某顺层岩质滑坡处治技术与工程实例分析研究

何 云 杨益彪 徐呈祥

(贵州省交通规划勘察设计研究院股份有限公司 贵阳 550081)

贵州省地貌主要以山地及丘陵地形为主，其地质构造复杂，岩体结构多变。随着大规模基础设施建设的开展，公路建设过程中不可避免地对坡体进行深切开挖，形成诸多岩质高边坡，其中岩体中分布有软弱夹层的顺层岩质边坡稳定性问题尤为突出，在强降雨作用下极易产生滑坡，进而对公路建设及运营构成安全隐患，因此，全面有效地治理滑坡是确保公路建设与运营安全的关键。

顺层岩质滑坡长久以来一直是岩土工程界的研究热点，滑坡实质上是边坡坡体产生渐进、动态破坏的过程，同时滑坡治理工程是一项复杂的系统工程，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。滑坡影响因素具有复杂性和多样性等特点，陈祖煜[1]、张倬元[2]、王恭先[3-4]、黄润秋[5-6]等结合诸多工程实例对边坡稳定性影响因素进行了系统的总结及归纳，并对边坡变形破坏力学机制进行了详细分析。邹宗兴等[7-8]对滑坡渐进破坏力学参数变化规律进行分析研究，将顺层岩质滑坡变形破坏模式总结为前进式渐进破坏模式和后退式渐进破坏模式两大类。路为等[9]认为顺层边坡平面破坏的力学机制主要分为滑移-拉裂型和水力驱动型2种，并结合边坡稳定性系数对2类变形破坏机制失稳判据进行分析研究。

本文基于贵州省某顺层岩质滑坡治理工程实例，从滑坡的动态渐进破坏角度出发，在详细查明边坡工程地质条件的基础上，通过滑坡的深层位移监测，对该滑坡影响因素、变形破坏机制进行分析，结合滑坡稳定性分析计算，针对性地对滑坡进行治理设计。

1 工程地质条件

1.1 地形地貌

边坡区地处云贵高原向湘西丘陵过渡的斜坡地带，地貌类型属构造侵蚀—剥蚀型低山地貌，地势北高南低，原始边坡坡度为20°～45°。

1.2 地层岩性

边坡区上覆土层为残坡积层(Qel+dl)碎石土，下伏基岩为上板溪群清水江组第一段(Ptbnbq1)中厚层状变余粉砂岩。

1.3 地质构造

场区内未发现断层通过，受区域构造的影响，岩层产状局部发生变化，边坡区岩层产状为165°∠21°，岩层层面平直光滑，泥质充填，结合很差，属软弱结构面。场区构造节理裂隙发育，主要发育170°∠85°及255°∠84° 2组节理，节理间距200～400 mm，为张性节理，节理面平直光滑、泥质充填，结合很差，属软弱结构面。

1.4 边坡原状

K1356+540-K1356+690段右侧边坡长150 m，边坡高度最高达45.5 m。边坡原状为：①一级边坡坡率约1∶0.7，坡面采用框架锚索(K1356+566-K1356+615)与格构梁(K1356+615-K1356+665)进行防护，边坡中部有1条乡村碎石路通过，K1356+540-K1356+566高速公路与乡村道路边沟外均设有路堑墙；②二级边坡坡率约1∶1，坡面主要采用框架锚索进行防护，两端(K1356+555-K1356+590、K1356+680-K1356+690)采用格构梁进行防护；③三级边坡坡率约1∶1.1，坡面主要采用格构梁+独立锚索(K1356+590-K1356+640、K1356+655-K1356+685)与主动防护网(K1356+560-K1356+590)进行防护，局部区域(K1356+640-K1356+655)采用挂网锚喷进行防护；④四级边坡坡率约1∶1.2～1∶1.7，坡面采用挂网锚喷(K1356+635-K1356+680)与菱形骨架植草(K1356+600-K1356+635)进行防护；⑤坡口外设有截水沟，一、二、三级坡的K1356+640处及四级坡的K1356+655处设有急流槽将截排水沟汇水引致坡脚排出场外。

