劉大雷

（安徽省引江濟淮集團有限公司，安徽 合肥 230000）

在公路、水利和礦山工程的邊坡建設(shè)中，膨脹性土石混合體是一個影響工程穩(wěn)定與安全的突出地質(zhì)隱患[1]。作為一種特殊的巖土體，膨脹土最大的物理力學(xué)特點是遇水容易發(fā)生理化反應(yīng)，吸水時體積擴張，失水后體積收縮，遇水后同時具有易軟化、崩解和泥化的特性[2,3]。其膨脹性對于濕熱環(huán)境的變化非常敏感，常因為賦存狀態(tài)的改變而出現(xiàn)明顯的脹縮變形，致使弱膨脹性土石混合體地區(qū)的巖土工程發(fā)生邊坡滑塌、地基沉降變形過大和地下洞室開裂等重大危害[4]。

近年來，隨著近年來我國高速公路工程相繼開工建設(shè)，邊坡出現(xiàn)滑動的現(xiàn)象日益突出，造成的危害也不斷擴大，出現(xiàn)了多起公路邊坡巖土體發(fā)生滑塌的現(xiàn)象[5,6]。于此同時，通過大量滑坡現(xiàn)象的分析，發(fā)現(xiàn)支護條件保持一致的前提下，邊坡陽面（陽坡）的穩(wěn)定性通常都比邊坡陰面（陰坡）更小，滑坡時陽面的巖土體往往先產(chǎn)生滑動。

對于膨脹性巖土體邊坡的穩(wěn)定性問題研究，前人的研究主要圍繞邊坡的穩(wěn)定性分析，邊坡產(chǎn)生變形的變化規(guī)律和邊坡防護措施三個方面展開。例如孔令偉等[7]通過在膨脹土邊坡上建立監(jiān)測系統(tǒng)，獲取了邊坡隨著氣溫變化、含水率以及時間的變化規(guī)律，得到降水是膨脹土邊坡失穩(wěn)的最主要原因；李三川等[8]認(rèn)為土石混合體邊坡的失穩(wěn)破壞主要是由于水對巖土體的軟化作用；夏炎等[9]對抗滑樁是否可以有效提高膨脹土邊坡的穩(wěn)定性安全系數(shù)展開了研究,得到抗滑樁的位置與邊坡的安全系數(shù)大小有密切關(guān)系。殷宗澤等[10]通過研究發(fā)現(xiàn)膨脹土的滑坡具有一定方向性。然而對于邊坡朝向作用于膨脹性巖土體邊坡穩(wěn)定性的影響機制和規(guī)律鮮有報道[11]。

綜上所述，環(huán)境因素是影響膨脹土邊坡穩(wěn)定性的最主要因素而環(huán)境的氣候條件在一定程度上受到坡向的影響。本文基于公路邊坡滑坡體的地質(zhì)特點，系統(tǒng)地闡述了邊坡坡向?qū)τ谂蛎浶酝馏w邊坡的穩(wěn)定性影響，以期加深工程中氣候環(huán)境對于膨脹性巖土邊坡的災(zāi)害機理的認(rèn)知，了解弱膨脹性土石混合體邊坡滑坡的內(nèi)在機制，從而為獲取邊坡防護的有效方法提供參考。

1 滑坡時陰陽坡的顯現(xiàn)特征

1.1 陰陽坡的介紹

我國的勞動人民經(jīng)過長期生產(chǎn)實踐過程，很久以前就已經(jīng)注意到陰陽坡的差異問題。一般認(rèn)為“山之南為陽；山之北為陰”，即坡面以南為陽坡，坡面以北為陰坡[12]。而有學(xué)者[13，14]認(rèn)為陰坡和陽坡不僅是指邊坡的南北面，只要因為坡向差異造成坡體兩面具有明顯溫差異，都可以看成陰陽坡，其中，陽坡是溫度較高的一側(cè)，陰坡是溫度較低的一側(cè)，可以用太陽輻射量來區(qū)分陰陽坡。我國由于位于北半球，依靠邊坡自身的遮蔽作用，太陽輻射量以此排序為南坡最大，西南和東南坡次之，東坡、西坡、西北坡和東北坡依次減小，北坡的輻射量最小，因此在地質(zhì)上一般稱南坡、西南坡和東南坡為陽坡，稱北坡、西北和東北坡為陰坡。

