雅安境内某国道路基边坡变形分析及处治措施

李国兵,李存俐

（四川省林业和草原调查规划院，四川 成都 610081）

滑坡是山区公路边坡工程中常见的地质灾害，边坡一旦失稳，道路中断，会给工程建设和生产生活带来巨大的损失。滑坡治理涉及地质、路基、路面、交通安全工程等多个专业领域，应视为一项以安全、保通为主要约束条件，以病害永久处治为最终目标的“系统工程”[1]。本研究以雅安境内某国道滑坡为研究对象，通过现场调查并结合地勘资料，分析滑坡成因，对典型断面进行稳定性计算，并提出了合理的处治方案。

1 滑坡区概况

1.1 构造及地形地貌

研究区地处龙门山NE向构造带、鲜水河NN向构造带、川滇SE向构造带所组成的西南“Y”字形构造格局中心的东部块体西边缘，位于宝兴背斜南东翼，构造以NE向结构面为主。受区内断裂构造控制，基岩裂隙以北东向节理和NNE向与NWW向的共轭节理较发育，裂隙率每米为1～2条。区域稳定分区属次稳定区的中等稳定分区，该变形体位于雅安天全县城对面，天全河左岸，位于某国道KX+887-KX+927段，地貌总体表现出南东高北西低的特征。该变形体后缘山体海拔最高790 m，海拔最低725 m，相对高差为35～65 m，自然坡度30°～35°。地表多为旱地、植被，变形体左侧有排水沟，下方有两户人家，如图1所示。

图1 滑坡区平面示意图

1.2 地层岩性

根据区域地质资料及现场调查，该区域覆盖层主要为第四系残坡积层（Q4el+dl）的粉质黏土，碎石含量仅占15%，呈可塑状，一般厚度约5.0～8.0 m，最大厚度可达12.0 m。下伏基岩地层为白垩系夹关组（K2j），风化程度高，岩性为棕红色层状泥岩和砂质泥岩，节理裂隙发育，遇水呈土状。岩层倾角为60°～67°，倾向与坡向大角度相交，其岩体边坡的整体稳定性较好。在公路沿线可见基岩出露。

潜在滑坡体主要分布在KX+887-KX+927段坡体以外的斜坡地带，地表以粉质黏土为主，多为可塑结构，边坡下部粉质黏土为软塑结构。其中粉质黏土呈棕红色，含5%～10%碎石与角砾，表现出湿润至饱和、可塑-软塑特征。一般厚度为1.0～3.0 m，最大厚度可达8.0 m，主要分布在公路边坡的斜坡地段。滑带土主要为含角砾的粉质黏土，饱和，可塑。角砾呈棱角状，光滑面和擦痕较明显。主要分布在粉质黏土与强风化的泥岩之间，一般厚度为5～10 cm。潜在滑床为厚度变化不大的强风化泥岩。

1.3 气象水文条件

1.3.1 气象

天全河流域属四川盆地亚热带湿润气候区，气候具有冬无严寒、夏无酷热、降水丰沛、雨日多的特点。流域内降雨在年内分配不均匀，雨量集中于汛期。5—10月降雨量占年降雨量的80.4%，12—3月枯水期占年总量的9.5%。年平均气温15.1 ℃，历年极端最低气温-6.7 ℃，历年极端最高气温36 ℃。多年平均降水量为1 682.4 mm，多年平均降水日数为235.7 d，多年平均雷电日数29.4 d，平均风速1.0 m/s，最大风速为25 m/s。

1.3.2 水文

坡体地表水源主要为坡面水，主要渗水源为降雨。变形区地下水主要有第四系松散堆积层中的孔隙潜水和基岩裂隙水。①第四系松散堆积层主要由粉质黏土和全风化的碎屑土组成，其赋存条件较好，孔隙潜水丰富，主要接受降水补给。公路外侧斜缓坡地的粉质黏土含水量大，粉质黏土呈可塑状，开挖探槽后立即可见积水；②基岩裂隙水主要赋存于砂质泥岩及泥岩裂隙中，变形区砂泥岩岩体风化强烈，裂隙发育，基岩裂隙水较丰富。在变形区的下部可见泉水出露。

