西南某全強風化玄武巖邊坡失穩機制分析

薛　偉　歐躍洪

(中國電建集團昆明勘測設計研究院有限公司，云南 昆明　650051)

0　引言

西南地區尤其是云南地區公路建設逐年增加，加之云南地區玄武巖分布較廣，在玄武巖地區建設的公路越來越多，玄武巖邊坡也越來越多。由于玄武巖節理裂隙發育，特別是柱狀節理發育，故風化作用強烈、強風化厚度大。其風化后呈碎塊狀，斜坡地上常有大量坡積物且厚度大，易引發崩塌、滑坡等地質災害，對公路建設與運營安全造成較大威脅。本文選取云南某高速公路玄武巖邊坡作為研究對象，通過一系列的方法，對其失穩機制進行分析，對下階段的相同性質的邊坡處置作為依據。

1　邊坡工程地質條件

邊坡原始地貌屬構造剝蝕山前殘丘地貌,山丘低矮,山頂渾圓,周邊山頂高程1 750 m～1 870 m,山丘總體呈北東—南西向展布，其東南側為構造剝蝕中山區，北西側為山間寬緩盆地，谷盆底海拔高程一般1 630 m～1 680 m。滑坡區所處緩丘頂長約155 m，高程1 776 m～1 778 m，呈北東—南西向延伸，南側70 m處為鞍部(高程1 762 m)，頂部寬緩，寬20 m～55 m，坡度2°～7°。南東側斜坡平緩綿長，斜坡總體傾向南東，坡度10°～30°，長400 m～485 m；北西側斜坡相對短陡，坡腳高程1 704 m左右，斜坡總體傾向北西，坡度20°～35°，長120 m～160 m，往北西為平坦盆地。斜坡縱橫向起伏不大，局部發育次級沖溝，沖溝總體呈近東西向展布，多呈“U”形，溝底縱坡一般10°～25°，局部略陡，溝底寬2 m～6 m，溝岸坡度20°～35°，均為雨季降雨坡面流水沖蝕形成，無長流水，溝岸穩定。周邊200 m范圍內無地表水體，外圍零星分布有水塘。勘察區植被極差，大面積分布旱地，溝岸附近分布有雜草間灌木。高速公路從北西側斜坡腳附近呈北東—南西向穿過，路線方向基本與地形線平行，滑坡南西側150 m處為服務區，北東側為深挖路塹。

勘察區及周圍出露地層為第四系全新統沖洪積層(Qhal+pl)、第四系更新統蛇山組(Qpsh)半成巖、中生界三疊系上統白土廟組(T3ba)、古生界二疊系下統玄武巖系(Pβ)地層及燕山期堿性巖漿巖。

①第四系全新統沖洪積層(Qhal+pl)：分布于勘察區北西側1.0 km外大營街盆地中，為砂礫石及黏性土等松散堆積物，區域厚度0 m～50 m。

②第四系更新統蛇山組(Qpsh)：分布于勘察區北東側3.0 km以外大營河Ⅱ級階地，為灰黃、綠色半膠結的粉砂、細砂巖，夾灰白色黏土層。區域厚度約100 m。

③中生界三疊系上統白土廟組(T3ba)：分布于勘察區東側2.5 km外，為灰色含長石石英砂巖、粉砂巖夾頁巖及煤層。區域厚度811 m。

④古生界二疊系下統玄武巖系(Pβ)：在勘察區大面積分布，主要分布一段～五段：

五段(Pβ5)：灰黑色柑斑玄武巖夾杏仁狀玄武巖、凝灰巖。區域厚度294 m。

四段(Pβ4)：致密狀、杏仁狀玄武巖夾紫灰色凝灰巖，底部為黃綠色斜長斑狀玄武巖夾數層凝灰巖。區域厚度870 m。

三段(Pβ3)：致密狀輝斑玄武巖、杏仁狀玄武巖及角礫狀玄武巖夾石灰巖透鏡體。區域厚度872 m。

二段(Pβ2)：灰綠色角礫狀玄武巖，石英脈發育。區域厚度793 m。

一段(Pβ1)：角礫狀、致密狀、杏仁狀玄武巖。底部有數十米黃綠色凝灰巖、凝灰質砂巖，夾3層～4層角礫狀灰巖小透鏡體及硅質巖。區域厚度1 139 m，斷層破壞明顯。

場地位于煉洞街寬緩褶皺小區，無斷層通過，地質構造簡單，局部發育小褶曲，受周邊構造的影響，附近出露基巖節理裂隙發育，主要有以下幾組：

第一組(J1)：傾向0°～36°，平均16°，傾角45°～81°，平均59°。節理面平直，光滑，閉合，無充填，單條延伸長度5 m～15 m，密度5條/m～8條/m。

第二組(J2)：傾向101°～128°，平均110°，傾角64°～87°，平均74°。節理面平直，光滑，閉合～微張，無充填或少量鐵錳質充填，單條延伸長度8 m～25 m，密度3條/m～6條/m。

