贵州省某高速公路滑坡变形破坏机理分析

杨志刚　何　云

(1.贵州高速公路集团有限公司　贵阳　550009；　2.贵州省交通规划勘察设计研究院股份有限公司　贵州　550081)

贵州省某高速公路滑坡变形破坏机理分析

杨志刚1何云2

(1.贵州高速公路集团有限公司贵阳550009；2.贵州省交通规划勘察设计研究院股份有限公司贵州550081)

摘要以贵州省某高速公路滑坡为研究对象，对该滑坡变形破坏机理进行分析及研究。研究结果表明，滑坡区地质构造复杂，地层岩性软弱为滑坡的变形破坏基础原因，开挖切脚及降雨是诱发该滑坡的主要因素，施工工序的不合理未能有效抑制滑坡变形，各因素综合作用下使得滑坡变形持续发展，并牵引形成二级滑坡。结合深层位移监测曲线，实现了滑坡变形破坏的过程分析。

关键词滑坡变形破坏机理深层位移监测稳定性分析

滑坡实质上是边坡坡体渐进、动态破坏的过程[1]，同时滑坡治理工程是一项复杂的系统工程[2-3]，其主要表现在：①滑坡影响因素的多样性：滑坡受到地质构造、岩土体力学性质、地应力、降雨、工程扰动、时间等因素的综合影响，滑坡体的变形破坏通常是一种极其复杂的现象；②治理措施的适用性：滑坡的治理措施有抗滑桩、挡墙、锚索、排水、清方等，各种措施针对具体的工程地质条件及处治要求具有不同的适用性；③被保护对象的重要性：针对被保护对象的重要性不同，对于滑坡处治要求也不同。滑坡的变形破坏机理分析和研究是滑坡治理工程中的核心内容，准确地认识滑坡变形破坏机理是滑坡治理工程的关键工作。

本文以某高速公路滑坡为研究对象，基于滑坡的动态渐进破坏的视角，结合滑坡的深层位移监测，对该滑坡影响因素、滑坡变形演化过程进行分析，揭示该滑坡变形破坏机理，为该滑坡治理工程奠定了基础，同时对于类似滑坡的防范和治理具有一定的借鉴作用。

1　工程概况

滑坡区地处贵州高原腹地，区内地势起伏大，地表受剥蚀、溶蚀作用强烈，为剥蚀、溶蚀型低山地貌，坡体植被较发育，多为耕地。场区地质构造复杂，有一向斜及断层通过，受构造影响，路段区岩体节理极发育，岩体极破碎。滑坡区后缘山体规模较大，场区汇水面积大，雨季水量丰沛。坡面形成数条冲沟，部分冲沟常年有水，雨季水量较大。高速公路以路堑的形式通过滑坡区，其地表相对高差约162m。滑坡区地形见图1。

图1　滑坡区地形图

通过该滑坡的路基边坡原设计为六级边坡， 第一级坡比1∶1.25，第二～六级坡比1∶1.5，边坡高度最高约53m，于边坡坡脚设置挡墙，第一级平台设置抗滑桩，2～4级平台设置钢管桩。边坡原设计断面见图2。

图2　边坡原设计图

该边坡于2013年9月开始开挖，2013年12月底开挖至第一级平台后，坡体后侧出现零星张拉裂缝。2014年2月，该边坡后侧裂缝逐级加宽延伸，形成错台，后缘裂缝已闭合成圈椅状，且该裂缝继续向后扩展。同时，第二、三级坡面局部产生鼓胀现象，第一级平台外侧路基有隆起现象。至2014年4月，一级滑坡体的周界已基本贯通，统一滑面基本形成，裂缝后缘发展距路中线260m，裂缝最大错距达1.7m。据此对原设计进行了变更设计，采用“抗滑桩+挡墙+清方+坡面防护+截排水工程”的综合滑坡治理措施，第一次变更设计断面见图3。

图3　第一次变更设计图

2014年5月至8月，随着路基开挖切脚及强降雨的共同作用下，滑坡变形破坏进一步扩展，一级滑坡变形增大。2014年11月，在一级滑坡的牵引作用下，滑坡后缘岩土体产生滑动，裂缝后缘扩展至距路中线380m处，形成二级滑坡。该滑坡区地质构成从上至下可分为4层：①坡面残积层角砾土；②崩积层块石土；③强风化砂岩夹炭质泥岩；④中风化砂岩夹炭质泥岩。滑坡区主滑面地质图见图4。

图4　主滑面地质图

2　滑坡体特征

2.1滑坡规模

2013年12月至2014年4月为一级滑坡形成阶段，一级滑坡前缘宽约260m，滑坡面积约45 000m2，最大滑面深度达35.5 m，平均厚度约18.2 m，滑坡体积约82万m3，属大型滑坡。2014年5月至8月该滑坡处于蠕动变形阶段。2014年9月至11月由于一级滑坡变形扩大，在其牵引作用下，滑坡后缘向坡体后侧发展，清方平台以上坡面发生鼓胀变形，后缘裂缝距离路中线最大为380 m，扩大了120 m，滑坡面积为60 140 m2，扩大了约15 000 m2。根据钻孔深层位移监测，此阶段滑坡体滑动面位置尚未下移、深度规模尚未扩大。此时，滑坡体积扩大至100万m3，属大型滑坡。