1.4 地震

根据《中国地震动参数区划图》（GB 18306—2015），该区域地震动峰值加速度为0.15 g，基本烈度Ⅶ，抗震设防烈度7度[2]。

2 滑坡区变形特征

变形拉裂缝分布在路基上，长42～45 m，下沉外移3.0～5.0 cm，拉裂缝宽2.0～3.0 cm，滑移高差3.0 cm。外侧挡墙及防护栏外倾3.0～5.0 cm。变形坡体在平面上呈上小下大的扁平圈椅状展布。变形坡体长约136 m，宽40～50 m，主滑方向N32°E。变形坡体面积约6 120 m2，加权平均厚度约11.2 m，变形坡体体积约6.85×104m3，为中型中层牵引式滑坡。坡体上覆粉质黏土厚2～10 m，下伏强风化泥岩，厚约5 m，以下为中风化泥岩。

3 滑坡成因机制分析

2012年8月底至9月中上旬，雅安地区出现连续降雨天气，全县普降大暴雨。受强降雨的影响，致使某国道KX+887-KX+927段外边坡坡体出现变形，导致道路中断、路基沉陷、路面开裂。因此，强暴雨是该段路基变形的主要原因。

3.1 变形体内部土体结构的差异致使地表水排泄不通畅

该段路基覆盖层主要为第四系残坡积层（Q4el+dl）的粉质黏土，一般厚度1.0～3.0 m，最大厚度达5.0～8.0 m。下伏为白垩系夹关组（K2j）强风化泥岩，该层岩石具有隔水作用，呈弱透水性，不能及时排泄地下水。增加边坡土体自重，降低弱透水层的抗剪强度，致使土层蠕滑变形。

3.2 变形坡体成因分析

（1）坡体内部岩性物质与土体结构差异性是坡体变形的内因。变形体覆盖层为第四系残坡积层（Q4el+dl）的粉质黏土，下伏泥岩具有隔水作用。

（2）持续的大暴雨天气是坡体变形的主要激发因素。

（3）变形路段外侧边坡坡度达30°，其土体内地下水排水不顺畅的情况下，渗透到土体，增加土体自重，覆盖层沿岩土接触面产生濡滑变形，致使外挡墙外移。

因此，影响该段坡体稳定的因素，既有其自身稳定性条件的内因，也有外部影响的因素。自身稳定性因素包括地形地貌、物质结构及岩土物理力学性质、软弱层特征、水文地质条件等多方地质环境；外部因素包括大气降水、地表径流、施工建设等对边坡稳定性有不利影响的因素。该路段有1条横向裂隙，见表1。

表1 裂缝特征表

4 稳定性分析

4.1 滑面确定及计算公式

经勘探钻孔取芯确认，潜在滑体内最不利的滑动面为岩土接触面。斜坡整体呈上陡下缓。潜在滑坡体主要物质组成为粉质黏土。下伏强风化基岩为泥岩。在滑体与基岩之间明显存在一层软弱带，为可塑-软塑层之间的粉质黏土（含角砾粉质黏土），由此确定的滑带及滑面：

4.1.1 根据地质调查和钻探分析，土质边坡的潜在滑动面为岩土界面，潜在滑面为折线

基本假定如下：

（1）沿横断面方向取1.0 m宽的土条作为计算的基本断面，两侧的摩阻力不计；

（2）滑坡的每一分条假定为整体滑动；

（3）滑坡推力的作用方向平行于滑动面；

（4）推力的应力分布为矩形。

4.1.2 计算条块划分原则

边坡稳定性计算条块划分主要原则是：在地面线坡角显著变化处、潜在滑面的倾角变化处。

4.1.3 计算方法

边坡潜在滑面多呈折线形，采用折线滑动法（传递系数法）计算边坡稳定性系数，土条划分如图2所示，计算公式（1）～（6）采用《岩土工程勘察规范》（GB 50021—2001）条文说明5.2.8[3]。

