五盂高速公路K23处滑坡成因及变形监测分析

沙晓鹏

（山西省交通规划勘察设计院，山西 太原 030012）

滑坡是一定地质结构条件下斜坡岩土体在众多因素作用下变形、破坏、运动后达到平衡的地质现象，是一个动态变化的过程。滑坡产生的原因较多，如斜坡变陡、超载、震动、地下水作用、风化作用、物理化学作用、流变作用和结构破坏等。为防止其造成灾害，通常通过安全监测来掌握其动态规律[1]。监测内容有裂缝监测、位移监测、滑动面监测、地表水监测、地下水监测、降水量监测、应力监测及宏观变形迹象监测[2]。根据滑坡的复杂程度及变形破坏的快慢，可选择若干项目进行监测，一般位移监测是首要选择的项目，并把地面监测和地下监测结合起来形成空间监测系统，全面控制滑坡的动态过程。王义锋在水电工程滑坡体布置测斜仪，提出变形曲线与蠕滑变形体形态的对应关系[3]；张华伟对白家包滑坡监测数据的分析，定量分析滑坡的运动状态[4]；赵明华对高边坡进行变形监测，揭示边坡变形现场产生的原因及发展趋势[5]；杜卫华通过分析钻孔测斜仪数据得出滑动面位置及大小和滑动方向[6]；陈开圣等人介绍了测斜仪的工作原理[7]。本文主要介绍五盂高速公路K23滑坡成因及坡体变形监测的一些心得体会。

1 工程概况

1.1 地形地貌

五盂高速公路K23+780—K23+950段地貌单元属构造侵蚀剥蚀低山区，微地貌为斜坡及冲沟。路堑范围内地形东高西低，地面高程在569～700 m之间，相对高差131 m，边坡两侧为深沟，地表植被以草丛、灌木为主。

1.2 地层岩性

根据工程地质调绘及钻探揭露，该路堑边坡地层主要由太古界龙华河群会理组（Ar3h）黑云斜长片麻岩夹绢云母片岩构成，地表覆盖为第四系全新统残坡积（Q4dl+el）粉质黏土和碎石土。

1.2.1 第四系全新统（Q4dl+el）

主要分布于边坡坡面，岩性为粉质黏土和碎石土，粉质黏土，硬塑，厚度约2～3 m，碎石成分为黑云斜长片麻岩，粒径10～100 mm，含量约70%，少量砂土及黏性土混合充填，稍湿，稍密状，厚度一般0～2 m。

1.2.2 上太古界龙华河群会理组（Ar3h）

a）黑云斜长片麻岩 灰黑色-灰绿色，全-中风化，鳞片变晶结构及粒状变晶结构，片麻状构造，主要成分为黑云母、石英及少量长石，夹绢云母片岩薄层或条带。节理发育，风化厚度大。

b）绢云母片岩 棕黄、棕色，鳞片变晶结构，片状构造，主要成分为绢云母及绿泥石。以全-强风化为主。该层分布厚度极不均匀，钻探揭示厚度0.2～12 m不等，本层为软弱夹层，为不利于边坡稳定的结构面。

1.3 水文地质条件

根据钻孔资料及地质调查分析，路堑深度范围内无地下水分布，但雨季期间，地表水会沿岩土体孔隙或裂隙下渗，对边坡的稳定性构成不利影响。

1.4 边坡设计

设计文件中根据地质钻孔情况对该段深路堑边坡采取预加固设计，该段路堑边坡高度为45.2 m，共6级边坡，第1级采用路堑挡墙，坡率为1∶0.75，第2～4级采用预应力框架锚索，坡率为1∶1.25，第4级以上采用1∶3坡率进行刷坡放缓，采用拱形骨架封闭防护。

2 滑塌过程及原因分析

2.1 滑塌过程

该边坡于2013年3月开始施工，在对第4级边坡进行锚索钻孔施工时发现塌孔卡钻现象，2013年6月连续强降雨后边坡局部发生滑塌，部分拱形骨架及框架梁断裂，2013年7月施工单位在第3级框架锚索未张拉的情况下，对1、2级边坡进行开挖，随后发生大面积滑塌。

图1 K23处滑坡远景图

2.2 原因分析

2.2.1 地质

边坡岩体中所含的软弱夹层为滑坡形成的内因，软弱夹层岩性为绢云片岩，此类岩石含有较多的绢云母，为相对隔水层，且易受风化蚀变影响，使岩石变软，抗剪强度降低，岩层产状与路堑边坡的组合关系为顺层坡，呈不利组合。

2.2.2 降雨

施工期间恰逢连续强降雨，降水增大滑体重力和下滑力，软弱夹层受水软化后强度降低，容易产生层间错动。因此，降雨是加速坡体产生滑坡的主要因素。

2.2.3 施工

施工时未按开挖一级锚固一级的施工工艺，在第3级边坡未锚固的情况下开挖第1、第2级边坡，致使滑体临空，增大坡脚应力，减少抗滑力，加速滑坡的形成。

3 监测布设

3.1 地表位移监测

滑坡位移监测点应布置在主滑动方向及其垂直面上[8]，本滑坡在坡体主滑动方向设竖向观测线3条，沿裂缝到沟底设置观测线1条，观测线上监控点共设4排24个，布设范围涵盖上下边坡，上边坡布设范围以后缘裂缝控制。