1.2 滑坡體陰陽面的差異

在常人看來僅僅一坡之隔的兩個坡面由于地質(zhì)條件相似，其巖土體性質(zhì)的差異應(yīng)該不會過大。然而從大量滑坡事件的分析總結(jié)中來看，坡向?qū)τ谶吰禄绊戄^大。圖1和圖2所示的是一處邊坡在同一時期產(chǎn)生滑坡的陰面和陽面。從圖中不難看出邊坡體在突降暴雨之后邊坡陽面發(fā)生滑動， 滑坡段的長度為 127m。從二者的實拍圖來看陽面的巖土體邊坡滑塌的嚴(yán)重程度比陰面大得多，在陽坡已經(jīng)出現(xiàn)明顯滑動面，坡面巖土體已經(jīng)明顯崩塌的同時，陰面仍然保持比較完整的邊坡結(jié)構(gòu)。另外由于我國的建筑通常建在采光和通風(fēng)條件相對較好的陽面邊坡上，盡量避開選址在陰坡，相關(guān)配套設(shè)施也主要在陽坡上建設(shè)。因此無論從地質(zhì)條件還是實際工程的角度，邊坡陽面的安全隱患比陰面更大。由此可見，邊坡坡向效應(yīng)對于其穩(wěn)定性和安全施工建設(shè)具有顯著的影響，深入了解邊坡坡向效應(yīng)的規(guī)律和內(nèi)在機制有重要的實際意義。

圖1 邊坡發(fā)生滑塌的陽面

圖2 邊坡發(fā)生滑塌的陰面

2 滑坡坡向效應(yīng)的機制淺析

2.1 膨脹土滑坡的內(nèi)在機制

通過地質(zhì)調(diào)查知道該地區(qū)的巖土體具有強烈的遇水敏感性，在干燥條件下巖土體的強度較高，經(jīng)過水的入滲后發(fā)生物理化學(xué)變化導(dǎo)致體積膨脹，并且強度大幅降低。從圖3的掃描電鏡（SEM）的圖像可以看出該地區(qū)的弱膨脹性巖土混合體試樣內(nèi)部具有大量的裂隙，且有明顯的層理方向性。在邊坡開挖過程中，邊坡內(nèi)部的裂隙形成降雨入滲的通道，使得弱膨脹性巖土混合體的抗剪強度指標(biāo)大大降低，邊坡坡體的抗滑力迅速下降。因此，該地區(qū)的滑坡事故通常發(fā)生在暴雨后，大量的降水是膨脹性巖土邊坡產(chǎn)生滑動的直接誘因。而巖土體在歷史過程中的環(huán)境影響效應(yīng)和開挖、卸荷帶來的影響使弱膨脹性巖土混合體的基本性狀逐漸產(chǎn)生變異，形成大量內(nèi)部裂隙和潛在裂隙，這是該地區(qū)發(fā)生山體滑坡的最主要內(nèi)在原因。

圖3 膨脹土 的SEM圖像

2.2 膨脹土體滑坡坡面效應(yīng)的機制淺析

從圖5和圖6所示的滑坡體陽面和陰面揭露出來的膨脹性土體的實拍圖可以看出：陽坡滑坡體揭露出的巖土體的膨脹土體呈紅褐色，表面的裂隙非常發(fā)育，結(jié)構(gòu)很疏松，易破碎；而陰面的巖土體呈黃褐色，節(jié)理為層狀構(gòu)造，質(zhì)地較為堅硬，巖土結(jié)構(gòu)的完整性較高。由此可見，由于坡面朝向的不同，該地區(qū)的膨脹性巖土體的物理和化學(xué)性質(zhì)出現(xiàn)了較大的分異，這種分異對于巖土體邊坡保持整體穩(wěn)定性有顯著的影響。

