豫西某在建高速公路滑坡综合勘察设计研究

摘 要：【目的】豫西山岭重丘区由于地形地质复杂，高填深挖多，在建设高速公路过程中对原地形的扰动较大，易引发工程滑坡，采取何种方法准确查明滑坡特征是滑坡勘察中的难点，也制约着滑坡治理方案的确定。【方法】针对豫西某在建高速公路大型深层土质滑坡，通过低空航拍三维实景建模、地表调查监测、地下钻探、物探、测斜、试验等多种勘探方法进行滑坡勘察，准确查明滑坡的范围、剪出口、覆盖层厚度、物质组成、后缘裂缝及滑面（带）特征，并通过表层、深层位移监测方法进行滑面校核及稳定性监测。【结果】综合确定滑面（带）抗剪强度参数，定量计算滑坡剩余下滑力。【结论】研究成果可为滑坡治理方案设计提供参考。

关键词：豫西山区高速；滑坡勘察；三维实景建模；深层位移监测；滑面（带）特征

中图分类号：U213.1 文献标志码：A 文章编号：1003-5168（2024）17-0056-05

DOI：10.19968/j.cnki.hnkj.1003-5168.2024.17.012

Research on Comprehensive Survey and Design of Landslide on

a Highway Under Construction in Western Henan

YANG Lilong ZHOU Xiangxiang WANG Yaqi GUO Yongxiang YANG Zhenhui

（Henan Zhonggong Design & Research Group Co.， Ltd.， Zhegnzhou 450052， China）

Abstract： [Purposes] Due to the complex terrain and geology， high embankments and deep excavations， the construction of the expressway in the mountainous area of western Henan Province has caused significant disturbance to the original topography， and is prone to engineering landslides. It is difficult to accurately identify landslide characteristics， which hinders the determination of landslide control solutions. [Methods] This article focuses on the investigation of a large deep-seated soil landslide on an expressway under construction in western Henan Province， using multiple exploration methods such as low-altitude aerial photogrammetry， three-dimensional real scene modeling，surface investigation and monitoring， underground drilling， geophysical exploration， inclinometer monitoring， and testing. The scope of the landslide， shear zone， thickness of the cover layer， material composition， rear crack， and sliding surface （band） characteristics were accurately determined. The sliding surface check and stability monitoring are carried out by surface and deep displacement monitoring methods. [Findings] The shear strength parameters of the sliding surface （band） were comprehensively determined and the residual sliding force of the landslide was quantitatively calculated. [Conclusions] The results can provide reference for the design of landslide control scheme.

Keywords：Western Henan mountainous expressway; landslide investigation; three-dimensional real modeling; deep displacement monitoring; sliding surface （band） characteristics

0 引言

豫西山岭重丘区的高速公路由于其路线平纵设计指标高，且穿山越岭，存在大量的高填深挖路段，对原自然地貌地形扰动极大，外加地形地质复杂，同时，工程开挖破坏了坡体的自然稳定状态，而相应的支挡防护需要较长的施工周期，在连续降雨等不利工况下，易出现工程滑坡。由于滑坡性质复杂，治理难度大，如何采取针对性的支挡或卸载措施是工程中的难点，也对滑坡勘察提出了更高的要求。

在滑坡勘察中，查明滑坡的范围、剪出口的位置、滑面（带）特征是首要任务，也是处治方案设计关注的焦点。常用的勘察方法主要有钻探、物探、室内试验等，但取得的勘察成果往往缺少有效验证，准确性也难以保证。因此，引入三维实景建模、表深层位移监测等先进手段，与滑坡的勘察成果进行相互校核的综合性勘探［1］方法十分必要，也能大幅提高滑坡勘察的准确性，对滑坡的处治方案设计起着至关重要的作用。

河南省卢氏县某在建高速公路互通匝道深挖路堑边坡在完成挖方防护后，受连续降雨及前缘临空影响，在山顶后缘出现长达200 m的贯通裂缝，并在已防护边坡上出现斜切裂缝，且裂缝持续发展速度较快。本研究针对滑坡规模大，滑动方向确定困难，剪出口不明确等特点，采用了地质调查、三维实景建模、挖探、钻探、物探、室内试验、表层及深层位移监测等8种勘察监测手段，综合查明了滑坡特征，确定了滑面（带）抗剪强度参数，并通过定量计算剩余下滑力大小，为滑坡处治提供了及时准确的地质资料，也为同类滑坡勘察提供了参考。