第三組(J3)：傾向153°～183°，平均132°，傾角54°～68°，平均67°。節理面平直、光滑，閉合～張開，一般無充填，單條延伸長度10 m～30 m，密度1條/m～3條/m。結構面結合差。

第四組(J4)：傾向248°～267°，平均244°，傾角41°～57°，平均49°。節理面平直、光滑，閉合～張開1 mm～3 mm，無充填或2 mm～3 mm厚硅質、鐵錳質充填，單條延伸長度5 m～25 m，密度8條/m～12條/m。結構面結合差。

第五組(J5)：節理傾向311°～351°，平均304°，傾角68°～81°，平均73°。節理面光滑，閉合～張開2 mm～3 mm，少量泥質、鐵錳質、硅質充填，單條延伸長度15 m～20 m，密度3條/m～7條/m。結構面結合差。

受區域構造影響，巖體擠壓強烈，結構面均為壓性，兩側從數毫米到幾十厘米范圍可見巖石破碎呈鱗片狀～碎石狀。同時由于風化作用，結構面上風化強烈，普遍分布有灰白、灰黃、灰綠等色的黏土，厚度一般小于3 mm。

以上節理裂隙與巖層面組合，將巖體切割破碎，呈碎石狀～碎塊狀，破壞了巖體完整性，降低了巖體力學強度，巖體呈碎裂結構，區內構造活動強烈。

根據地質調查，場地內巖層產狀變化不大：巖層傾向52°～70°，平均55°，傾角47°～54°，平均51°，相對變化不大。

2　邊坡變形特征

本路段邊坡自2016年6月25日開始從上往下開挖，至2016年10月23日3級～7級邊坡開挖結束，其中5級～7級邊坡于2016年7月21日坡面防護工程(錨桿、錨索框格梁)施工結束，其余邊坡未防護結束。2級邊坡基本開挖到位，1級邊坡至今未開挖到位。2016年11月22日，2級～6級邊坡上出現開裂變形，11月23日K25+650右側坡口線外地面發現裂縫，2016年11月26日1級邊坡出現開裂變形，2016年12月11日7級邊坡上出現開裂變形。邊坡出現開裂變形后，施工方于2016年11月27日對整個邊坡共布設34個監測點，至勘察結束時共進行了兩次觀測，根據觀測結果，垂直錯落位移量0.1 cm～13.2 cm，水平位移量1.1 cm～21.0 cm，隆起4 mm～105 mm。2017年1月19日，滑坡后緣及右側發現裂縫L1，但后緣及右側斷續；2017年2月3日，滑坡左側后部地面發現裂縫L1～L6；2017年1月19日坡腳路面上隆起不明顯，到2月3日起，隆起越來越明顯，左右兩側先隆起，TC10右側坡腳弱風化巖體中于2月15日起剪出隆起明顯。目前滑坡周界清楚：1)滑坡左側下部K25+803～K25+810右側邊坡上，坡體剪出明顯，從坡腳到4級坡口連續貫通(L62裂縫)，裂寬3 cm～5 cm，坡體剪出10 cm～20 cm，坡口附近扦插深度50 cm～73 cm，平面上裂縫延伸方向與路線近于垂直。上部自然斜坡上發育L1,L2,L3,L6等近平行羽狀裂縫，裂縫間距4 m～10 m不等，寬6 cm～32 cm，錯落3 cm～12 cm，扦插深度70 cm～135 cm，最大扦插深度170 cm，裂縫基本順坡向發育；2)滑坡后緣沿邊坡中部坡口線外圍地面發育三條裂縫(L1,L5,L7)，寬2 cm～25 cm，最寬40 cm，錯落3 cm～10 cm，扦插深度75 cm～160 cm；3)滑坡右側發育L1裂縫，從坡腳到山頂連續貫通，裂縫寬10 cm～80 cm，錯落高度3 cm～35 cm，最大錯落高度45 cm，可見深度70 cm～100 cm，扦插深度120 cm～160 cm。上段斜切地形、橫穿山脊后向下延伸，下段表現為K25+615～K25+628左側坡面明顯剪出45 cm～65 cm；4)滑坡前緣表現為地面鼓張、隆起，K25+620～K25+640混凝土地坪上發育與路線近平行的L75裂縫及與之垂直的數條裂縫，L75裂縫寬2.5 cm～4.1 cm，混凝土地板鼓張，破裂，隆起高度2 cm～5 cm；TC10右側坡腳巖體明顯剪出；K25+730～K25+805右側坡腳連續鼓張，特別是右側較明顯，L71裂縫隆起高度3 cm～18 cm，外移約3 cm～6 cm，同時發育數條與之近垂直的裂縫；滑坡左—后—右邊界裂縫基本連續貫通，前緣斷續隆起剪出。

根據圖1～圖8，結合前期變形歷史，可分析得出：

1)從發現坡體變形(2016年11月23日)到2017年2月6日，累計最大位移量42 cm～114.5 cm，位移量及速率相對小，大致從2月6日后位移速率明顯增大(達6.3 cm/d)且呈上升趨勢。

