公路土質邊坡水毀破壞形式淺析

喬 俊

（山西路橋建設集團有限公司 太原設計咨詢分公司，山西 太原 030000）

1 水毀破壞的主要形式

由于黃土高原土壤質地疏松，孔隙率大，遇水極易崩解。暴雨洪水隨著坡面下泄，溝頭延伸、溝岸擴張、溝床下切等侵蝕活動異常活躍，導致滑坡、崩塌等重力侵蝕不斷加劇。筆者通過實地調查滑坡和沖刷地質災害，將該區域的滑坡和沖刷地質災害分析并劃分為以下類型：a）表層沖刷侵蝕，由于降水的作用，邊坡表面受到水流沖刷，土顆粒被水流帶走，形成較多的沖溝，嚴重破壞坡體完整性，如圖1；b）淺層漸進破壞，滑坡分布范圍廣，影響因素較多，表現為部分土體發生剝離和崩塌，此類破壞具有反復性和繼發性，如圖2；c）深層水毀破壞，當地下水位線高出坡腳后，坡后浸水面積相應擴大，滑坡體以此滑帶為滑動面向臨空面滑出，滑體包括土體和表層植被，滑動面近似為圓弧形，其破壞性及影響較大，如圖3。

圖1 表層沖刷侵蝕

圖2 淺層漸進破壞

圖3 深層水毀破壞

1.1 沖刷破壞

當降雨發生時，雨水沿著坡面自上往下流動，對邊坡表面形成沖刷。在初期，坡面徑流沖刷會在表面形成許多細溝，造成溝內土體下泄，隨后徑流攜帶大量泥沙繼續對坡面進行沖刷形成切溝，隨著沖刷的不斷進行，切溝不斷加深，并向兩側侵蝕形成“V”型深溝[1]，邊坡完整性遭到嚴重破壞，進一步塌陷的概率加大。因此，邊坡表層在裸露的情況下，非常容易受到雨水和坡面徑流的直接沖刷侵蝕。

1.2 淺層漸進性破壞

高速公路土質邊坡通常采用植被護坡，一方面是由于邊坡坡度較小（一般在30°左右）不會引起邊坡大規模失穩，另一方面則是由于植物根系在土體中互相纏繞、穿插形成網狀結構，對邊坡淺層土體產生加筋錨固作用[2]，在一定程度上會保護邊坡的完整性。同時該地區往年降水量偏少，雨水入滲深度有限，一般能保持穩定狀態。但近年來，降雨量及降雨時間顯著增加，當雨量較大，持續時間較長時，防護作用就會降低，其演變過程為淺層漸進性滑動破壞。當集中降雨發生時，由于植物的存在，一部分雨水來不及入滲便沿著植物表面形成徑流流走，其余降水則下滲進入土體中致使淺層土體黏聚力急劇減小，土體和植物根系之間的摩擦力降低，進而造成土體抗剪強度降低。并且淺層土體相較于更深的土體抗剪強度降低更大，在重力和水流的雙重作用下，部分淺層土體脫離植物根系的束縛和網固作用開始出現蠕動-拉裂-貫通-下滑的破壞過程，同時根系深度較淺的植物會隨著下滑土體一起往下滑動。隨著失去表層植被的保護，斜坡土層直接暴露在降雨的持續作用下，短時間內邊坡表層土體飽和，穩定性降低，引發又一輪的滑動，破壞機理見圖4。

圖4 邊坡淺層漸進性破壞形成機理

1.3 深層水毀破壞

雨水大量下滲，地下水在溢出帶附近匯聚，局部滯水造成水流溢出帶附近地下水位抬升，浸水面積擴大，邊坡潛在滑動面土體受水浸泡結構強度破壞，結構面軟化，靜水壓力升高，有效應力降低，斜坡體軟土化，從而容易誘發滑坡[3]，圖5為深層水毀破壞模型。

