楊志剛　何　云

(1.貴州高速公路集團(tuán)有限公司　貴陽(yáng)　550009；　2.貴州省交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)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(jī)理分析

楊志剛1何云2

(1.貴州高速公路集團(tuán)有限公司貴陽(yáng)550009；2.貴州省交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)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(duì)象，對(duì)該滑坡變形破壞機(jī)理進(jìn)行分析及研究。研究結(jié)果表明，滑坡區(qū)地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，地層巖性軟弱為滑坡的變形破壞基礎(chǔ)原因，開(kāi)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(jí)滑坡。結(jié)合深層位移監(jiān)測(cè)曲線，實(shí)現(xiàn)了滑坡變形破壞的過(guò)程分析。

關(guān)鍵詞滑坡變形破壞機(jī)理深層位移監(jiān)測(cè)穩(wěn)定性分析

滑坡實(shí)質(zhì)上是邊坡坡體漸進(jìn)、動(dòng)態(tài)破壞的過(guò)程[1]，同時(shí)滑坡治理工程是一項(xiàng)復(fù)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(xué)性質(zhì)、地應(yīng)力、降雨、工程擾動(dòng)、時(shí)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(fù)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(duì)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(hù)對(duì)象的重要性：針對(duì)被保護(hù)對(duì)象的重要性不同，對(duì)于滑坡處治要求也不同?；碌淖冃纹茐臋C(jī)理分析和研究是滑坡治理工程中的核心內(nèi)容，準(zhǔn)確地認(rèn)識(shí)滑坡變形破壞機(jī)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(duì)象，基于滑坡的動(dòng)態(tài)漸進(jìn)破壞的視角，結(jié)合滑坡的深層位移監(jiān)測(cè)，對(duì)該滑坡影響因素、滑坡變形演化過(guò)程進(jìn)行分析，揭示該滑坡變形破壞機(jī)理，為該滑坡治理工程奠定了基礎(chǔ)，同時(shí)對(duì)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(shì)起伏大，地表受剝蝕、溶蝕作用強(qiáng)烈，為剝蝕、溶蝕型低山地貌，坡體植被較發(fā)育，多為耕地。場(chǎng)區(qū)地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，有一向斜及斷層通過(guò)，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(chǎng)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(guò)滑坡區(qū)，其地表相對(duì)高差約162m。滑坡區(qū)地形見(jiàn)圖1。

圖1　滑坡區(qū)地形圖

通過(guò)該滑坡的路基邊坡原設(shè)計(jì)為六級(jí)邊坡， 第一級(jí)坡比1∶1.25，第二～六級(jí)坡比1∶1.5，邊坡高度最高約53m，于邊坡坡腳設(shè)置擋墻，第一級(jí)平臺(tái)設(shè)置抗滑樁，2～4級(jí)平臺(tái)設(shè)置鋼管樁。邊坡原設(shè)計(jì)斷面見(jiàn)圖2。

圖2　邊坡原設(shè)計(jì)圖

該邊坡于2013年9月開(kāi)始開(kāi)挖，2013年12月底開(kāi)挖至第一級(jí)平臺(tái)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(jí)加寬延伸，形成錯(cuò)臺(tái)，后緣裂縫已閉合成圈椅狀，且該裂縫繼續(xù)向后擴(kuò)展。同時(shí)，第二、三級(jí)坡面局部產(chǎn)生鼓脹現(xiàn)象，第一級(jí)平臺(tái)外側(cè)路基有隆起現(xiàn)象。至2014年4月，一級(jí)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(cuò)距達(dá)1.7m。據(jù)此對(duì)原設(shè)計(jì)進(jìn)行了變更設(shè)計(jì)，采用“抗滑樁+擋墻+清方+坡面防護(hù)+截排水工程”的綜合滑坡治理措施，第一次變更設(shè)計(jì)斷面見(jiàn)圖3。