2 滑坡变形破坏特征

根据前期调访，该段边坡在施工过程中坡体已出现部分变形破坏现象，后施工单位采用独立锚索进行局部补强。2016年5-9月，受强降雨影响，该段边坡出现明显变形现象。边坡开挖坡口线范围内变形破坏特征明显，其中K1356+550-K1356+640段边坡变形破坏特征主要表现为：路基边沟变形，应急车道边缘隆起，一、二级坡面框架锚索出现变形开裂、锚座脱落、钢绞线回缩，一、二级平台局部发生下沉、开裂，三级坡面局部出现变形、开裂，坡顶截水沟错断、开裂等，四级坡面未见明显变形开裂现象。K1356+640-K1356+680段边坡变形破坏特征主要表现为：三级坡面格构梁开裂变形，四级坡面挂网锚喷坡面开裂及平台截水沟错断、急流槽开裂变形等，一、二级坡面框架锚索、格构梁及坡顶截水沟未见明显变形开裂现象。根据现场调查，原边坡坡口线外范围，除K1356+555右侧约83 m处发现1条长约6 m的小裂缝外，其余区域均未发现岩土体开裂及其他明显变形现象。

滑坡体平面形态呈“圈椅型”，滑坡左右边界分别位于K1356+680及K1356+546处，结合坡体深层位移监测及坡体裂缝分布特征，确定滑坡后缘距高速公路路中线距离为95～110 m不等，滑坡前缘自K1356+546-K1356+680分别沿高速公路应急车道处向边坡四级坡面延伸分布。该滑坡滑体体积为96 400 m3，滑动面埋深平均为8～10 m，根据JTG C20-2011 《公路工程地质勘察规范》，该滑坡属中型中层滑坡，滑坡形态规模见图1。

图1 滑坡工程地质平面图

滑坡体物质组成主要为碎石土及强风化变余粉砂岩。由于滑体及滑面空间分布的不同，滑坡Ⅰ区及II区滑坡体物质组成及滑带特征如下。

I区(K1356+546-K1356+650)，勘察揭露坡体上覆碎石土层厚0～5 m，下伏变余粉砂岩强风化层厚6～13.5 m，深层位移监测确定滑面埋深为11～13 m，滑坡体物质组成中强风化变余粉砂岩约占80%，碎石土约占20%。滑带主要位于强风化变余粉砂岩中，整体形态沿岩层层面发生平面滑动，由于强风化层岩体节理裂隙发育，岩体破碎，结构面结合很差，地下水受下部中风化基岩阻隔，易于强风化层内部富集，软化岩层层面，进而形成滑带。

II区(K1356+650-K1356+680)，勘察揭露坡体上覆碎石土层厚4～5 m，下伏变余粉砂岩强风化层厚6～13.5 m，深层位移监测确定滑面埋深为7～11 m，滑坡体物质组成中强风化变余粉砂岩约占40%，碎石土约占60%。滑带主要位于强风化变余粉砂岩中，整体形态沿岩层层面发生平面滑动，由于强风化层岩体节理裂隙发育，岩体破碎，结构面结合很差，地下水下渗后易软化岩层层面，进而形成滑带。滑面形态见图2。

图2 滑坡工程地质断面图

3 变形破坏机制分析

3.1 深层位移监测数据分析

为准确查明坡体滑面分布及坡体滑动变形随时间的变化特征，对可能产生的滑坡进行预报以便及时采取应对措施，滑坡治理对勘察中6个钻孔进行了深层侧向位移监测。根据深层位移监测位移矢量，确定滑坡主滑方向为190°(垂直于高速公路路线走向)。典型深部位移监测曲线见图3。

图3 典型监测孔深部位移监测曲线图

根据深层位移监测，坡体有向高速公路路面方向移动的趋势，监测期间坡体累积最大位移约为10.89 mm，最大位移速率为0.16 mm/d(0.058 4 m/年)，根据DZ/T 0221-2006 《崩塌、滑坡、泥石流监测规范》，坡体变形速率为极慢，处于蠕动变形状态。

3.2 滑坡稳定性影响因素分析

1) 地层岩性。滑坡体岩土体组成主要为碎石土、强风化及中风化变余粉砂岩，碎石土孔隙率大致使地表水易下渗，岩体层间夹泥岩而呈现软硬相间，岩层层面易受降雨下渗影响而软化，抗剪强度指标急剧降低。

