貴州省某高速公路滑坡變形破壞機理分析

楊志剛　何　云

(1.貴州高速公路集團有限公司　貴陽　550009；　2.貴州省交通規(guī)劃勘察設計研究院股份有限公司　貴州　550081)

貴州省某高速公路滑坡變形破壞機理分析

楊志剛1何云2

(1.貴州高速公路集團有限公司貴陽550009；2.貴州省交通規(guī)劃勘察設計研究院股份有限公司貴州550081)

摘要以貴州省某高速公路滑坡為研究對象，對該滑坡變形破壞機理進行分析及研究。研究結(jié)果表明，滑坡區(qū)地質(zhì)構(gòu)造復雜，地層巖性軟弱為滑坡的變形破壞基礎原因，開挖切腳及降雨是誘發(fā)該滑坡的主要因素，施工工序的不合理未能有效抑制滑坡變形，各因素綜合作用下使得滑坡變形持續(xù)發(fā)展，并牽引形成二級滑坡。結(jié)合深層位移監(jiān)測曲線，實現(xiàn)了滑坡變形破壞的過程分析。

關(guān)鍵詞滑坡變形破壞機理深層位移監(jiān)測穩(wěn)定性分析

滑坡實質(zhì)上是邊坡坡體漸進、動態(tài)破壞的過程[1]，同時滑坡治理工程是一項復雜的系統(tǒng)工程[2-3]，其主要表現(xiàn)在：①滑坡影響因素的多樣性：滑坡受到地質(zhì)構(gòu)造、巖土體力學性質(zhì)、地應力、降雨、工程擾動、時間等因素的綜合影響，滑坡體的變形破壞通常是一種極其復雜的現(xiàn)象；②治理措施的適用性：滑坡的治理措施有抗滑樁、擋墻、錨索、排水、清方等，各種措施針對具體的工程地質(zhì)條件及處治要求具有不同的適用性；③被保護對象的重要性：針對被保護對象的重要性不同，對于滑坡處治要求也不同。滑坡的變形破壞機理分析和研究是滑坡治理工程中的核心內(nèi)容，準確地認識滑坡變形破壞機理是滑坡治理工程的關(guān)鍵工作。

本文以某高速公路滑坡為研究對象，基于滑坡的動態(tài)漸進破壞的視角，結(jié)合滑坡的深層位移監(jiān)測，對該滑坡影響因素、滑坡變形演化過程進行分析，揭示該滑坡變形破壞機理，為該滑坡治理工程奠定了基礎，同時對于類似滑坡的防范和治理具有一定的借鑒作用。

1　工程概況

滑坡區(qū)地處貴州高原腹地，區(qū)內(nèi)地勢起伏大，地表受剝蝕、溶蝕作用強烈，為剝蝕、溶蝕型低山地貌，坡體植被較發(fā)育，多為耕地。場區(qū)地質(zhì)構(gòu)造復雜，有一向斜及斷層通過，受構(gòu)造影響，路段區(qū)巖體節(jié)理極發(fā)育，巖體極破碎。滑坡區(qū)后緣山體規(guī)模較大，場區(qū)匯水面積大，雨季水量豐沛。坡面形成數(shù)條沖溝，部分沖溝常年有水，雨季水量較大。高速公路以路塹的形式通過滑坡區(qū)，其地表相對高差約162m。滑坡區(qū)地形見圖1。

圖1　滑坡區(qū)地形圖

通過該滑坡的路基邊坡原設計為六級邊坡， 第一級坡比1∶1.25，第二～六級坡比1∶1.5，邊坡高度最高約53m，于邊坡坡腳設置擋墻，第一級平臺設置抗滑樁，2～4級平臺設置鋼管樁。邊坡原設計斷面見圖2。

圖2　邊坡原設計圖

該邊坡于2013年9月開始開挖，2013年12月底開挖至第一級平臺后，坡體后側(cè)出現(xiàn)零星張拉裂縫。2014年2月，該邊坡后側(cè)裂縫逐級加寬延伸，形成錯臺，后緣裂縫已閉合成圈椅狀，且該裂縫繼續(xù)向后擴展。同時，第二、三級坡面局部產(chǎn)生鼓脹現(xiàn)象，第一級平臺外側(cè)路基有隆起現(xiàn)象。至2014年4月，一級滑坡體的周界已基本貫通，統(tǒng)一滑面基本形成，裂縫后緣發(fā)展距路中線260m，裂縫最大錯距達1.7m。據(jù)此對原設計進行了變更設計，采用“抗滑樁+擋墻+清方+坡面防護+截排水工程”的綜合滑坡治理措施，第一次變更設計斷面見圖3。