圖3　第一次變更設(shè)計(jì)圖

2014年5月至8月，隨著路基開(kāi)挖切腳及強(qiáng)降雨的共同作用下，滑坡變形破壞進(jìn)一步擴(kuò)展，一級(jí)滑坡變形增大。2014年11月，在一級(jí)滑坡的牽引作用下，滑坡后緣巖土體產(chǎn)生滑動(dòng)，裂縫后緣擴(kuò)展至距路中線380m處，形成二級(jí)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(qiáng)風(fēng)化砂巖夾炭質(zhì)泥巖；④中風(fēng)化砂巖夾炭質(zhì)泥巖?；聟^(qū)主滑面地質(zhì)圖見(jiàn)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(jí)滑坡形成階段，一級(jí)滑坡前緣寬約260m，滑坡面積約45 000m2，最大滑面深度達(dá)35.5 m，平均厚度約18.2 m，滑坡體積約82萬(wàn)m3，屬大型滑坡。2014年5月至8月該滑坡處于蠕動(dòng)變形階段。2014年9月至11月由于一級(jí)滑坡變形擴(kuò)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(tái)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(kuò)大了120 m，滑坡面積為60 140 m2，擴(kuò)大了約15 000 m2。根據(jù)鉆孔深層位移監(jiān)測(cè)，此階段滑坡體滑動(dòng)面位置尚未下移、深度規(guī)模尚未擴(kuò)大。此時(shí)，滑坡體積擴(kuò)大至100萬(wàn)m3，屬大型滑坡。

2.2滑坡地質(zhì)結(jié)構(gòu)特征

對(duì)相關(guān)勘察及監(jiān)測(cè)資料進(jìn)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(cè)結(jié)果，滑坡內(nèi)部發(fā)育兩級(jí)滑動(dòng)面，一級(jí)滑動(dòng)面位于坡積層與崩積層接觸面附近，最大深度為22.5m，滑動(dòng)面物質(zhì)主要為坡面殘積層角礫土；二級(jí)滑動(dòng)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(dòng)，滑動(dòng)面物質(zhì)主要為崩積層塊石土，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)鉆探揭露滑動(dòng)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(jī)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(duì)該滑坡的影響因素分析如下：

(1) 自然因素

①地質(zhì)構(gòu)造?；聟^(qū)地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，路段區(qū)巖體節(jié)理極發(fā)育，巖體極破碎。同時(shí)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(duì)坡體而言整體呈順傾的趨勢(shì)。

②地層巖性?；麦w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(qiáng)的透水性，受降雨下滲及地下水的作用其力學(xué)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(qiáng)度指標(biāo)將明顯弱化。

③大氣降雨?；聟^(qū)整體為單斜地貌，后緣山體為蓄水構(gòu)造，匯水面積大，場(chǎng)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(zhǎng)期受到地下水的軟化作用。

(2) 人為因素

①開(kāi)挖切腳。線路以深路塹方式從堆積體中前部通過(guò)，對(duì)堆積體形成開(kāi)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(duì)坡體進(jìn)行清方的施工工序，未能有效控制滑坡變形，同時(shí)滑坡施工過(guò)程中對(duì)下部巖體擾動(dòng)大、降低了錨固段的抗力，進(jìn)一步削弱了抗滑樁的抗滑能力。

3.2監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析

本次滑坡治理開(kāi)展了深層位移監(jiān)測(cè)工作，選取主滑斷面上的4個(gè)監(jiān)測(cè)孔(監(jiān)測(cè)孔布置位置如圖4所示)進(jìn)行分析，其深部位移測(cè)斜曲線見(jiàn)圖5。

圖5　主滑面監(jiān)測(cè)孔深部位移測(cè)斜曲線

圖5所示深部位移測(cè)斜曲線反映了二級(jí)滑坡形成后滑體的變形特征，從圖中可看出，監(jiān)測(cè)前期滑坡變形速率相對(duì)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(cè)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(duì)滑坡的滑動(dòng)面位置進(jìn)行分析。JCK01，JCK02，JCK04+1監(jiān)測(cè)曲線均表示滑體為單級(jí)滑動(dòng)模式，滑動(dòng)面深度分別為25，18和15m；JCK03監(jiān)測(cè)曲線表示滑體呈現(xiàn)出多級(jí)滑動(dòng)模式，上、下級(jí)滑動(dòng)面深度分別為12和24m。根據(jù)深部位移監(jiān)測(cè)曲線得出的滑面見(jiàn)圖4。

