，地面塌陷105处，直接经济损失平均每年高达6 000万元。所以明晰滑坡的形成机制及针对性的治理措施具有深远的意义。本文以桂柳高速某滑坡为例，详细介绍了该滑坡的工程地质条件及滑坡形成机制，提出了针对性的治理措施，以期对同类滑坡的勘察、设计提供参考。

1 滑坡地质概况

1.1 地形地貌和水文气象

滑坡区属低山丘陵地貌，山顶标高274 m，山脚174 m，最大相对高差约100 m。桂柳高速从两山垭口横穿而过，滑坡位于路东侧山体，坡高约75 m，台阶状，8级放坡，每级高8～13 m，坡率1∶1～1∶1.25，5级平台以上为古滑坡，坡面有护面墙、砂浆抹面等防护，坡顶未设置截排水沟，如图1所示。

滑坡区属亚热带季风气候，年平均降雨量达1 500 mm，雨季一般4～9月，这期间降水量占全年降水量的70%以上。

1.2 地层岩性

滑坡区内地层杂乱，主要有：

(1)第四系覆盖层(Qel+dl)：含角砾粘土，褐黄色，硬塑状为主，层厚一般为2.5～5.0m。

(2)石炭系下统大塘阶中段(C1d2)：主要分布于第5级平台以上，岩性主要为泥岩夹硅质页岩、炭质页岩夹炭质砂岩，呈互层状或夹层状产出，主要有全～强风化层。

(3)大塘阶下段(C1d1)：在小桩号端有露头，灰岩，分中风化层，层厚约4.3～5.0m。

(4)岩关阶(C1y)：分布于1～4级坡，炭质页岩夹炭质灰岩、炭质泥灰岩，呈互层状或夹层状产出。全、强风化层有炭质页岩夹炭质灰岩，厚约2.8～10.3m；中风化层有炭质泥灰岩夹炭质灰岩，层厚较大。

(5)泥盆系上统榴江组(D3l)：在小桩号侧有露头，灰岩，坚硬。

(6)断层角砾岩：分布第5级坡及平台处，小桩号端亦有露头，灰白、灰绿色，受断层挤压破碎成角砾状，后在构造应力的作用下胶结，胶结较好，厚度较大。

图1 滑坡工程地质平面图

1.3 地质构造

滑坡区构造较为复杂，属广西山字型构造前弧东翼，区内褶皱、断裂较发育，造成滑坡内节理裂隙、层面及断层发育。

2 滑坡体特征及滑坡机制分析

2.1 滑体形态特征

Ⅰ区滑坡：平面呈半圆形，滑动方向约NW280°，长约80m，宽45m，滑体由断层破碎带、全～强风化泥岩夹硅质页岩组成，厚2.0～4.5m，沿风化界线滑动，体积约5 000～8 000m3，属小型岩土混合滑坡。Ⅱ区滑坡：平面呈圈椅状，滑动方向约NW285°，长约70m，宽40m，滑体由残坡积土层、全风化层组成，厚3.0～6.0m，多沿岩土界线滑动，体积约4 000～6 500m3，属小型土质滑坡。

2.2 滑体地层及裂隙特征

(1)滑体地层多，且软弱岩层薄，层厚不稳定，产出关系乱，互层、夹层多，造成了其层面裂隙非常发育；场区地质构造复杂，造成坡体节理裂隙、层面及断层面发育；这些结构面易相互切割组合成松散滑体。

(2)滑体存在上部软岩下部硬岩、软岩中夹稍硬岩及硬岩中夹软弱岩的软硬相间结构，由于软硬岩在物质组成上存在着较大差别，在内外应力(正应力、温度应力等)作用下，两者的反应差异较大，并在软硬接触面形成明显的不连续面。这些不连续面的存在，使地表、地下水易沿裂隙面进入，并加速裂隙发展。