根据《滑坡防治工程勘察规范》（DZ/T 0218—2006）12.4.5条的相关说明，当滑坡体渗透系数小于1.0×10-7m/s时，滑体不计渗透压力。

滑坡推力按式Pi=Pi-1ψi-1+FstTi-Ri计算。

式中：Pi、Pi-1分别为第i计算条块、第i-1计算条块的剩余下滑力（kN/m），如果Pi-1＜0，则计算Pi时式中Pi-1取0；Fst为滑块剩余下滑力计算安全系数；式中其余符号意义同前。

计算剖面采用勘察成果中A-A’剖面，如图2所示。

图2 A-A’剖面

4.2 计算参数和工况

4.2.1 计算参数

边坡稳定性计算参数主要有：土体的容重（r）、土的粘聚力（c）和内摩擦角（φ）。

（1）土体容重。根据岩土性状特点，结合室内试验资料成果综合取值：取加权容重（块石容重23.5 kN/m3）。经计算KX+887-KX+927边坡天然状态为19.9 kN/m3，饱和状态为20.2 kN/m3。

（2）潜在滑动面抗剪强度指标。边坡土体目前无变形迹象，在开挖前处于稳定或基本稳定状态，潜在滑动面抗剪强度指标实验值，见表2；边坡稳定性计算参数取值，见表3。

表2 边坡推力实验参数表

表3 边坡推力计算参数取值表

根据土质边坡的工程地质特点，类比同类工程的治理经验，对本边坡治理工程岩土参数取值见表4。

表4 边坡防治工程岩土参数建议值

4.2.2 计算工况

根据场地情况，滑坡稳定性、下滑力计算选择工况Ⅰ天然状态、工况Ⅱ暴雨状态、工况Ⅲ地震工况3种方式进行计算，见表5。

表5 滑坡下滑力计算工况类型表

4.3 计算结果

根据《滑坡防治工程勘察规范》（GB/T 32864—2016）13.2.2条规定滑坡稳定状态划分，见表6[4]。

表6 滑坡稳定状态划分表

根据《建筑边坡工程技术规范》土质边坡高度H≤10 m，破坏后果为严重，边坡工程安全等级为二级，边坡稳定安全系数为1.2[5]，计算得出边坡稳定性结果，见表7。结果表明，A-A’剖面（KX+887-KX+927段边坡）在第Ⅰ、Ⅲ工况下均处于欠稳定状态，在Ⅱ工况下处于不稳定状况，安全储备极为不足。

表7 边坡稳定性计算表

4.4 滑坡推力计算结果

采用滑坡推力公式计算得出滑坡推力，计算结果见表8。

表8 滑坡推力计算结果表

5 处治方案及效果

设置抗滑桩与挡土板阻滑：在路基右边缘外侧设置9根抗滑桩，其中A型2根，B型3根，C型4根，抗滑桩平面尺寸为A型1.5 m×2.0 m，B型1.8 m ×2.5 m，C型2.0 m×3.0 m，桩间距为5 m。桩底嵌入中等风化基岩（即持力层）深度不低于桩长的1/3。人工开挖桩施工时，必须注意施工安全，边挖边做好混凝土护壁，并分段施工、分段开挖，加强施工观测，一旦出现险情，及时采取应急措施。挡土板与抗滑桩外侧对齐，位于地面线以上的挡土板应设置泄水孔，间距2～3 m，呈梅花形布置。由于水对滑坡稳定有重要影响，应在滑坡边界外侧5 m设置环状截水沟，截水沟应浆砌并嵌入坡面线内，以利美观。坡体水田应变为旱地，水池水塘应废除。同时对该路段路基边沟进行浆砌，做好沟底、沟壁的防渗处理，防止边沟水渗入坡体。滑坡处治完成后，通过多年坡体变形观测，滑坡处于稳定状态。原有变形裂缝得到了控制，也没有新增变形裂缝出现。

6 结语

（1）通过调研雅安境内某国道滑坡的基本特征，分析其成因，研究认为滑坡的失稳与滑坡体岩性、地形条件、水的作用、人类工程活动等有关。

（2）采用综合野外与室内分析的典型滑面进行稳定性计算，定量评价了滑坡在各种工况下的稳定状况，提出了以抗滑桩与挡土板阻滑相结合，截断坡面水和防止坡体水下渗的综合治理方法。