圖5 深層水毀破壞模型

2 水毀破壞的主要特征

2.1 沖刷+地下水潛蝕+靜水壓力+動水壓力

邊坡發生水毀破壞，一般會經歷表層坡面沖刷，一部分水流走，一部分水會下滲進入坡體，造成邊坡內部充水，水分會對邊坡土體造成潛蝕，并伴隨產生靜水壓力、動水壓力，導致其抗剪強度降低，由于水的存在，邊坡內部軟弱結構面將承受靜水壓力，此時的靜水壓力相當于作用在結構面上[4]，施加給滑體上浮托力，從而降低軟弱滑動面上的摩擦力。同時坡體下滑一般會伴隨產生大量豎向裂隙，又會產生水平推力，增大滑體的下滑力，增大滑塌風險。

2.2 軟化變形

山西位于黃土高原，土質邊坡中土壤類型多為黃土、紅黏土等，其具有強親水性，吸水易濕化，當坡腳處水流匯集，坡腳結構軟化破壞，從而導致坡頂下沉拉裂變形，坡后產生大量裂隙，這些裂隙又成為雨水的排泄通道進入邊坡內部。

當進入汛期后，河流流量增大，會使得原本處于穩定狀態的邊坡地下水位急劇上升，影響范圍內的土體水動力場發生變化，進而會引起重力侵蝕和水力侵蝕重疊區域應力場的響應，造成坡腳土體軟化、抗剪強度降低，最終導致滑塌。

2.3 潛在滑動結構面及其強度衰減性

土體浸泡軟化是土顆粒與土中水相互作用的結果，因此可以從土水相互作用角度分析其軟化機理。浸泡后土體的峰值黏聚力c不斷損失，主要是因為：土體黏聚力主要是土顆粒間的聯結力，天然狀態下，聯結力主要由黏粒以及顆粒表面水膜的吸附力提供，而在浸泡之后，土中黏粒不斷溶解，顆粒表面水膜變厚，吸附力持續降低，從而導致顆粒間的聯結力持續下降，最終黏聚力不斷下降。

2.4 土體崩解性

據地質資料及現場勘察，黃土特殊的物理力學性質，斜坡所含地層主要以粉粒為主，水敏性好，遇水體積含水量迅速增長，黏聚力下降，強度降低，發生軟化。由于斜坡所含地層是由黃土層與古土壤層依次順序排列，二者在滲透性、黏粒含量和滯水性等方面差異較大，黃土層的滲透性相對古土壤大得多，古土壤層相當于一個隔水層，導致地下水在土層與泥巖層接觸區形成大的滯水帶，使得接觸地帶的土層含水量增大，長期處于飽和狀態，甚至發生液化，形成易滑帶，導致抗滑力降低，增加斜坡失穩概率。

3 預防措施

a）公路設計階段，設計人員需深入現場實地調研，結合實地水文地形地貌情況，對地質薄弱處進行有針對性的防排水設計，加強坡面防護設計。

b）防護措施的選擇，需要根據實地情況合理進行。對于坡度較緩，穩定性較好的土質邊坡可直接采用植物防護，選擇恰當的邊坡綠植，植被的覆蓋會減緩雨水的直接沖刷，植被根系扎入土體具有固土的作用；對于不適合直接植樹種草的坡體，如紅黏土、碎石土質邊坡等，可采用噴混凝土植生防護；對于欠穩定的邊坡可采用工程防護和植物防護相結合的形式進行防護。總的原則就是采取相應工程措施防止水流過多滲入坡體。

4 結語

筆者結合工作實際，對公路邊坡水毀破壞形式、特征進行了分析，提出了預防措施，為以后邊坡水毀處治做出參考。

a）根據現場地質災害調查，研究區降雨和植被作用下的滑坡地質災害可以劃分為沖刷破壞、淺層漸進性破壞、深層水毀破壞等類型。

b）黃土特殊的物理力學特性，使其遇水性能會迅速軟化變形，抗滑力迅速降低導致斜坡失穩。

c）為降低邊坡破壞的概率，在設計施工管理的各個階段均應合理處治。