云南某山区高速滑坡治理及稳定性监测分析研究

摘要 随着我国交通运输网的快速发展，涉及地质条件更加复杂的山区高速也逐渐增多，滑坡造成的山区高速公路安全隐患越发被引起重视。文章以云南某山区高速滑坡为例，通过分析滑坡形成机制和稳定性，提出相应的治理方案。结果表明：该滑坡体滑移方向呈折线状，为牵引式中型滑坡体，主要由泥质砂岩组成，诱发原因为降雨和坡体上部水池开裂导致水流下渗软化岩层等因素。通过滑坡体模型计算分析，在不减载的情况下，抗滑桩已无法满足抗滑要求，需结合减载、抗滑支挡和坡面防护等成套方案进行治理，通过对治理后的边坡进行稳定性监测分析，监测数据表明：治理后边坡整体趋于稳定，边坡变形得到了有效控制，滑坡治理方案合理，可为类似滑坡灾害提供经验参考。

关键词 牵引式中型滑坡；形成机理；稳定性分析；治理方案

中图分类号 U418.5 文献标识码 A 文章编号 2096-8949（2024）23-0122-04

0 引言

针对高速公路施工中出现的边坡开裂、垮塌等失稳问题，特别是针对地质条件复杂、岩石力学性能差的区域，开展边坡稳定性分析及治理，对高速公路结构安全和运营安全显得尤为重要。目前，国内外对高速公路滑坡的形成机理及处治方案已作了大量的研究[1]。姚凯[2]通过探究山区公路边坡垮塌、崩塌特征等，提出了因周边地理环境造成公路边坡失稳的破坏机理，并总结边坡失稳变化规律及影响因素。刘红卫[3]以云南某高速山体滑坡为依托，揭示了山体滑坡与地质结构、地形地貌等自然因素的内在关系，分析了自然因素对高速公路边坡稳定性的影响程度。杨天亮等[4]阐明了边坡滑坡的形成机理，并依托具体项目，分析滑坡原因、分布规律等，并针对性地提出了边坡滑坡等相关处治措施。吴玮江[5]系统分析了甘肃天水地区滑坡分布范围及成因等，深入研究天水地区滑坡形成机理及变化特征，并提出了预防高速公路边坡滑坡的策略。张辰[6]调查研究了高速公路滑坡的原因机理和特点等，并针对性地提出滑坡处治手段方法。该文以云南某山区高速滑坡为例，对滑坡稳定性、形成机理进行分析评价，探讨了治理方案。相关成果可为类似山区高速滑坡治理提供工程经验。

1 工程概况

该滑坡体地处云南省曲靖市，位于徐家村南方向约0.8 km处，滑坡区处于中低山构造陡斜坡地貌，路线经过山体斜坡地段，由东向西弧形展布。山体沿东北往西南向波状起伏，与线路大致呈45°。滑坡体地表坡度较缓，植被覆盖较密。塌陷区后缘呈圆弧状，滑体纵向长度约198 m，横向宽度约220 m，滑坡体规模约3.30×104 m2。

滑带的物质成分主要为泥岩薄层。颜色呈黄褐色，湿润光滑，呈可塑～软塑状。揭露的滑带土，具有搓揉、挤压的现象，并伴有擦痕特征。推测滑面顺泥岩夹层方向，滑坡体滑床高程为1 880～1 906 m，总体呈纵向上形态，滑坡体变化趋势为中前部较缓，后缘坡体垂直沉降严重，倾斜角度约5～6°，后缘相对较陡，倾斜角度约15～25°，前缘为临空面，通过地面调查和勘探点地质情况揭露，滑坡坡体地表出现多处裂缝，坡体前边缘出现挤压胀裂。经计算，滑坡体最大深度约16 m，滑坡体主要滑动方向约148°。

2 地质条件

2.1 地形地貌

滑坡区处于中低山构造陡斜坡地貌，路线经过山体斜坡地段，由东向西弧形展布。地形高程总体趋势是由路线左侧向路线右侧逐渐升高，最高处位于路线右侧山顶。山体沿北东往南西向波状起伏，斜坡地形较为陡峭，与线路大致呈45°。坡体植被覆盖较为茂密，水土保持较好，山体自然状态下相对较为稳定。

