樊云龍，董元帥，侯 蕓 ，張 濤

（1.中國公路工程咨詢集團有限公司，北京 100089；2.中咨公路養(yǎng)護檢測技術(shù)有限公司，北京 100089；3.中南林業(yè)科技大學(xué) 土木工程學(xué)院，湖南 長沙 410000）

交通基礎(chǔ)設(shè)施的逐步完善是引導(dǎo)我國西部經(jīng)濟大發(fā)展的重要先行基礎(chǔ)，因此，為加快國家重大戰(zhàn)略政策的實施，高速公路作為陸路交通大動脈正不斷向云南等偏遠(yuǎn)地區(qū)延伸。然而，西南地區(qū)具有山嶺深谷分布廣泛的地形特點，道路修筑多采用路塹挖方、橋梁和隧道等形式，同時沿線地表生態(tài)環(huán)境脆弱，處治不當(dāng)易誘發(fā)較嚴(yán)重的地質(zhì)災(zāi)變和安全隱患[1]。尤其是部分路塹位于高陡邊坡一側(cè)，在強降雨和地震作用下，邊坡土體結(jié)構(gòu)時有崩塌或滑移，威脅著高速公路行車和周邊居民的人身財產(chǎn)安全[2]。

目前，國內(nèi)許多道路與巖土領(lǐng)域?qū)＜裔槍ν临|(zhì)高邊坡的穩(wěn)定性問題開展了現(xiàn)場和試驗研究[3]：陳洪江等[4]分析了考慮降雨條件下臨離高速黃土邊坡的穩(wěn)定性，得出土的滲透性和降雨強度等對邊坡的安全系數(shù)具有重要影響。李雨倩等[5]利用動三軸測定黃土的動力特征，并建立了地震荷載下的邊坡有限元計算模型，發(fā)現(xiàn)水平推力對邊坡破壞的作用較大。方薇等[6]利用FLAC 3D軟件分析了不同材料和加固方式對土質(zhì)高邊坡的失穩(wěn)變形影響。以上分析案例都是將力學(xué)計算與實例進行對比，就邊坡安全的個別影響因素和部分成熟的加固經(jīng)驗進行探討，沒有較完整的歸納出土質(zhì)邊坡的主要破壞形式和處治措施。

文章通過調(diào)研云南省東北部某高速公路部分路塹路段，結(jié)合現(xiàn)場和已有研究成果，對典型路塹土質(zhì)高邊坡的不同類型破壞形式進行了總結(jié)，并就沿線的病害情況提出了相應(yīng)的處治措施，為工程人員提供具體的建議和參考。

1 典型路塹邊坡穩(wěn)定性的影響因素

1.1 公路沿線地質(zhì)環(huán)境

西南某高速公路作為國家高速公路網(wǎng)中的一條重要組成干道，地形起伏，橋隧比高，地處滇黔交界，與貴州某高速段相接，終于滇川界，是銜接云南、四川和貴州三省的交通要道。調(diào)研路段地處云貴高原向四川西南部山脈過渡，沿線地形多為山地，路網(wǎng)破碎，并途經(jīng)金沙江呈西高東低走勢，侵蝕顯著，地貌形態(tài)主要為構(gòu)造溶蝕高山峽谷地貌和構(gòu)造侵蝕低-中山地貌。全區(qū)域巖性分布明顯，主要區(qū)域為震旦系—二疊系灰?guī)r和白云巖等堅硬巖石出露，地形特征以陡峻山丘、深切河谷為主，山脈河谷復(fù)雜交錯、起伏劇烈，構(gòu)造發(fā)育；魯?shù)榕璧剡吘壯匦陛S部發(fā)育，多為二疊系的玄武巖，大部山包平緩開闊，上覆棕紅、紅黏土，溝溪發(fā)育。

圖1 地震動峰值簡圖

調(diào)研路段需穿過龍頭山高烈度頻震區(qū)（見圖1），位于“魯?shù)?.03”震中附近，且根據(jù)《中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖》（GB 18306—2015），全區(qū)域地震烈度為VII，震動峰值加速度為0.15g，動反應(yīng)圖譜特征周期為0.45s，斷裂構(gòu)造、區(qū)域穩(wěn)定性較差。因此，全路段設(shè)計應(yīng)按照規(guī)定進行地震設(shè)防。

