高边坡滑坡机理及处治措施研究

■ 湖南省地质矿产勘查开发局四○五队 彭溅清

高边坡滑坡是一个世界性的议题，具有高风险、大规模、多危害等特征。高边坡一般由基岩出露或覆盖层较浅地段进行公路、民房等建（构）筑物修建切坡形成。一般高边坡指的是高度在20m～100m之间的土质边坡，或者高度在30m～100m之间的岩质边坡，常见于河流水岸、台塬塬边、人工基坑、道路两侧[1]。该类边坡受外力因素的作用明显，容易发生崩塌、滑坡等灾害，威胁人身财产安全，必须采取有效的防护措施。本文结合工程实例，分析了高边坡的滑坡机理，总结了处理方法和质量监控方法。

1.高边坡的特征

本文以湖南省吉首市某公路边坡为例，对高边坡滑坡机理及处置措施进行分析。该边坡原始地形为陡坡，其岩性为寒武系中厚层泥质灰岩，为较硬岩，局部见泥化夹层，其岩层倾向与坡向相同，构成顺向岩质边坡，岩体节理裂隙发育主要有3组：J1：35°∠71°，为剪节理、无充填、节理密度1条/m-3条/m、延伸长度2m-15m。该组节理裂隙走向基本与坡体走向一致，并在坡体地形陡竣部位向卸荷裂隙转化，形成了高度约0.5m-5.00m不等的陡坎，并控制了上述部位坡面的稳定；J2：129°∠85°，为剪节理、发育密度2条/m-3条/m、节理长度0.5m/条-1.2m/条、无充填；J3：167°∠57°，同为剪节理，节理面平直、光滑，呈微张状态，节理密度1条/m-2条/m，延伸长度0.8m-3.0m。该边坡开挖形成两级台阶，坡脚处形成岩体临空面，另外节理裂隙发育破坏了岩体的完整性，形成了大小不等的岩块，在重力及外因下易产生顺层滑塌、崩塌，曾发生多次小规模崩滑，其滑坡体的长度约为130m、宽度约为70m，相对高差30m-70.00m不等，面积共计9100m2；滑坡厚度为2m-4m，滑坡体积共计27000m3。该边坡岩层含泥质夹层、质软，接触水体后会膨胀软化，削弱了岩体整体的抗滑力和稳定性，在强降雨等饱和工况下存在较大的崩滑风险。

2.高边坡滑坡的形成因素

2.1 地形地质条件

整个场地向西北倾斜，地形呈长条状，地形坡度35°ü 50°，为顺向岩质边坡；边坡坡脚被人工切割成台阶状，坡脚处存在高度不等的直立临空面，为滑坡的形成提供了地形条件。山体上部岩体破碎、结构松散，节理裂隙发育，利于雨水的垂向渗入，当雨水渗入较软弱的泥质结构面时，易导致坡体强度降低；岩层主要为中厚层泥质灰岩，节理裂隙发育，层面泥化严重。地形地质条件为滑坡的形成奠定了物质基础，并提供了可能滑动的相关结构面。

2.2 水文地质条件

滑体上部岩体较破碎，节理裂隙较发育，降雨极易从坡体表面孔隙及微张状态节理裂隙中渗入，部分沿坡体表面径流，部分沿基岩裂隙下渗。一方面增加了滑坡体的自重；另一方面地下水长期浸润、软化各层岩土体的接触面、结构面，使其含水量增大，改变了滑带土的物理力学性质，降低了滑带土抗剪强度。

2.3 降雨对滑坡稳定性的影响

大气降雨对滑坡的诱发作用主要体现在降雨过程中滑动体的自重增加，增大孔隙水压力，使处于极限平衡ü基本稳定的坡体产生滑动；另外，由于大气降雨下渗入地下长期渗透到滑动面（带）上，软化滑动面，降低了滑动面（带）岩土体抗剪强度，从而加剧减弱其稳定性。此外，地表水、地下水的存在，还会对岩体产生浮托力、裂隙静水压力，由于附加荷载增大，也会导致下滑力增大、抗滑力减小，增加滑坡概率。

2.4 人类工程活动

边坡下部公路修建中采用人工切坡的方法，因侧压力、摩阻力改变，降低了坡体稳定性，改变了斜坡原有的应力条件，使坡体内应力状态重新分布，边坡开挖后会形成临空面，此时坡脚应力集中，易导致边坡失稳。另外，坡脚开挖利于坡体内地下水的流通，从而使斜坡整体稳定性降低。

3.高边坡滑坡的发生机理

该高边坡滑坡的形成机制主要有两个方面，一方面是坡体自身的形态特征、物质成分与结构特征利于降雨的富集、运移并加大滑体重度、软化滑动面强度，造成滑动；另一方面是人类工程活动改变了坡体的结构稳定状态，加快了降雨的入渗，从而加剧了滑坡变形[2]。不良的地质环境条件是形成滑坡的地质基础，人类活动是边坡变形滑移的引发因素，降雨对滑坡起到诱发作用。由此可见，高边坡发生滑坡，是由多种因素共同作用引起的，如降水、岩土体性质、人类工程活动等。

4.高边坡滑坡稳定性计算

边坡稳定性，一般利用稳定性安全系数Fs表示，指的是抗滑力、下滑力之间的比值。Fs值为1，说明边坡处于滑坡的临界极限状态；Fs越大，说明边坡的稳定性越高。依据《建筑边坡工程技术规范》[3]，对于边坡稳定性的规范标准如表1所示：