1 地质概况

1.1 地形地貌

滑坡位于河南省三门峡市卢氏县某在建高速公路，具体发育在卢氏南互通匝道AK1+600～AK1+830深挖方路堑段右侧，整体属低山地貌，滑坡处微地貌为山脊，现两侧挖方已基本完成，将山脊一分为二，南侧剩余山体边坡较小，北侧为原山体最高处，山顶整体较平缓，所处斜坡整体坡向约为235°。滑坡区呈上缓下陡之势，上部坡度为5°～10°，在后缘及中后部形成两级平台，多被当地居民开垦为旱地；下部坡度为15°～25°，多为林地，区域内地表冲沟较为发育，但调查期间均干涸无水。

1.2 地层岩性

该场地内经地质调查及钻探揭露地层为新生界第四系上更新统坡残积层粉质黏土、碎石土等，其中粉质黏土多呈可塑-硬塑状，碎石土呈密实状，磨圆度一般，孔隙被粗砂、粉质黏土等充填，总厚度为25.4～48.0 m；下伏新生界古近系大峪组泥质砂岩、泥岩等地层，泥质结构，层状构造，多呈钙质胶结、泥质胶结等，整体胶结较差，地层总厚度为225～580 m。

1.3 地质构造

滑坡区古近系地层主要出露于卢氏断陷盆地中，发育一套陆相磨拉石建造，地层产状多向南缓倾，岩层产状155°～165°∠8°～12°，褶皱少见，偶见极少的小型正断层，整体以简单的单斜构造为特征。新构造运动主要反映在地貌方面，区内以中低山为主，山脉走向与构造线方向基本一致，地形切割较强烈，反映了区内新构造运动以缓慢间隙性整体抬升为主，未发现大的断裂存在。区域内地震活动少而弱，地壳稳定性较好，属无灾害地震区。

1.4 水文地质

地下水类型主要有第四系松散岩层孔隙水、基岩裂隙水等。松散岩层孔隙水赋存于第四系松散堆积层中，主要接受大气降水补给，滑坡体中松散层地下水沿斜坡顺粗粒土和粉质黏土界面运移，向滑坡前缘坳沟及下伏地层排泄。滑坡周围斜坡在强降雨后常有间歇性泉出现，水流随时间逐渐减少。基岩裂隙孔隙水主要赋存于古近系地层的构造裂隙、风化裂隙及含砾粗砂岩孔隙中，主要接受降水及上覆松散层补给。

滑坡区勘察时间为冬季，雨水少，较为干旱，土壤长时间呈干燥～潮湿状态。场地内上部多为粉质黏土覆盖，透水性较弱，降雨时坡面表层可形成小股水流，下部土层中地下水相对丰富，滑坡前缘开挖坡面导水孔处可见间歇性小股水流，雨后常在冲沟两侧和地形较陡地段发生土体垮塌现象。

2 勘探方法及成果分析

2.1 地质调查及挖探

地质调查是滑坡勘察中最为直接有效的勘察方法，也是开展滑坡详细勘察工作的前提。本研究重点对地形地貌、岩层露头、地表的滑坡变形破坏行迹等地表特征进行滑坡综合识别，同时通过简单的人工挖探对滑坡滑面（带）、剪出口等进行初步的揭示。另外，对滑坡区进行详细的水文地质调绘，查明地表沟系发育特征、径流条件，地表水、地下水与大气降雨的关系等影响滑坡的水文地质要素，进而为下一步滑坡的勘察方案布置指明方向。通过对滑坡的地质调查及挖探，基本确定了滑坡的剪出口、后缘裂缝、滑坡范围、滑动方向等滑坡要素。

2.2 三维实景建模

近年来，无人机倾斜摄影测量技术在工程领域的应用快速发展，该技术将无人机与定位技术、图像融合等相结合，具有轻巧灵活、操作难度低、建模效率高、影像分辨率高且成本低廉等诸多优点，已成为工程中必不可少的辅助手段，在复杂地形环境地区具有较高的适用性［2］。而滑坡灾害多具有突发性和影响严重等特点，往往不具备立即开展野外实地勘察工作的条件，对于滑坡灾害的这种应急勘察需求，三维实景建模能够快速宏观地把控滑坡的整体特征，迅速开展滑坡危险性评估，并指导采取临时性处治措施，降低滑坡的危害程度。同时，该技术可快速生成高程模型及等1∶500地形图，用于方案处治设计及施工。

2.3 钻探

钻探是确定滑体土、滑面（带）深度、物质组成和状态及地下水特征等最直接有效的方法。钻探要求相对较高，一般采用干钻或无泵反循环、双层岩芯管钻进，同时采取代表性岩、土、水样，进行岩土物理力学性质试验和水质分析，以获取岩土层物理力学参数。本次滑坡勘探全程采用无水干钻。