2.2 地层岩性

钻孔勘探揭露地层从上至下为：

（1）粉质黏土，厚1～6 m，颜色呈灰褐色，土层下部存在碎石夹层，土体状态为硬塑。

（2）全风化泥质砂岩，厚5～13.7 m，岩芯多呈砂土状，岩体局部可见夹存少量强风化岩石碎块，岩体较为松散。

（3）强风泥质砂岩，厚4.0～25 m，颜色灰黄色，泥质胶结，节理裂隙较为发育，以石英长石为主要矿物成分，岩芯多呈碎块状，岩体局部呈砂状。

（4）强风化泥岩，厚8～20 m，颜色棕褐色，岩体结构呈破碎块状，局部可见泥质夹层，岩芯可见块状和少量柱状，块径约5～10 cm，节长5～12 cm，锤击时声音嘶哑，易破碎。

（5）中风化泥岩，厚0.5～7.1 m，颜色青灰色，岩体结构相对完整，岩芯多为柱状，节长一般为6～16 cm，块径4～8 cm，锤击声闷，RQD=45%。

（6）强风化玄武岩，厚6.0～25 m，颜色灰黄色，节理裂隙较为发育，岩体结构基本破坏，岩芯可见明显破碎，主要为碎块状，平均节长2 cm。

（7）中风化玄武岩，厚3.0～21 m，颜色黑褐色，岩体较完整，岩芯大部分呈柱状，局部有少量块状，节长8～16 cm，块径5～10 cm，锤击声较脆，结构较为完整，RQD=25%。

2.3 水文地质条件

地表水不发育，仅当地居民从坡顶引用蓄水池流水，现已迁改。勘察区主要有两大类地下水：一类是松散岩类孔隙水，另一类是基岩裂隙水。第四系松散岩类孔隙水存在粉质黏土和碎石土中，主要来自降水补给，并顺山势排泄到山体低洼处，该类地下水在陡坡地段埋藏深度较深或处于地表。该类地下水水量不稳定，枯雨季水量及地下水的埋深相差较大。基岩裂隙水主要以大气降雨和地表水补给为主，主要分布于丘陵地区和部分低山地区。

2.4 气象条件

该地区所属北亚热带、南温带、中温带多种气候带并存的低纬高原季风气候，垂直气候分带显著。1月份平均最低气温在5℃上下，最冷时达-11.5℃，霜冻在50 d以上。7月份平均最高气温20℃上下，日温差大，四季不分明；冬春干旱，夏秋湿润，降水集中，干湿分明。平均每年有霜日38.7 d，最多年61 d，最少年23 d。最高年平均气温14.6℃，最低年平均气温12.7℃，年际相差1.9℃。多年平均日照2018.5 h，日照百分率为47％。平均初霜期11月4日，终霜期3月30日。平均每年降雪10.6 d，最多年降雪27 d，最少年1 d。多年降水量在700～1 100 mm，占全年降水的70%以上，从11月到次年5月降水量少为旱季。

3 滑坡形成机理分析

该滑坡位于地貌形态平缓的山坡，约15°左右，表层为松散覆盖层，下部为全风化泥质砂岩、强风化泥质砂岩、泥岩夹煤线，最大厚度约33 m，产生滑坡后的量测产状向线路一侧倾斜11°～17°。