表1 边坡稳定性安全系数Fs的规范标准

计算Fs数值的方法较多，一般采用极限平衡理论，以直线破裂面法为例，是将边坡破坏时的破裂面当作平面，适用于砂性土坡、透水砂/砾/碎石土、内摩擦角控制强度的填土等。如图1所示，假设高边坡的坡高为H，坡脚为β，土体容重为γ，抗剪度指标为c、φ。将AC平面作为边坡的滑动面，分析滑坡体的稳定性，结果如下：

图1 高边坡的各项参数示意图

已知滑坡体ABC重为W，滑面倾角为α，那么滑坡面AC上的下滑力T为：

滑坡面AC上的抗滑力T‘为：

由此可得，该边坡的稳定性安全系数Fs为：

5.针对高边坡滑坡的处治措施

对于该高边坡滑坡情况，采用“截排水+桩板墙+锚索锚杆+骨架防护”的综合处治措施，具体介绍如下：

5.1 截排水系统

从以上分析可知，降水是产生滑坡的重要原因之一。防治滑坡的第一步就是采取截排水方案。具体操作上，一是在滑坡的后缘部位，设置截水沟拦截坡顶的汇水；二是配合引流槽，将汇水引入沟渠，避免地表水下渗；三是在防护设施上，合理设置排水孔，保持一定的上仰倾斜角度，并控制好排水孔的间距。

5.2 桩板墙

桩板墙的结构稳定性，依赖于墙体一侧的土压力，也就是桩板墙和土体之间的相互作用。在实际工程中，主要分为无支撑、单支撑、多支撑等形式，能防止土体下滑。桩板墙的设计，应该考虑到土体的内部剪切力，适当减小墙体的弯曲应力[4]。而桩板墙发生失稳，一般分为两种形式：一是围绕墙脚一点发生转动；二是土压力或外部荷载超过墙体的承重范围，破坏点集中在墙体的最大水平弯矩处[5]。由于桩板墙的结构简单、价格低廉，因此被广泛应用。结合该边坡滑坡的特点，采用路堑挡墙，挡墙的面坡设置为1: 0.75，背坡设置为1: 0.5，墙顶宽度为1.2m，基础埋深为2.0m，使用强度等级为M7.5的浆砌片石砌筑而成。

5.3 锚杆（索）

对于无法使用桩板墙的部位，利用锚索锚杆进行支护。其中，锚索的横向、纵向间距控制在3m以内，倾角设计为30°，长度在25m-32m之间，锚固段的长度为10m。锚索是由8根高强度的钢绞线组成，单根直径为15mm，单根强度为1860MPa。框架包括横梁4道、竖肋3道，结构尺寸为60cm×60cm，利用强度等级为C30的混凝土浇筑而成。锚杆的长度为9m，是由直径为32mm的螺纹钢筋制成，抗拔力为100kN。框架的横向、纵向间距设置为3m，结构尺寸为30cm×30cm，利用强度等级为C30的混凝土浇筑而成。

5.4 骨架防护

在部分高边坡地段使用拱形骨架进行防护，框架采用浆砌片石封闭，厚度为30cm。防护施工期间，遵循“先上后下、分级开挖”的原则，开挖和支护同步进行，最大程度地保证边坡的稳定性[6]。

6.高边坡工程的监测

在高边坡工程施工期间，应建立完善的监测网络，监测内容包括变形监测、相关诱发因素监测。一是监测治理工程及滑坡的变形情况，检验治理效果；二是监测影响滑坡变形的相关因素，包括气象、水文、地下水动态等。另外质量监测工作应与施工同步进行并反复交叉，提高自身应对灾害的能力，主要流程包括：测量放线→边坡开挖→动态跟踪监测→稳定性评估→本级开挖加固→整体开挖→下级开挖监测→再次评估。在质量监控方法上，要点如下：

第一，裂缝监测。安排专人定期巡视，观察边坡防护工程的外部形态，看是否有明显的裂缝出现。一旦发现防护工程表面出现裂缝，应在裂缝处埋设专业观测仪器，分析裂缝的变化规律和破坏趋势，制定针对性的处理方案。

第二，坡面监测。针对坡面进行监测，需要在平台上设置变形观测点，利用全站仪进行观测，采用直角坐标法计算原始数据。通过分析测量数据，便能掌握坡面的外观变化情况，并绘制各个观测点的滑动示意图。利用这些数据和图形，可以作为预警信息，提示管理人员和施工人员。

第三，沉降和水平位移监测。在沉降观测上，主要是在边坡上埋设观测桩，通过前后数据的变化计算出高差，从而得出沉降量，确定是否满足沉降允许范围。在水平位移监测上，主要利用位移边桩，与沉降观测的原理和方法一致。此外，该工程在雨季施工时，由于滑坡风险大，必须增加监测频率。

7.结语

综上所述，岩土工程中的高边坡比较常见，影响高边坡稳定的因素较多，包括地质条件、雨水作用、施工行为等，多种因素的共同作用，会降低边坡岩土体的稳定性，继而引发滑坡事件。文中结合工程实例，分析了高边坡滑坡的发生机制，介绍了滑坡处治措施和施工质量监控方法，希望能为类似工程提供经验借鉴。