圖3　第一次變更設計圖

2014年5月至8月，隨著路基開挖切腳及強降雨的共同作用下，滑坡變形破壞進一步擴展，一級滑坡變形增大。2014年11月，在一級滑坡的牽引作用下，滑坡后緣巖土體產(chǎn)生滑動，裂縫后緣擴展至距路中線380m處，形成二級滑坡。該滑坡區(qū)地質(zhì)構(gòu)成從上至下可分為4層：①坡面殘積層角礫土；②崩積層塊石土；③強風化砂巖夾炭質(zhì)泥巖；④中風化砂巖夾炭質(zhì)泥巖。滑坡區(qū)主滑面地質(zhì)圖見圖4。

圖4　主滑面地質(zhì)圖

2　滑坡體特征

2.1滑坡規(guī)模

2013年12月至2014年4月為一級滑坡形成階段，一級滑坡前緣寬約260m，滑坡面積約45 000m2，最大滑面深度達35.5 m，平均厚度約18.2 m，滑坡體積約82萬m3，屬大型滑坡。2014年5月至8月該滑坡處于蠕動變形階段。2014年9月至11月由于一級滑坡變形擴大，在其牽引作用下，滑坡后緣向坡體后側(cè)發(fā)展，清方平臺以上坡面發(fā)生鼓脹變形，后緣裂縫距離路中線最大為380 m，擴大了120 m，滑坡面積為60 140 m2，擴大了約15 000 m2。根據(jù)鉆孔深層位移監(jiān)測，此階段滑坡體滑動面位置尚未下移、深度規(guī)模尚未擴大。此時，滑坡體積擴大至100萬m3，屬大型滑坡。

2.2滑坡地質(zhì)結(jié)構(gòu)特征

對相關(guān)勘察及監(jiān)測資料進行分析，該滑坡屬堆積層滑坡，滑體物質(zhì)組成大體上可分為2層，上部為坡積層粉質(zhì)粘土、角礫土，厚0～20m；下部為崩積層塊石土，塊石土原巖成分為砂巖，原巖結(jié)構(gòu)保留較好，局部保留了原巖順層結(jié)構(gòu)特征。根據(jù)勘察資料及深層位移監(jiān)測結(jié)果，滑坡內(nèi)部發(fā)育兩級滑動面，一級滑動面位于坡積層與崩積層接觸面附近，最大深度為22.5m，滑動面物質(zhì)主要為坡面殘積層角礫土；二級滑動面位于崩積層內(nèi)部，最大深度為35.5m，主要沿滑體內(nèi)軟弱帶滑動，滑動面物質(zhì)主要為崩積層塊石土，結(jié)合現(xiàn)場鉆探揭露滑動面深度處巖心具有明顯的滑移鏡面和擦痕等微構(gòu)造。

3　滑坡變形破壞機理分析

3.1滑坡影響因素分析

滑坡的影響因素主要分為自然因素和人為因素2部分，對該滑坡的影響因素分析如下：

(1) 自然因素

①地質(zhì)構(gòu)造。滑坡區(qū)地質(zhì)構(gòu)造復雜，路段區(qū)巖體節(jié)理極發(fā)育，巖體極破碎。同時該滑坡為堆積層滑坡，崩積體保留了原巖結(jié)構(gòu)特征，產(chǎn)狀相對坡體而言整體呈順傾的趨勢。

②地層巖性。滑坡體巖土體組成主要為角礫土及崩積層塊石土。土體結(jié)構(gòu)松散、裂隙發(fā)育，并具有很強的透水性，受降雨下滲及地下水的作用其力學特性弱化明顯；塊石土原巖為砂巖、泥巖等軟質(zhì)巖，水巖作用后其抗剪強度指標將明顯弱化。