本次滑坡勘察共沿主滑动方向布置3个勘探断面，分别为1-1'、2-2'、3-3'，共完成钻孔13孔，进尺425 m，分别为ZK01B～ZK13B，勘探布置方案如图1所示。

2.4 地球物理勘探

地球物理勘探方法中瑞利波法可查明瑞利波速度低、含水率大的土层，地震反射波法可查明地震反射界面的岩土分界面，高密度电法可探测不同物性地质体的电性差异。本研究采用的高密度电法是利用不同类型、不同含水率岩土层的导电性差异来反映岩土层性质的一种物探方法。通过供电电极向地下岩土层输入电流，利用地表观测点施加的电场作用，观测岩土层电阻率数值沿垂直和水平方向的变化特征，进行断面测量，探测岩土层含水率、地下水分布、地质构造等。滑坡中滑面（带）附近一般具有地下水富集、土层含水率大等特点，与周围岩土层电性差异明显，在探测中能够较好反映滑面（带）分布起伏特征。

在滑坡勘察过程中，为了与钻探成果相互校核，物理勘探测线一般沿钻探勘察断面进行布设，该滑坡也按照此原则布置3条高密度电法物探测线。

2.5 室内试验

为了确定其物理力学指标，对钻探中采取的土样进行室内土工试验是必不可少的环节。首先，应确定土样的天然重度、比重、含水率、液塑限、颗粒组成、矿物成分等物理性质指标。其次，根据滑坡所处变形滑动阶段、岩土性质、含水状态和工程要求，选择快剪、固结快剪、浸水饱和剪、不同含水率下抗剪强度和残余强度等试验项目，来确定滑面（带）的抗剪强度参数。

2.6 位移监测

勘察阶段为了精确确定滑坡体的范围、滑动面（带）的位置及变形情况，常采用位移监测手段。尤其是滑坡要素、滑动面（带）及变形情况等不明确的滑坡或潜在滑坡，通过位移监测，能进一步查明校核滑动面（带）的位置。位移监测可分为表层位移监测和深层位移监测。表层位移监测即在滑坡前缘剪出口、滑坡体、后缘裂缝两侧等滑坡关键部位埋设位移监测桩，采用载波相位差分技术定时测定其位移变化情况。深层位移监测一般布设在滑坡钻探孔中，用来进一步测定滑动面深度及滑动方向等。

深层位移监测仪器采用倾角传感器作为敏感元件，当传感器探头相对于地球重心方向产生倾角时，传感器中敏感元件相对于垂直方向摆动一个角度，通过角度及深度关系换算成测点的位移值［3］。

该滑坡共布置19个表层位移监测点，13个深层位移监测孔，连续监测2个月，以确定滑坡发展趋势，综合勘察方法统计见表1。

3 勘探成果解译分析

本研究利用仿真三维建模实景还原整个滑坡地貌空间逻辑关系，识别滑坡周界、滑动方向，再通过现场调绘进行验证。根据断面推测出滑带位置，通过钻探、深部位移监测验证滑面埋深，再根据试验及反算结果确定滑面参数，进而计算剩余下滑力对滑坡整体进行分析计算，给出设计方案，具体分析如下。

3.1 滑坡总体特征

滑坡所处斜坡具有明显的圈椅状地貌，平面上呈“撮箕”状，主滑方向约为220°。滑体后缘最高点高程约为750 m，前缘最低点约707 m，滑体相对高差43 m。滑坡纵向长约195 m，横向平均宽约170 m，面积约为3.3万m2，滑体厚为10～35 m，平均厚约22 m，总体方量约60万m3，属大型深层土质滑坡。

根据全面地质调查及航拍全貌，以及三维实景模型识别的室内解译发现，滑坡周界明显，裂缝南北向延伸，长约230 m，宽约20 cm，西南侧整体下错，下错深度为20～30 cm，裂缝可见深度为2～3 m，呈圆直线～弧状展布，根据探坑显示，后缘下错，后缘稳定土体擦痕产状为220°∠45°，镜面光滑；南侧缘则以主线开挖边坡坡脚位置为界，坡脚位置见滑面，擦痕、镜面明显。西北侧缘以一条季节性冲沟为界，沟体外侧原地层出露，多为含碎石粗砂、弱胶结含砾砂岩；东南侧以滑坡剪出口为界，剪出口剪出迹象明显，主要表现为滑面、擦痕方向为235°，剪出10～15 cm，滑带下部为含碎石粗砂及弱胶结含砾砂岩等，剪出口标高为710 m。