由于前期多次降雨及坡体上部村民饮水用水池沿松散地层及平缓斜坡下渗至泥岩层面，泥岩抗剪强度降低，开挖后前部产生临空面，山体沿软化的泥岩层面产生了牵引式滑坡。

经地勘勘探点揭露，滑坡体表面存在多处裂缝，裂缝范围较长，坡体前边缘因坡体挤压造成地表隆起，结合现场监测情况，高速边坡处于变形开裂的失稳阶段。

4 滑坡稳定性分析

4.1 土力学参数

根据地质调查结果，以滑坡剪出口及泥岩夹层的产状确定既有滑动带为泥岩夹层层面。

结合滑坡体变形特点，按天然状态重度19 kN/m3、饱和状态重度20.0 kN/m3计算滑坡体稳定性指标，根据岩土体试验参数、相邻边坡岩土体参数及结合经验参数设定滑带抗剪参数c=5 kPa。参考已有滑动带，以0.97的稳定系数反算主滑动段的内摩擦角。经计算，滑动体的土力学参数的取值为：天然状态c=6.25 kPa，φ=10.52°；暴雨工况c=5kPa，φ=9.47°。

4.2 滑体稳定性系数及下滑推力计算

通过外业探勘与室内试验分析，滑坡体最不利结构面呈折线形，因此滑坡体稳定性系数计算采用折线形滑动面计算公式[7]，剩余下滑推力采用传递系数法计算[8]。

（1）采用折线形滑动面计算公式计算稳定性系数[9]，其稳定性系数Fs：

（1）

（2）

（3）

（4）

式中：——滑体稳定系数；——第i块段滑体承受的阻力（kN/m）；——作用于第i块抗滑力（kN/m）；——第i块段滑面的法向分力（kN/m）；——第i块段滑体土的内摩擦角（°）；——第i块段滑体土的黏聚力（KPa）；Li——第i块段滑面纵向长度（m）；Ti——作用于第i块滑面上的滑动分力（kN/m），若滑动分力与滑动方向相反，Ti应取负值；——第i块段与第i+1块段之间滑力的传递系数（j=i）。

滑坡推力计算[10]

（5）

式中：Pi、Pi+1——第i、i+1块滑体的下滑力（kN/m），Fst——滑坡体剩余推力安全系数。

4.3 滑坡岩土体力学参数

滑坡岩体力学参数如表1所示。

4.4 滑坡稳定性分析

通过查阅勘测设计资料，此次高速边坡滑坡防治等级为一级。依据公路设计相关规范，滑坡体安全系数取值为：天然工况1.20，暴雨工况1.15。推力计算参数如表2所示。

通过对滑坡地质模型的分析和剩余下滑力的计算，滑体下滑力最大达到4 104.9 kN/m，滑体深度平均为15 m，在不减载的情况下抗滑桩已无法满足抗滑要求。因此，需采取大面积卸载和设置抗滑桩的治理方案。

5 治理方案

5.1 治理总体原则

在保证滑坡处于较稳定状态的前提下，所采取的治理方案既要便于实施，又要有足够的安全度，同时在施工前后，既要有利于保护环境，又要保证不引发新的地质灾害。

5.2 治理方案设计

（1）减载+抗滑支挡

在路基右侧从碎落台开始采用大平台加放缓边坡的形式刷坡，在保证清除上部已滑动滑体的条件下减载至最后缘裂缝。在边坡坡脚设置碎落台，然后按10 m的坡高，1∶2的坡率刷第1级边坡，设置第1级3 m平台后按8米的坡高，1∶2的坡率刷第2级边坡，设置第2级15 m平台后按7 m的坡高，1∶3的坡率刷第3级边坡，设置第3级22 m平台后按12 m的坡高，1∶3坡率刷第4级边坡，设置第4级34 m宽平台后按1∶2坡率刷第5级边坡。在第二级平台设置双排直径1.5 m钻孔灌注桩，其中A型抗滑桩桩长18 m，B型抗滑桩桩长25 m，在第4级平台设置双排直径1.8 m钻孔灌注桩，桩长28 m，双排抗滑桩顶部位置利用冠梁连接成整体。经计算，采取减载加抗滑桩方案，边坡天然工况下安全系数1.21，暴雨工况下安全系数1.16，满足路基规范要求。经计算，土方减载总方量约31.4万立方米。

（2）坡面防护工程

第一级边坡坡面防护采用非预应力锚杆框格梁+TBS防护，锚杆长度12 m，其中框架结构采用C25混凝土现浇。第二至四级边坡坡面防护采用三维网植草防护，第五级边坡坡面防护采用C30窗式护面墙防护。