监测中坐标系统采用独立坐标系，监测等级按四等精度执行，水平位移监测点位中误差小于等于12 mm，垂直位移监测的高程中误差小于等于10 mm。水平位移与垂直位移均采用GPS观测方法。具体位置见图2。

图2 平面监测点布置图

3.2 监测结果及数据分析

从2014年5月15日开始监测，至2015年5月12日，累计监测34次。分析34次测量结果，累计最大沉降为197.0 mm，位置4号点；累计最大X向（正为向北，负为向南）位移70.6 mm，位置4号点；累计最大Y向（正为向东，负为向西）位移-510.4 mm，位置4号点。累计最大合成位移526 mm，位置4号点。对24个监测点的位移趋势分析后得出，4、5、10、11、12、16、17、18、19、20、21、22 号点（共 12 个）位移变化趋势比较明显，上述监控点均位于边坡开口线上方主裂缝范围以内坡体，沿西南方向移动（主方向为向西）。

图3 合位移变化曲线图

图4 沉降变化曲线图

4号点平面位移及沉降存在突变，赴现场勘察发现该点点位处边坡已滑塌，其余11个点合成位移量均介于30～120 mm之间，位移变形速率小于0.33 mm/d，沉降量均小于50 mm，变化趋缓。1、2、3、6、7、8、9、13、14、15、23、24 号监测点（共 12 个）无明显位移变化趋势，其中1、7、13号点位于边坡下方便道旁；2、8、14 号点位于边坡右侧整平区；3、9、15、23、24号点位于边坡左侧路堑挡墙旁平台；6号点位于边坡开口线上方主裂缝外坡体。

综上所述：路堑挡土墙、路基及下边坡均无明显位移。

3.3 深孔监测

为了探明滑坡的滑动面进行深孔位移监测，选取一条主轴断面进行深孔位移监测，监测钻孔3个，分别在钻孔ZK4、ZK5、ZK6安装测斜仪。深部位移动态监测采用钻孔测斜仪观测，工作原理：通过内置伺服加速度计原理来准确量测仪器中轴线与铅垂线之间夹角的变化值，即测取测斜管的倾斜变化值，也就是每两次测量间隔期监测斜管受力产生倾斜后的变化值。断面布设位置见图5。

图5 深孔测斜仪布设位置图

3.4 监测结果及数据分析

ZK4孔深40 m测斜仪深入35 m，由图6、图7可知，孔口累计合位移为17.72 mm，在孔深4.5 m处，累计合位移为19.42 mm，在孔深26 m处，累计合位移为17.63 mm，在孔深26 m处，累计合位移为17.63 mm，在27.5 m以下各点位移基本为0。雨季最高水位在15 m，常水位在30～31 m之间。

图6 ZK4深孔测斜位移-时间曲线图

图7 ZK4深孔测斜位移曲线图

ZK5孔深51.5 m，测斜仪深入49 m，由图8、图9可知，孔口累计位移为16.46 mm，在孔深27.5 m处，累计合位移为14.46 mm，在28 m以下各点位移基本为0。雨季与其他时段水位在41～45 m之间。

图8 ZK5深孔测斜位移-时间曲线图

图9 ZK5深孔测斜位移曲线图

ZK6孔深70 m，测斜仪深入68 m，由图10、图11可知，孔口累计位移为4.23 mm，在孔深29.5 m处，累计合位移为10.32 mm，在30 m以下各点位移基本为0。雨季最高水位在35 m，常水位在47～52 m之间。

图10 ZK6深孔测斜位移-时间曲线图

图11 ZK6深孔测斜位移曲线图

从3个测斜孔的位移变化曲线来看，变形趋势是一致的，可分为3个阶段：第一阶段基本为竖直向的直线；第二阶段基本为一条斜线；第三阶段基本为0。第二阶段的斜线段为突变段，是发生错动的滑动面位置，其下为稳定的基岩，常水位在滑动面以下。

4 结语

a）在山区路堑边坡预加固路段施工时一定要控制好施工工序及工艺，开挖边坡时应从上而下逐级开挖，每开挖一级边坡及时将其锚固，在上一级边坡锚固发生作用后再进行下一级边坡的开挖，减少临空面的范围，有效控制滑坡的产生。

b）边坡监测能很好地掌握边坡的变形发展趋势和大小，平面监测可以反映坡体变形方向和速率，深孔监测结合钻孔揭示的地层情况可准确地判定滑动面的位置，同时也可反映地下水位的变化情况，为滑坡方案的优化提供有效的依据。

c）从平面变形监测看，上边坡整体在移动，滑坡体处于蠕动挤压变形阶段，沿西南方向移动，边坡开口线附近变形较大，中部和后缘呈现后张前压的特点。

d）从深孔测斜监测看，滑坡存在特定的滑动面，介于26～30 m之间，与钻孔揭示的地质情况（绢云母片岩）相吻合。

e）根据监测的结果，建议尽快对上边坡坡体采用多排抗滑桩进行分级支挡加固方案，避免二次滑坡。