以上述參考圖中邊坡的地質(zhì)勘查報告顯示滑坡帶的邊坡走向為 NE19°，其左邊的傾向指向東南面，為陽坡；右坡的傾向指向西北面，為陰坡。邊坡內(nèi)部充填大量膨脹性巖土體，土體中的裂隙十分發(fā)育。從圖7可以看出，邊坡裂隙的傾向玫瑰圖顯示裂隙在東南方向為優(yōu)勢傾向，即裂隙在陽坡內(nèi)的分布明顯多于陰面。

從上面我們可以知道我國山區(qū)陰坡和陽坡的氣候條件往往會存在比較明顯的差別。因此，由氣候條件形成的不同輻射強度、降雨量、溫濕度及植被等因素會對邊坡穩(wěn)定性產(chǎn)生直接影響，并以滑坡的方式反作用于邊坡的地質(zhì)地貌形態(tài)。通常，邊坡陽面的光照持續(xù)時間長，輻射強度大，降水量大，溫濕度變化也較大，而邊坡陰面則相反，并且其巖土體的含水量高，土壤較為肥沃，植被也比較茂密。 由于光照、溫度和降雨量的差異性導(dǎo)致吉林省延邊地區(qū)的陽坡土石混合體內(nèi)所積聚熱能比陰坡多，造成凍土和積雪更易融化，巖土體吸濕脫濕更加頻繁，因此陽坡更易產(chǎn)生夜凍晝?nèi)诤透蓾裱h(huán)的現(xiàn)象。較之陰坡，陽坡的巖土體內(nèi)部形成了大量原生裂隙，對邊坡的穩(wěn)定和安全造成隱患。

基于以上對膨脹性土體滑坡的坡向效應(yīng)分析，本文得出降水是邊坡產(chǎn)生滑動的直接誘因，裂隙是該滑坡的內(nèi)在原因，而陽坡的裂隙數(shù)量明顯多于陰面，這是邊坡的坡面效應(yīng)的根本原因。故在邊坡開挖，特別是邊坡陽面開挖后應(yīng)當(dāng)及時建造地表和地下的排水設(shè)施，防止大量地表水入滲，并加快坡體內(nèi)部的排水速度；同時，為了防止邊坡的坡體出現(xiàn)大量干縮裂隙，也要保證巖土體內(nèi)含水率不能過低。對于我國季節(jié)性凍土區(qū)的膨脹性巖土體邊坡，在采取防排水和保濕措施的同時，也要注意對邊坡進行保溫，避免坡體產(chǎn)生劇烈的溫度變化。因此，在該地區(qū)邊坡開挖的過程中，應(yīng)當(dāng)注意加強對施工現(xiàn)場的氣象監(jiān)測和及時采取應(yīng)對氣象變化影響的措施。

圖4 滑坡體陽面揭露的膨脹性巖土體

圖5 陰面面揭露的膨脹性巖土體

圖6 邊坡裂隙的風(fēng)向玫瑰圖

3 總結(jié)

本文通過對工程現(xiàn)場的調(diào)查和相關(guān)資料的整理，探討了膨脹性巖土體滑坡坡向效應(yīng)的特點，分析了膨脹性巖土邊坡的滑塌機制，主要認(rèn)識如下：

（1）在公路、水利和礦山等工程的邊坡建設(shè)中，膨脹土體是一個影響工程穩(wěn)定與安全的突出地質(zhì)安全隱患，邊坡的朝向?qū)τ谂蛎浲吝吰碌姆€(wěn)定性有重要影響。

（2）膨脹土邊坡的滑坡事故通常發(fā)生在暴雨后，大量的降水是產(chǎn)生滑動的直接誘因。而環(huán)境和開挖、卸荷的影響使膨脹土內(nèi)部形成大量原生和次生裂隙，是該地區(qū)發(fā)生山體滑坡的最主要內(nèi)在原因。

（3）我國山區(qū)的膨脹性巖土體邊坡受到坡向影響，邊坡陽面穩(wěn)定性比陰面小，事故發(fā)生時通常是陽面先出現(xiàn)滑塌。因此，對膨脹土邊坡，特別是邊坡陽面應(yīng)當(dāng)進行合理的防護，在季節(jié)性凍土地區(qū)，采取防排水和保濕措施的同時，也要注意對邊坡進行保溫。