1.2 典型的穩(wěn)定性影響因素

項目組對合同段附近的邊坡進行調(diào)查，發(fā)現(xiàn)在路塹位置存在3～4個不穩(wěn)定的人工開挖斜坡。其地貌特征為基巖或表層土裸露，易受風(fēng)化。坡體主要由黏土和碎石塊組成，下伏基巖多見泥質(zhì)白云巖，在強降雨的沖刷作用下，局部坡面會出現(xiàn)剪切破壞，表現(xiàn)為滑坡和崩塌。對調(diào)查路段邊坡周圍的環(huán)境和典型影響因素歸納如下。

（1）環(huán)境和地表情況。自然環(huán)境是直接造成邊坡垮塌的外部因素，其中降雨條件是占比最大也最常見的因素。在局部強降雨條件下，引起坡體內(nèi)非飽和土的濕度和地下水位大幅度上升，動靜水壓力作用隨之發(fā)生改變，土體的抗剪強度也顯著下降。與此同時，若地表植被覆蓋較少，就易受地表徑流影響，從而沖刷造成表層土的大量流失，并產(chǎn)生裂隙，或在坡表形成“V”形的溝壑，坡面幾何形狀發(fā)生變化，整體穩(wěn)定性逐漸降低，十分不利于邊坡的安全。除強降雨和植被覆蓋少的不利條件外，邊坡的影響因素還包括凍融作用、風(fēng)化作用等一系列自然氣候條件。調(diào)查區(qū)內(nèi)屬于顯著的高原性氣候，干雨季區(qū)分、季節(jié)性溫差較大，年平均濕度在80%左右，年平均降雨量受高程影響，降雨量在720～1058mm，穩(wěn)定性分析時需要考慮地形陡峻山區(qū)可能的暴雨不利條件。

（2）地層構(gòu)造和土質(zhì)。通過野外調(diào)查和地質(zhì)資料，項目組發(fā)現(xiàn)公路沿線斷裂構(gòu)造活動強烈，局部地區(qū)兩側(cè)山體呈現(xiàn)高陡的高山峽谷地貌，不良地質(zhì)作用較發(fā)育，易發(fā)生落石和泥石流等地質(zhì)災(zāi)害。同時，由于路塹部位需開挖坡體，受不同地層影響，其土質(zhì)不盡相同。例如，調(diào)研某路段，邊坡表面為碎屑土或紅黏土、下伏基巖為砂巖夾泥等脆弱軟巖，透水性較好，一旦含水層遇水飽和，極易促成邊坡滑移、失穩(wěn)破壞。

（3）荷載和地震作用。土質(zhì)邊坡易受外部荷載作用而發(fā)生應(yīng)力重分布，打破原有的平衡狀態(tài)，特別在地震的作用下，造成土體內(nèi)部擾動、黏結(jié)力和抗剪強度下降，同時地震加速度下邊坡慣性力增大，導(dǎo)致脆弱坡體整體向下滑移，安全折減系數(shù)降低，進而引發(fā)邊坡臨空向失穩(wěn)。外力作用還需注意在施工工程中進行的坡頂堆載、爆破振動和機械振動等人為因素，其可能會給原本破碎的邊坡環(huán)境帶來不可預(yù)料的次生災(zāi)害。

2 土質(zhì)高邊坡破壞模式與分析方法

土質(zhì)邊坡的破壞過程可以分為變形和破壞兩個階段。在上述因素的影響下，邊坡土體發(fā)生變形，以達到應(yīng)力平衡的要求，但是當(dāng)變形達到一定程度時，其變形仍無法使得邊坡土體內(nèi)力達到平衡狀態(tài)，這就導(dǎo)致在坡度最弱的部分會產(chǎn)生穿透性的斷裂面，從而引起坡體發(fā)生位移過程，即邊坡失穩(wěn)。因此，合理設(shè)計和加固土質(zhì)邊坡是保證邊坡穩(wěn)定的重要途徑。下面就調(diào)研區(qū)域主要的三種邊坡破壞形式（見圖2）及其形成機理法進行分析。