③大氣降雨。滑坡區(qū)整體為單斜地貌，后緣山體為蓄水構(gòu)造，匯水面積大，場區(qū)雨季水量豐沛，地下水豐富，致使坡面排水不暢、路基滲水，坡體下部巖土體長期受到地下水的軟化作用。

(2) 人為因素

①開挖切腳。線路以深路塹方式從堆積體中前部通過，對堆積體形成開挖切腳，減小了滑坡抗滑段產(chǎn)生的抗滑力。

②施工工序。先施工抗滑樁、后對坡體進行清方的施工工序，未能有效控制滑坡變形，同時滑坡施工過程中對下部巖體擾動大、降低了錨固段的抗力，進一步削弱了抗滑樁的抗滑能力。

3.2監(jiān)測數(shù)據(jù)分析

本次滑坡治理開展了深層位移監(jiān)測工作，選取主滑斷面上的4個監(jiān)測孔(監(jiān)測孔布置位置如圖4所示)進行分析，其深部位移測斜曲線見圖5。

圖5　主滑面監(jiān)測孔深部位移測斜曲線

圖5所示深部位移測斜曲線反映了二級滑坡形成后滑體的變形特征，從圖中可看出，監(jiān)測前期滑坡變形速率相對較大，為3.84～6.67mm/d，滑坡處于勻速變形階段。隨后滑坡變形速率減小至約0.5mm/d，滑坡處于緩慢變形階段。深部位移測斜曲線中產(chǎn)生突變位置的孔深即為滑帶的深度，以此為依據(jù)可對滑坡的滑動面位置進行分析。JCK01，JCK02，JCK04+1監(jiān)測曲線均表示滑體為單級滑動模式，滑動面深度分別為25，18和15m；JCK03監(jiān)測曲線表示滑體呈現(xiàn)出多級滑動模式，上、下級滑動面深度分別為12和24m。根據(jù)深部位移監(jiān)測曲線得出的滑面見圖4。

3.3滑坡變形破壞機理

滑坡變形總體分為2個階段，即一級滑坡形成階段與二級滑坡形成階段。

(1) 一級滑坡變形破壞機理

高速公路以深路塹的形式從堆積體中前部通過，路基中線最大開挖深度約為31m，2013年9月底開始在堆積體前緣大挖方施工，2013年底已開挖至一級平臺，開挖過程中堆積體卸荷松動，失去了前緣抗力，從而導致堆積體向路基方向產(chǎn)生變形。2014年2月施工抗滑樁過程中護壁變形強烈，開挖后對基坑采用棄渣進行回填，對土體擾動較大。2014年2至4月滑坡區(qū)降雨量大，地表水下滲軟化土體，導致巖土體物理力學參數(shù)降低，且2014年3月初重新施工抗滑樁，此時支擋體系尚未形成，無法提供有效的支護抗力，坡體持續(xù)變形最終導致一級滑坡形成。

(2) 二級滑坡變形破壞機理

結(jié)合圖6所示抗滑樁樁頂合成方向相對位移-時間變化曲線對二級滑坡形成機理進行分析，該曲線呈現(xiàn)出明顯的臺階狀，表明滑坡在降雨及工程擾動等作用下，位移隨著時間不斷增大，但在降雨消失或治理工程的作用下滑坡又趨于穩(wěn)定。為了詳細地研究二級滑坡形成機理，根據(jù)位移變化速率將該曲線劃分為5個階段(圖中所示A、B、C、D、E)，以下分別進行分析。

圖6　抗滑樁樁頂相對位移-時間變化曲線

①A階段。 2014年5月開始按第一次變更設計方案施工，實際施工過程按先施工抗滑樁后清方的步驟進行，2014年9月在欠挖10萬方情況下開挖路基，導致滑坡開始加速變形，后緣裂縫擴大，抗滑樁嵌固段巖體擾動、抗滑樁抗滑能力降低，進一步擾動錨固段土體。此階段抗滑樁樁頂位移變化速率約為10mm/d，變形速率較大，坡體處于勻速變形階段。

②B階段。為抑制滑坡變形的發(fā)展，對滑坡前緣進行回填反壓增加滑坡前緣抗力，同時對坡體欠挖方量進行清除以減小滑坡推力，隨后滑坡變形趨于平緩，抗滑樁樁頂位移變化速率約為0.25mm/d，變形速率小，坡體處于蠕變變形階段。