2.3 滑坡形成机制分析

通过以上对滑坡地质条件、形态特征、地层及裂隙特征的分析可知，该滑坡形成主要有以下几种作用机制。

(1)边坡开挖卸荷作用[2-5]：卸荷力学效应等效于在初始应力作用下的岩体中施加1个反向拉应力即卸荷应力Δσ(见下页图2)，该应力大小在0～(σ0+Rt)之间，σ0为初始应力，Rt为岩体的抗拉强度。而开挖边坡就是一个卸荷的过程，故在该应力作用下，坡面应力重新调整形成不同的应力分布区(见下页图3)，而临空的坡顶和坡面开始出现拉裂隙及横向裂隙(见下页图4)，裂隙的发生、扩展、贯通和与该边坡特有的多层面裂隙组合，将导致边坡岩土体网格化、松散化，边坡整体强度下降，在降雨等诱因下，当岩土体强度下降抗滑力小于下滑力时，即形成滑坡。

图2 卸荷场效应示意图

图3 边坡应力场分布示意图

图4 边坡卸荷裂隙示意图

(2)优势裂隙控稳机制：岩土体中存在着大量的节理裂隙，它包括原生裂隙和次生裂隙，而且它们都需要经历萌生、发展、贯通(有的也有受到填充阻塞)的过程，但它们规模、大小、空间形态等不相同，不是每一个裂隙都会贯通成破裂面。研究表明，控制边坡稳定的是一系列优势软弱面[6-7]，它是裂隙生成时间，空间形态、发育规模、受力状态及与外界的水力联系具有明显优势的结构面组，该结构面组的贯通最终导致了边坡的破坏，它可以通过优势指标、空间组合分析、层次分析等方法得出。如图5所示，Ⅰ区滑坡坡面与岩层倾向呈同侧小角度相交，属不稳定组合，再加上断层的反向切割，形成了优势滑离体。寻找到滑离体，在滑坡治理设计时，可针对性地对分离体进行锚固，可达到良好的治理效果。

图5 Ⅰ区滑坡优势滑离体的空间组合与实际剖面对比图

(3)滑移-拉裂-剪断[8]与牵引-主滑-抗滑“三段式机制”：Ⅰ区滑坡底部、中部为相对脆性的强风化岩层，上部多为覆盖层，软硬相间，其破坏模式属滑移-拉裂-剪断“三段式”机制，其边坡变形破坏分3段发育(见图6)，下部岩体沿倾坡外的软弱结构面蠕滑、后缘因卸荷和降雨进入产生拉裂，中部为一般为锁固段，维持边坡稳定，在下滑上推持续作用下，锁固段最终被剪断，形成滑坡破坏。Ⅱ区滑坡体多为覆盖层和软弱岩体，其破坏模式属牵引-主滑-抗滑“三段式”机制(见图7)，一般由上部坡体出现拉裂，随着雨水进入，拉裂隙向深部扩展，抗滑力受雨水润滑而下降，最终在重力作用下产生滑动，滑动到坡脚后又成为抗滑体，阻止中部滑体的继续滑动，维持一定时间的稳定，然后又按这种机制重新牵引-主滑-抗滑循环。

图6 滑移-拉裂-剪断机制示意图

图7 牵引-主滑-抗滑机制示意图

(4)强降雨诱发机制[9-11]：①强降雨时大量地表水渗入岩土体使其重量增加，增大了滑体的下滑力，渗入的水使岩土体软化，其抗剪强度降低；②降雨期间或降雨之后斜坡岩土体内孔隙水压力的升高使潜在滑动面上的有效应力及其抗剪强度都降低；③干湿交替导致岩土体开裂，产生裂隙，使更多的水进入岩土体，加速滑坡的产生；④降雨使地下水位升高，升高的地下水对岩土体产生浮托力；⑤降雨具有润滑作用；⑥降雨产生一定的冷缩效应，将在软硬接触面产生不连续面。

3 建议处置措施[12]