2.2滑坡地质结构特征

对相关勘察及监测资料进行分析，该滑坡属堆积层滑坡，滑体物质组成大体上可分为2层，上部为坡积层粉质粘土、角砾土，厚0～20m；下部为崩积层块石土，块石土原岩成分为砂岩，原岩结构保留较好，局部保留了原岩顺层结构特征。根据勘察资料及深层位移监测结果，滑坡内部发育两级滑动面，一级滑动面位于坡积层与崩积层接触面附近，最大深度为22.5m，滑动面物质主要为坡面残积层角砾土；二级滑动面位于崩积层内部，最大深度为35.5m，主要沿滑体内软弱带滑动，滑动面物质主要为崩积层块石土，结合现场钻探揭露滑动面深度处岩心具有明显的滑移镜面和擦痕等微构造。

3　滑坡变形破坏机理分析

3.1滑坡影响因素分析

滑坡的影响因素主要分为自然因素和人为因素2部分，对该滑坡的影响因素分析如下：

(1) 自然因素

①地质构造。滑坡区地质构造复杂，路段区岩体节理极发育，岩体极破碎。同时该滑坡为堆积层滑坡，崩积体保留了原岩结构特征，产状相对坡体而言整体呈顺倾的趋势。

②地层岩性。滑坡体岩土体组成主要为角砾土及崩积层块石土。土体结构松散、裂隙发育，并具有很强的透水性，受降雨下渗及地下水的作用其力学特性弱化明显；块石土原岩为砂岩、泥岩等软质岩，水岩作用后其抗剪强度指标将明显弱化。

③大气降雨。滑坡区整体为单斜地貌，后缘山体为蓄水构造，汇水面积大，场区雨季水量丰沛，地下水丰富，致使坡面排水不畅、路基渗水，坡体下部岩土体长期受到地下水的软化作用。

(2) 人为因素

①开挖切脚。线路以深路堑方式从堆积体中前部通过，对堆积体形成开挖切脚，减小了滑坡抗滑段产生的抗滑力。

②施工工序。先施工抗滑桩、后对坡体进行清方的施工工序，未能有效控制滑坡变形，同时滑坡施工过程中对下部岩体扰动大、降低了锚固段的抗力，进一步削弱了抗滑桩的抗滑能力。

3.2监测数据分析

本次滑坡治理开展了深层位移监测工作，选取主滑断面上的4个监测孔(监测孔布置位置如图4所示)进行分析，其深部位移测斜曲线见图5。

图5　主滑面监测孔深部位移测斜曲线

图5所示深部位移测斜曲线反映了二级滑坡形成后滑体的变形特征，从图中可看出，监测前期滑坡变形速率相对较大，为3.84～6.67mm/d，滑坡处于匀速变形阶段。随后滑坡变形速率减小至约0.5mm/d，滑坡处于缓慢变形阶段。深部位移测斜曲线中产生突变位置的孔深即为滑带的深度，以此为依据可对滑坡的滑动面位置进行分析。JCK01，JCK02，JCK04+1监测曲线均表示滑体为单级滑动模式，滑动面深度分别为25，18和15m；JCK03监测曲线表示滑体呈现出多级滑动模式，上、下级滑动面深度分别为12和24m。根据深部位移监测曲线得出的滑面见图4。

3.3滑坡变形破坏机理

滑坡变形总体分为2个阶段，即一级滑坡形成阶段与二级滑坡形成阶段。

(1) 一级滑坡变形破坏机理

高速公路以深路堑的形式从堆积体中前部通过，路基中线最大开挖深度约为31m，2013年9月底开始在堆积体前缘大挖方施工，2013年底已开挖至一级平台，开挖过程中堆积体卸荷松动，失去了前缘抗力，从而导致堆积体向路基方向产生变形。2014年2月施工抗滑桩过程中护壁变形强烈，开挖后对基坑采用弃渣进行回填，对土体扰动较大。2014年2至4月滑坡区降雨量大，地表水下渗软化土体，导致岩土体物理力学参数降低，且2014年3月初重新施工抗滑桩，此时支挡体系尚未形成，无法提供有效的支护抗力，坡体持续变形最终导致一级滑坡形成。

(2) 二级滑坡变形破坏机理

结合图6所示抗滑桩桩顶合成方向相对位移-时间变化曲线对二级滑坡形成机理进行分析，该曲线呈现出明显的台阶状，表明滑坡在降雨及工程扰动等作用下，位移随着时间不断增大，但在降雨消失或治理工程的作用下滑坡又趋于稳定。为了详细地研究二级滑坡形成机理，根据位移变化速率将该曲线划分为5个阶段(图中所示A、B、C、D、E)，以下分别进行分析。