3.2 滑动面（带）特征

滑坡中后部一带，为滑坡主要滑动区域，根据钻孔揭示，滑体上部多为硬塑状粉质黏土，滑面上下粉质黏土局部呈软塑～可塑状。滑带埋深为5～32 m。土体具有明显的挤压搓揉现象，局部可见摩擦镜面的岩芯。

3.3 高密度电法物探成果分析

场地内上部土层富水性较好，呈明显低阻区，下部半胶结粉质黏土及古近系泥质砂岩、砾岩为高阻区，富水性较差，而电性差异较为明显部位即为滑带附近，可以看出滑带土体含水率高且受水软化作用明显，滑动面（带）与低阻区界线位置基本一致［4］。

深层位移监测在滑面深度处反映出明显的位移量突变点，对滑动面的位置进行进一步校核发现，与钻探揭示滑动面位置基本吻合。

另外，根据布置在后缘裂缝位置以及滑坡东南侧边缘5个地表位移监测显示，滑坡整体向210°～220°方向持续滑移，最大累计位移已达3 cm，滑面埋深统计见表2。

综上所述，滑坡整体处于蠕滑变形阶段，受地下对土体软化及施工扰动影响，失稳破坏可能性较大。

3.4 岩土设计参数

3.4.1 滑体土容重。钻探揭露滑体中主要以粉质黏土、粉质黏土（含碎石、角砾）等为主，结合地区经验，对滑体土天然状态下容重取19.5 kN/m3，饱和状态下容重取21.0 kN/m3。

3.4.2 滑带土抗剪强度。

①试验值。根据取样试验，滑带土的排水反复剪取值C=10.3 kPa，Φ=6.9°，钻孔试验参数见表3。

②反算值。根据目前的调查及监测情况，滑坡处于蠕滑变形阶段，最不利暴雨工况取稳定性系数K为0.98时，代表性断面反算参数对比见表4。

根据表3中数据，取主滑断面2-2′反算结果， C=10.3 kPa，Φ=6.9°，计算1-1′、3-3′断面的稳定系数分别为0.975、0.973。

③采用值。分析可知，采用试验值对滑坡进行稳定性验算，其稳定系数略偏大，与实际情况有一定区别［5］。而反算值根据滑坡变形特征，宏观判定了目前滑坡的稳定性状况，与实际情况较为吻合［6］。因此，本研究采用反算值进行滑坡稳定性计算，见表5。

3.5 滑坡稳定性计算

根据室内试验和反算结果，综合采用C=10.3 kPa，Φ=6.9°对该滑坡进行稳定性验算，对 2-2′剖面的滑体进行了最不利工况下整体的推力计算，计算成果见表6。

该滑坡规模大，前缘多溜塌继发，覆盖层多以粉质黏土、含（碎石、角砾）粉质黏土为主，滑坡属大型深层土质滑坡。由表6可知，剩余下滑力较大，在K=1.15时，剩余下滑力为1 732 kN/m，滑坡整体处于蠕滑变形阶段，若不做及时处治，继续蠕滑变形将整体滑塌掩埋下方建设中的公路路基。

4 结论

本研究通过对豫西某在建高速公路滑坡的综合勘察方法进行分析，得出以下结论。

①在滑坡勘察中，结合滑坡的特征，综合采用多种勘探方法，扬长补短、互相验证，克服了单一勘察手段的不确定性，准确查明了滑动面（带）位置、强度参数等。

②低空航拍三维实景建模，改变了传统漫山遍野勘察的调查模式，使得滑坡调绘更加宏观、准确、高效，很大程度上节省了人力成本。

③深层位移监测等手段的运用，使滑坡勘察在宏观把控和确定滑动面位置的准确程度等方面有了较大的改善，为滑坡处治方案设计提供了更为详细准确的依据，也为同类型滑坡勘察方案制定提供了参考。

参考文献：

［1］李彦军.岩溶地质综合勘察方法［J］.铁道建筑，2000（5）：8-9.

［2］杨力龙.基于轻小型无人机的航空摄影测量技术在高陡边坡几何信息勘察中的应用研究［D］.成都：西南交通大学，2017.

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［5］李峰，余宏明，朱智明.综合勘探在麒麟观水库岩溶勘察中的应用［J］.水利水电科技进展，2003（5）：46-47.

［6］刘自强，马洪生，杜毅，等.综合勘察方法在米亚罗3号隧道出口滑坡中的应用及治理措施研究［J］.路基工程，2020（5）：143-147，153.

收稿日期：2024-01-24

作者简介：杨力龙（1989—），男，硕士，工程师，研究方向：地质岩土勘察设计与研究。