2)本次觀測期內位移速率明顯增大，特別是2月17～18日增速最大。

3)本次觀測期內滑坡在左～中部后緣變形相對較弱，G1～G5累計位移3.5 cm～6.8 cm(僅G2點達13.6 cm)；而滑坡右側后緣變形相對強烈迅速，G6～G8累計位移12.9 cm～28.9 cm，這與坡腳剪出強烈是相應的。

4)在所設觀測點中，G1,G3～G5位置所對應坡腳附近均分布有強度相對較高的弱風化玄武巖體；而變形較大的其余點所對應坡腳則為強風化玄武巖，右側邊緣地帶風化相對較強。

3　滑坡破壞模式及變形機制

3.1　破壞模式

勘察區坡體巖性較單一，以玄武巖為主夾凝灰巖夾層，自然地表分布少量(厚度小于1.0 m)含碎石粉質黏土。巖土界限順自然斜坡分布且傾角較陡，但土體較薄不會發生滑坡，從周邊調查可證實，不具備巖土界面控制下的滑坡條件。

玄武巖以強風化為主，坡腳局部有弱風化玄武巖分布，風化界面高低起伏大，不易發生沿風化界面的滑動破壞。

玄武巖中夾凝灰巖軟弱夾層，但層面傾向與邊坡傾向反向大角度相交，傾角較陡，不會發生順層面的滑動破壞。

巖體節理裂隙發育，但大多與坡面大角度(大于50°)相交或反向，傾角均較陡，僅傾向北西的節理與坡向基本一致，但傾角陡(68°～81°)，不存在圓形破壞，現場實際變形情況無圓弧形破壞的變形特征。

滑坡區裂縫展布與結構面具高度吻合性：1)延伸方向與坡向近平行的系列裂縫基本沿J1節理產生；2)延伸方向呈近SN，NW—SE向的裂縫基本沿層面、J3節理、J4節理產生；3)延伸方向呈近EW向的裂縫基本沿J2節理產生；4)順坡向的系列裂縫沿J5產生。由于無連續貫通的外傾軟弱結構面，單一結構面對滑坡變形起主導控制作用的跡象不明顯。主要的結構面都影響和控制了滑坡裂縫。綜合上述分析，坡體無連續貫通的軟弱結構面，影響坡體穩定的主要是巖層面(特別是凝灰巖軟弱夾層)和5組節理面，節理面發育且連續貫通性好，坡面未見剪出跡象，坡體破壞模式為風化玄武巖在結構面組合控制下發生從坡腳剪出的整體滑動，滑動面呈折線形。在坡體變形滑移過程中，局部會發生楔形破壞，沿相對較軟弱的結構面(如凝灰巖夾層)變形相對較強。

3.2　變形機制

雖然巖石力學性能較好，坡體無連續貫通的外傾軟弱結構面，但層間存在軟弱凝灰巖夾層，巖體節理裂隙發育、連通貫通性好、結合較差，結構面組合為坡體破壞提供了有利條件。開挖邊坡形成高陡臨空面，破壞了坡體原始平衡條件，滑坡體呈頭重腳輕之勢，坡腳應力集中且地下水作用較強，后部坡體在前緣支撐減弱的條件下發生滑動破壞。邊坡在雨季開挖，雨季末期開挖到現狀并發現坡體變形，其間降雨入滲起了一定促滑作用。

2級～6級坡面先發生開裂變形，隨后1級、7級坡面出現變形，相隔時間甚短，坡口線外圍自然坡面基本上在同一時段發生變形，坡腳變形在后。坡體中～后部變形相對強烈，裂縫連續貫通性好，而坡腳變形相對弱，連續貫通性差，變形速率較后部小。中～前部裂縫多緊閉，平行邊坡延伸方向的裂縫多呈倒鋸齒形。總體上變形具有中～后部變形早且變形強烈、下部變形略晚且較弱的特點，滑坡力學性質為推移式。

4　結論及建議

1)滑坡平面形態呈“撮箕”形，平均長約170 m，平均寬168 m，面積2.86×104m2。滑坡體平均厚19.5 m，體積約54.6×104m3，滑坡體主要為強、弱風化玄武巖，屬中層大型巖質滑坡，滑坡主滑方向平行于邊坡坡向(304°)。

2)滑體物質主要為強～弱風化玄武巖，變形強烈。滑動帶(面)沿層面、節理面等軟弱結構面發育，呈折線形。滑床主要由強～弱風化玄武巖構成。

3)滑坡地形條件、巖土條件、構造條件(結構面)、水文地質條件是滑坡發生的基礎條件，其中地形因素及軟弱結構面是重要影響因素。滑坡誘發因素主要是公路建設深切開挖。

4)滑坡破壞模式為風化玄武巖體沿軟弱結構面發生從坡腳剪出的整體滑動，在整體變形過程中，局部坡面會發生楔形破壞，滑坡力學性質為推移式。

5)目前滑坡處于初滑階段，滑坡整體不穩定，局部欠穩定，滑坡易向劇滑方向發展，擴大滑坡范圍及規模，加大危害性及治理難度，應及早治理。

6)滑坡直接對公路路段造成破壞和掩埋，危害性大，滑坡防治工程等級屬Ⅰ級。