2) 地质构造。滑坡区岩层产状为165°∠21°，岩层层面相对开挖坡面顺倾，且岩层层面倾角比开挖坡面缓，岩层层面为外倾结构面，为不稳定结构面，在降雨等因素作用下，坡体易沿岩层层面产生平面滑动。

3) 路基开挖切脚。高速公路及乡村道路对原坡体进行开挖切脚，降低了坡体前缘抗力，同时在开挖坡体应力重分布、降雨、风化等作用下坡体前缘外倾岩体产生滑移松弛，进一步降低坡体前缘抗力，促使边坡变形破坏并进一步形成滑坡。

3.3 滑坡变形机理分析

高速公路及乡村道路的建设对坡体开挖切脚，致使坡体前缘抗力减小。由于开挖形成新的临空面，使得坡体内部应力状态发生改变，坡面应力解除后处于单向应力状态，产生卸荷回弹，致使节理裂隙进一步扩展。前期边坡治理设计虽采用锚索对坡体进行加固，但施工过程中未对坡体变形破坏迹象引起重视，未采取足够的补强措施，给滑坡形成留下隐患。加之受持续降雨作用影响，地表水沿岩土体空隙、裂隙下渗，岩土体重度增加，下滑力增大，地表水下渗进一步降低岩土体结构面抗剪强度，使得滑面强度下降，抗滑力随之减小，导致边坡沿岩层层面产生顺层蠕动滑移。

4 滑坡处治

4.1 稳定性计算分析

根据JTG D30-2015 《公路路基设计规范》，取稳定系数为0.98进行反演分析确定滑动面抗剪强度指标。根据勘察与监测结果，该滑坡为沿岩层层面产生的顺层滑移，滑坡体主滑方向为190°，结合滑坡分区所处的不同的工程地质条件分别选取典型断面对暴雨工况滑坡I区及II区滑面抗剪强度参数进行反算，计算结果见表1。

表1 滑面抗剪强度参数计算结果

选取暴雨工况下取安全系数K为1.20对滑坡剩余下滑力进行计算，得到滑坡I区典型断面剩余下滑力为1 454 kN/m，滑坡II区典型断面剩余下滑力为553 kN/m，为确保高速公路及乡村道路的正常运营，需对滑坡进行加固处治。

4.2 治理措施

结合滑坡工程地质条件、变形破坏机理、稳定性分析计算，对滑坡实行分区针对性治理。对滑坡I区采用锚拉桩对坡体进行抗滑支挡，对滑坡II区采用框架锚索对坡体进行抗滑支挡；对坡体裂缝采用混凝土进行封闭，同时完善坡体截排水措施；在治理施工过程中为避免坡体产生进一步变形破坏，对高速公路边缘设置反压回填的临时加固措施，确保治理工程的施工安全。滑坡治理设计断面见图4。

图4 滑坡治理设计断面图

为掌握施工过程中滑坡的稳定性状态以确保滑坡治理施工的安全，同时检验滑坡治理效果，在滑坡治理施工及施工完成后，分别采用深层位移监测、坡面裂缝观测、坡面设置位移观测点等对滑坡进行变形监测。监测结果抗滑桩及锚索支挡结构形成后，滑坡变形趋于稳定，表明滑坡得到了良好的处治，保证了高速公路的安全运营。

5 结论

1) 边坡岩体内部泥质软弱夹层是影响边坡稳定性的关键因素，同时在开挖切脚、地质构造、大气降雨等因素综合作用下，软弱夹层软化逐步贯通形成剪切滑动面致使坡体产生顺层平面滑动。

2) 结合深层位移监测准确地查明了坡体内部滑面分布特征，通过滑坡稳定性计算分析，对滑坡进行分区针对性处治。

3) 应重视边坡工程地质条件分析研究，在前期施工过程中坡体产生变形迹象应引起足够重视，以避免发生坡体加固措施不足，最终形成滑坡现象。

[1] 陈祖煜，汪小刚．岩质边坡稳定性分析：原理 方法 程序[M].北京：中国水利水电出版社，2005.

[2] 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.

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[4] 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.

[5] 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，2007,26(3):433-454.

[6] 黄润秋.岩石高边坡发育的动力过程及其稳定性控制[J].岩石力学与工程学报，2008,27(8):1525-1544.

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[9] 路为，白冰，陈从新.岩质顺层边坡的平面滑移破坏机制分析[J].岩土力学,2011,32(增刊2)：204-207．