3.3滑坡變形破壞機(jī)理

滑坡變形總體分為2個(gè)階段，即一級(jí)滑坡形成階段與二級(jí)滑坡形成階段。

(1) 一級(jí)滑坡變形破壞機(jī)理

高速公路以深路塹的形式從堆積體中前部通過(guò)，路基中線最大開(kāi)挖深度約為31m，2013年9月底開(kāi)始在堆積體前緣大挖方施工，2013年底已開(kāi)挖至一級(jí)平臺(tái)，開(kāi)挖過(guò)程中堆積體卸荷松動(dòng)，失去了前緣抗力，從而導(dǎo)致堆積體向路基方向產(chǎn)生變形。2014年2月施工抗滑樁過(guò)程中護(hù)壁變形強(qiáng)烈，開(kāi)挖后對(duì)基坑采用棄渣進(jìn)行回填，對(duì)土體擾動(dòng)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(dǎo)致巖土體物理力學(xué)參數(shù)降低，且2014年3月初重新施工抗滑樁，此時(shí)支擋體系尚未形成，無(wú)法提供有效的支護(hù)抗力，坡體持續(xù)變形最終導(dǎo)致一級(jí)滑坡形成。

(2) 二級(jí)滑坡變形破壞機(jī)理

結(jié)合圖6所示抗滑樁樁頂合成方向相對(duì)位移-時(shí)間變化曲線對(duì)二級(jí)滑坡形成機(jī)理進(jìn)行分析，該曲線呈現(xiàn)出明顯的臺(tái)階狀，表明滑坡在降雨及工程擾動(dòng)等作用下，位移隨著時(shí)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(xì)地研究二級(jí)滑坡形成機(jī)理，根據(jù)位移變化速率將該曲線劃分為5個(gè)階段(圖中所示A、B、C、D、E)，以下分別進(jìn)行分析。

圖6　抗滑樁樁頂相對(duì)位移-時(shí)間變化曲線

①A階段。 2014年5月開(kāi)始按第一次變更設(shè)計(jì)方案施工，實(shí)際施工過(guò)程按先施工抗滑樁后清方的步驟進(jìn)行，2014年9月在欠挖10萬(wàn)方情況下開(kāi)挖路基，導(dǎo)致滑坡開(kāi)始加速變形，后緣裂縫擴(kuò)大，抗滑樁嵌固段巖體擾動(dòng)、抗滑樁抗滑能力降低，進(jìn)一步擾動(dòng)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(duì)滑坡前緣進(jìn)行回填反壓增加滑坡前緣抗力，同時(shí)對(duì)坡體欠挖方量進(jìn)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(duì)滑坡前緣回填反壓土體進(jìn)行清除，同時(shí)開(kāi)挖至路基設(shè)計(jì)標(biāo)高。2014年10月28日的強(qiáng)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(qiáng)度持續(xù)降低致使坡體抗滑力驟降，同時(shí)滑體重度增大使得下滑力增大，此時(shí)滑坡下滑力大于抗滑力，滑坡后緣裂縫擴(kuò)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(duì)滑坡前緣進(jìn)行回填反壓，同時(shí)緊急施工圓形抗滑樁對(duì)滑坡進(jìn)行支擋，此時(shí)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(kuò)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(duì)滑坡影響因素及滑坡變形破壞機(jī)理的分析表明，滑坡區(qū)地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，滑體主要為破碎及強(qiáng)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(chǔ)。開(kāi)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(kāi)挖切腳、施工工序及降雨作用等對(duì)滑坡的影響是可以采取有效措施進(jìn)行避免的。

4　結(jié)論

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

(1) 滑坡變形破壞是一個(gè)動(dòng)態(tài)、漸進(jìn)性破壞的過(guò)程，該滑坡的變性破壞模式為：開(kāi)挖切腳減小滑體前緣抗力，在強(qiáng)降雨及地下水作用下滑帶抗剪強(qiáng)度降低，滑體中部沿軟弱帶滑移，滑體后緣受張拉應(yīng)力形成張拉裂隙面，同時(shí)在一級(jí)滑坡的牽引作用下形成了二級(jí)滑坡。

(2) 結(jié)合深層位移監(jiān)測(cè)曲線及抗滑樁樁頂相對(duì)位移-時(shí)間曲線對(duì)滑坡變形破壞機(jī)理進(jìn)行分析，確定了滑面位置，同時(shí)分析了開(kāi)挖切腳、降雨、施工過(guò)程等因素對(duì)滑坡變形破壞的影響。

(3) 避免大規(guī)模的坡腳開(kāi)挖，采取科學(xué)合理的施工工序并結(jié)合良好的截排水措施，對(duì)于滑坡的防治工程來(lái)說(shuō)是十分必要的。

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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