6 边坡稳定性监测分析

6.1 监测方案

因该项目治理方案为卸载挖方，将大面积地人工改造坡体，对监测点影响比较大，监测点需在其附近区域坡体开挖到位后再实施布设。卸载刷方自上而下实施，上部坡体刷方完成后补充布设观测点。下部刷方时以此类推。

为掌握边坡治理效果，在边坡上部布置测点开展变形监测。先后在一至四级边坡坡面上布置14个坡面位移监测点，每组4个，共七组，利用全站仪进行监测。深层位移孔主要设置在坡体卸载平台及路线右侧居民区，同时在K41+970、K42+010、K42+070、K42+100四个监测断面钻孔桩内埋入一根深层监测管。坡体卸载平台及路线右侧居民区深层土体水平位移监测钻孔深度伸入基岩不小于2.0 m，桩内监测管与桩等长布置。选取K42+010断面的16、24号双排桩，K42+070断面的 31、43号双排桩，此8根桩内每根桩选取2根钢筋设置钢筋计监测钢筋应力变化。16、31号前排桩垂直路线方向截面上选取两根钢筋，在桩顶以下3 m、6 m、9.4 m、14 m位置设置钢筋计；16、31号后排桩垂直路线方向截面上选取两根钢筋，在桩顶以下3 m、6 m、8.4 m、13 m位置设置钢筋计。24、43号前排桩垂直路线方向截面上选取两根钢筋，在桩顶以下3 m、6 m、12 m、17 m位置设置钢筋计；24、43号后排桩垂直路线方向截面上选取两根钢筋，在桩顶以下3 m、6 m、11 m、16 m位置设置钢筋计。

6.2 边坡位移监测分析

（1）地表位移监测

2020年8月24日至2020年11月16日期间共计84 d，监测地表位移观测桩共计14个。

监测数据分析结果表明，∆X累计位移在1.3～46.4 mm之间（∆X为正，向边坡临空面方向位移），∆Y向累计位移在-13.4～9.2 mm之间（∆Y为正，向大桩号方向位移），累计沉降量在1.4～15.4 mm之间。边坡处理后位移变化总体较小，变形量均较小，说明边坡坡面变形得到了有效控制，滑坡治理方案合理。

（2）深层位移监测

2020年4月10日至2020年 11月16日期间共计220 d，监测深层位移观测桩共计14个。

监测数据分析结果表明，A向累计位移在-12.2～14.0 mm之间，B向累计位移在-10.2～5.9 mm之间。结合现场观察结果，未发现坡体有明显变形破坏的情况，进一步说明防护后滑坡体变形已得到有效控制。

（3）钢筋应力监测

2020年5月14日至2020年11月16日监测31号、41号、43号、16号、24号抗滑桩内钢筋应力计，共5个应力计。

监测数据分析结果表明，累计应力在-44.9～58.9 MPa之间，6个月监测完成后已处于稳定状态，且总体预应力损失也较小，表明锚索受力状态稳定，边坡坡体内部结构稳定。

7 结论

（1）滑坡体主要由全强风化泥沙岩和泥岩夹煤线组成，体积约50万立方米，宽度涉及范围达200 m，平均深度15 m，属牵引式中型滑坡体。

（2）降雨及坡体上部水池开裂导致水流下渗至泥岩层面，造成岩层抗剪强度降低，山体沿软化的泥岩层面产生了滑坡。

（3）通过滑坡体模型计算分析表明，滑体最大下滑力达到4 104.9 kN/m，在不减载的情况下，抗滑桩支挡设计已不能满足抗滑要求。

（4）提出减载+抗滑支挡+坡面防护等成套治理方案，并经验算滑坡的稳定性及推力均满足设计要求。

（5）通过对治理后的边坡进行稳定性监测分析，监测数据表明，治理后边坡整体趋于稳定，证明边坡变形得到了有效控制，滑坡治理方案合理。

参考文献

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