(1)卸载、放坡：对已滑动区域及坡体顶部进行挖方卸载，以减小已滑动区域的下滑力；对Ⅱ区边坡整体放缓，并在坡脚设置小型挡土墙。

(2)排水：做好地表水的疏排工作，最大量地减少地表水进入坡体，具体建议措施有：①在滑坡体顶及周围增设截水沟及排水沟，坡面设急流槽，使地表径流能排出于滑坡体范围外；②在滑坡带前缘作支撑盲沟疏排滞留在滑动带中的地下水；③增设深层渗水孔排除有可能渗入坡体的深层地下水。

(3)坡体加固及坡面封闭防护：滑坡体下部下滑力较大，在第1～6级坡采用格梁+锚杆(索)对坡体进行加固，锚杆(索)应穿过滑动面进入到稳定岩层。格梁间采用网喷支护，第7～8级及以上采用拱形骨架植草进行坡面防护。

4 结语

(1)滑体地质条件复杂，地层多且软弱岩层薄，互层、夹层多，层面裂隙非常发育；地质构造复杂，坡体节理裂隙、层面及断层面发育；结构面相互切割易组合成松散滑体。

(2)滑坡体软硬相间结构导致软硬岩接触面产生裂隙。

(3)该滑坡由开挖卸荷作用、优势裂隙控稳、滑移-拉裂-剪断与牵引-主滑-抗滑“三段式机制”及强降雨诱发机制形成。

(4)针对性措施有：卸载、放坡、排水，加设挡墙，坡体采用格梁+锚杆(索)进行防护，坡面采取网喷支护和骨架植草等方式进行防护。

[1]刘 凯，王选仓，等.广西公路地质灾害特征及三级地貌区划研究[J].中国地质灾害与防治学报，2009(3)：74-79.

[2]孙志云，黄润秋.谷坡岩体卸荷带划分量化指标研究[J].岩石力学与工程学报，2012(9)：3942-3949.

[3]雷 涛，周科平，等.卸荷岩体力学参数劣化规律的细观损伤分析[J].中南大学学报(自然科学版)，2013(1)：275-281.

[4]赵小彦，胡厚田，等.类土质边坡开挖的卸荷作用及卸荷带宽度的确定[J].岩石力学与工程学报，2005(2)：708-712.

[5]黄润秋，王士天，等.中国西南地壳浅表层动力学过程及其工程环境效应研究[M].成都.四川大学出版社，2001.

[6]蒋建平，章扬松.优势结构面理论在岩土工程中的应用[J].水利学报，2001(8)：90-96.

[7]罗国煜.地下工程研究的基本地学观点和原理[J].岩石力学与工程学报，2004(1)：124-128.

[8]黄润秋.20世纪以来中国的大型滑坡及其发生机制[J].岩石力学与工程学报，2007(3)：442-454.

[9]张玉成，杨光华.滑坡的发生与降雨关系的研究[J].灾害学，2007(3)：82-85.

[10]张 明，胡瑞林，等.降雨型滑坡研究的发展现状与展望[J].工程勘察，2009(3)：11.

[11]陈国华.滑坡稳定性评价方法对比研究[D].武汉：中国地质大学，2006.

[12]广西壮族自治区交通规划勘察设计研究院.桂柳路某滑坡工程地质勘察报告[R].2014.

Study on Generation Mechanism and Treatment Measures of A Landslide

ZHA Jun，LIN Wu-chong，LUO Zhi-dong，TAN Yong

(Guangxi Communications Planning Surveying and Designing Institute，Nanning，Guangxi，530029)

Through in-depth analysis of geological conditions and landslide characteristics of an expressway landslide，this article obtained four kinds of landslides formation mechanism，i.e.its slope excavation unloa-ding role，advantage crack stability control，sliding-rip-cut and pull-main slide-anti slide“Three-stage mechanism”as well as heavy rainfall induction，and proposed the corresponding landslide treatment measures，ai-ming to provide a reference for the survey and design of similar landslides.

Landslide；Hard and soft alternation；Excavation unloading；Advantage crack；Three-stage mechanism；Heavy rainfall induction；Treatment measures

U416.1+

A

10.13282/j.cnki.wccst.2015.04.008

1673-4874(2015)04-0028-04

2015-03-05

查 俊，硕士，主要从事岩土工程勘察设计工作。