③C階段。坡體清方施工完成后，對滑坡前緣回填反壓土體進行清除，同時開挖至路基設計標高。2014年10月28日的強降雨，加之2014年11月6日至2014年11月10日的連續(xù)降雨，滑帶抗剪強度持續(xù)降低致使坡體抗滑力驟降，同時滑體重度增大使得下滑力增大，此時滑坡下滑力大于抗滑力，滑坡后緣裂縫擴展并貫通。此階段抗滑樁樁頂位移變化速率約為45.9mm/d，坡體處于加速變形階段。

④D階段。再次對滑坡前緣進行回填反壓，同時緊急施工圓形抗滑樁對滑坡進行支擋，此時抗滑樁樁頂位移變化速率減小為6.2mm/d，坡體處于勻速變形階段。

⑤E階段。圓形抗滑樁及截排水措施施工完成，有效地抑制了滑坡的變形擴展，抗滑樁樁頂位移變化速率減小為0.6mm/d，坡體處于減速變形階段并趨于穩(wěn)定。

從以上對滑坡影響因素及滑坡變形破壞機理的分析表明，滑坡區(qū)地質(zhì)構(gòu)造復雜，滑體主要為破碎及強透水性的崩積層塊石土，此為滑坡的變形破壞奠定了物質(zhì)基礎。開挖切腳、施工工序及降雨作用成為滑坡變形破壞的誘發(fā)因素。地質(zhì)構(gòu)造發(fā)育及地層軟弱為此滑坡治理工程中的不可改變因素，而開挖切腳、施工工序及降雨作用等對滑坡的影響是可以采取有效措施進行避免的。

4　結(jié)論

本文以某高速公路滑坡為研究對象，結(jié)合滑坡的深層位移監(jiān)測，對該滑坡影響因素、滑坡變形演化過程進行分析，得出主要結(jié)論如下。

(1) 滑坡變形破壞是一個動態(tài)、漸進性破壞的過程，該滑坡的變性破壞模式為：開挖切腳減小滑體前緣抗力，在強降雨及地下水作用下滑帶抗剪強度降低，滑體中部沿軟弱帶滑移，滑體后緣受張拉應力形成張拉裂隙面，同時在一級滑坡的牽引作用下形成了二級滑坡。

(2) 結(jié)合深層位移監(jiān)測曲線及抗滑樁樁頂相對位移-時間曲線對滑坡變形破壞機理進行分析，確定了滑面位置，同時分析了開挖切腳、降雨、施工過程等因素對滑坡變形破壞的影響。

(3) 避免大規(guī)模的坡腳開挖，采取科學合理的施工工序并結(jié)合良好的截排水措施，對于滑坡的防治工程來說是十分必要的。

參考文獻

[1]張倬元，王士天，王蘭生,等.工程地質(zhì)分析原理[M].3版. 北京:地質(zhì)出版社.2009.

[2]王恭先.滑坡防治方案的選擇與優(yōu)化[J].巖石力學與工程學報，2006,25(2):3867-3873.

[3]王恭先.滑坡防治中的關(guān)鍵技術(shù)及其處理方法[J].巖石力學與工程學報，2005,24(21):3818-3827.

收稿日期：2015-04-04

AnalysisofDeformationandFailureMechanismofa
HighwayLandslideinGuizhouProvince

Yang Zhigang1，HeYun2

(1.GuizhouExpresswayGroupLimited,Guiyang550009,China；

2.GuizhouCommunicationsPlanningSurvey&DesignInstituteCompanyLimited,Guiyang550081,China)

Abstract：Taking a highway landslide of Guizhou Province as the object of the study, the mechanism of deformation and failure of the landslide was analyzed. The results show that: the landslide area has complex geological structure and weakness stratum lithology is the material foundation for deformation and failure of landslide. Foot cutting excavation of slope and rainfall are the main factors inducing the landslide. Unreasonable construction process failed to inhibit the deformation of landslide. Various factors' combined action make landslide deformation under constant development, and induce the second landslide. The deformation and failure mechanism of the landslide are analyzed through the deep displacement monitoring curve.

Key words:landslide; mechanism of deformation and failure; deep displacement monitor; stability analysis

DOI10.3963/j.issn.1671-7570.2015.04.021