图6　抗滑桩桩顶相对位移-时间变化曲线

①A阶段。 2014年5月开始按第一次变更设计方案施工，实际施工过程按先施工抗滑桩后清方的步骤进行，2014年9月在欠挖10万方情况下开挖路基，导致滑坡开始加速变形，后缘裂缝扩大，抗滑桩嵌固段岩体扰动、抗滑桩抗滑能力降低，进一步扰动锚固段土体。此阶段抗滑桩桩顶位移变化速率约为10mm/d，变形速率较大，坡体处于匀速变形阶段。

②B阶段。为抑制滑坡变形的发展，对滑坡前缘进行回填反压增加滑坡前缘抗力，同时对坡体欠挖方量进行清除以减小滑坡推力，随后滑坡变形趋于平缓，抗滑桩桩顶位移变化速率约为0.25mm/d，变形速率小，坡体处于蠕变变形阶段。

③C阶段。坡体清方施工完成后，对滑坡前缘回填反压土体进行清除，同时开挖至路基设计标高。2014年10月28日的强降雨，加之2014年11月6日至2014年11月10日的连续降雨，滑带抗剪强度持续降低致使坡体抗滑力骤降，同时滑体重度增大使得下滑力增大，此时滑坡下滑力大于抗滑力，滑坡后缘裂缝扩展并贯通。此阶段抗滑桩桩顶位移变化速率约为45.9mm/d，坡体处于加速变形阶段。

④D阶段。再次对滑坡前缘进行回填反压，同时紧急施工圆形抗滑桩对滑坡进行支挡，此时抗滑桩桩顶位移变化速率减小为6.2mm/d，坡体处于匀速变形阶段。

⑤E阶段。圆形抗滑桩及截排水措施施工完成，有效地抑制了滑坡的变形扩展，抗滑桩桩顶位移变化速率减小为0.6mm/d，坡体处于减速变形阶段并趋于稳定。

从以上对滑坡影响因素及滑坡变形破坏机理的分析表明，滑坡区地质构造复杂，滑体主要为破碎及强透水性的崩积层块石土，此为滑坡的变形破坏奠定了物质基础。开挖切脚、施工工序及降雨作用成为滑坡变形破坏的诱发因素。地质构造发育及地层软弱为此滑坡治理工程中的不可改变因素，而开挖切脚、施工工序及降雨作用等对滑坡的影响是可以采取有效措施进行避免的。

4　结论

本文以某高速公路滑坡为研究对象，结合滑坡的深层位移监测，对该滑坡影响因素、滑坡变形演化过程进行分析，得出主要结论如下。

(1) 滑坡变形破坏是一个动态、渐进性破坏的过程，该滑坡的变性破坏模式为：开挖切脚减小滑体前缘抗力，在强降雨及地下水作用下滑带抗剪强度降低，滑体中部沿软弱带滑移，滑体后缘受张拉应力形成张拉裂隙面，同时在一级滑坡的牵引作用下形成了二级滑坡。

(2) 结合深层位移监测曲线及抗滑桩桩顶相对位移-时间曲线对滑坡变形破坏机理进行分析，确定了滑面位置，同时分析了开挖切脚、降雨、施工过程等因素对滑坡变形破坏的影响。

(3) 避免大规模的坡脚开挖，采取科学合理的施工工序并结合良好的截排水措施，对于滑坡的防治工程来说是十分必要的。

参考文献

[1]张倬元，王士天，王兰生,等.工程地质分析原理[M].3版. 北京:地质出版社.2009.

[2]王恭先.滑坡防治方案的选择与优化[J].岩石力学与工程学报，2006,25(2):3867-3873.

[3]王恭先.滑坡防治中的关键技术及其处理方法[J].岩石力学与工程学报，2005,24(21):3818-3827.

收稿日期：2015-04-04

AnalysisofDeformationandFailureMechanismofa
HighwayLandslideinGuizhouProvince

Yang Zhigang1，HeYun2

(1.GuizhouExpresswayGroupLimited,Guiyang550009,China；

2.GuizhouCommunicationsPlanningSurvey&DesignInstituteCompanyLimited,Guiyang550081,China)

Abstract：Taking a highway landslide of Guizhou Province as the object of the study, the mechanism of deformation and failure of the landslide was analyzed. The results show that: the landslide area has complex geological structure and weakness stratum lithology is the material foundation for deformation and failure of landslide. Foot cutting excavation of slope and rainfall are the main factors inducing the landslide. Unreasonable construction process failed to inhibit the deformation of landslide. Various factors' combined action make landslide deformation under constant development, and induce the second landslide. The deformation and failure mechanism of the landslide are analyzed through the deep displacement monitoring curve.

Key words:landslide; mechanism of deformation and failure; deep displacement monitor; stability analysis

DOI10.3963/j.issn.1671-7570.2015.04.021