2.1 崩塌的作用機制

崩塌破壞是指邊坡土體從上到下的塌落現(xiàn)象，也是最常見的一種邊坡破壞模式。通常情況下，斜坡頂部的土體受外部因素及其自身土壤性質(zhì)的影響，其土體會由于張拉力作用在坡體中產(chǎn)生裂縫并沿新的面塌陷，而沒有固定的滑動面。這種破壞通常發(fā)生在坡度較大的黃土斜坡和紅黏土斜坡上，破壞迅速。在降雨的作用下，崩塌土體迅速離開坡體，雖然破壞的作用點多，但規(guī)模一般較小，土體滑動距離較短，破壞程度不大。

圖2 三種邊坡破壞模式的典型斷面

2.2 滑坡的作用機制

滑坡破壞是指斜坡土體在重力作用下沿著最薄弱的面整體滑落現(xiàn)象。滑坡破壞具有典型的斷面形式，其軟弱滑面已從坡頂延伸到坡腳，形式可以由滑體、滑帶和滑床三個部分組成。其成因主要取決于環(huán)境因素的影響，經(jīng)歷時間較長。不同類型的土體具有不同的滑動面形式，主要的滑動面形式為圓弧，折線和復(fù)合型。這些破壞都有一個共同點，即滑坡內(nèi)部存在一條較弱的滑帶（平面），其強度遠(yuǎn)小于其他組成部分的強度，因此滑坡沿滑帶（平面）發(fā)生?；w的厚度是不一樣的，有些薄到幾厘米，有些厚到幾十米。當(dāng)滑坡的前緣剪切一條滑帶時，可以認(rèn)為滑坡已經(jīng)形成并進入活躍期，但是不同滑坡發(fā)展的每個階段都不相同，需要加以辨別。

2.3 坍塌的作用機制

坍塌破壞也是在調(diào)查區(qū)發(fā)生的破壞模式之一。一般而言，這種破壞多發(fā)育在坡度較大的斜坡的頂部和中部上，局部土體在自重作用下隨著滑動面出現(xiàn)破壞的現(xiàn)象，同時具有滑動和塌陷的特征。在雨雪或地下水的作用下，邊坡濕滑導(dǎo)致強度降低，坡體由于無法承受重量局部突然滑動，從而出現(xiàn)滑坡。坍塌破壞與崩塌模式的作用有所區(qū)別，其形態(tài)特征包括局部滑動面和塌陷過程中存在土體拉斷。由于坍塌沒有固定滑動面，因此又不同于淺層滑坡。

3 主要處治措施和適用條件

以下在總結(jié)土質(zhì)邊坡的幾種常見破壞形式基礎(chǔ)上，結(jié)合西南高速公路項目的治理經(jīng)驗，就路塹工程中邊坡治理的一些加固處治和適用特點進行描述。

在實際處治措施選擇時，應(yīng)當(dāng)按照治理邊坡的地質(zhì)環(huán)境和主要成因機理，確定可能的失穩(wěn)情況，因坡制宜、對癥下藥，選取相應(yīng)的有效處治方法。目前，我國的主要邊坡處治措施有4種。

（1）幾何坡率法。在地形允許的條件下，可以考慮在設(shè)計過程中控制邊坡高度并放緩坡率為1∶2.5～1∶2.0，以提高其自身的穩(wěn)定度，保證邊坡處于平衡狀態(tài)。該方法的運用需要較大的作業(yè)空間，并因棄置廢土而占用土地資源，增加了實際工程的施工費用，具有一定的局限性。同時，由于調(diào)研道路周圍多高山河谷，高度起伏復(fù)雜，施工難度大，因此坡率法通常僅作為一種輔助措施被采用，在地形和設(shè)計允許范圍內(nèi)，用于削減高陡邊坡的坡角和部分潛在滑體的重量。

（2）支擋加固法。這是調(diào)研道路現(xiàn)場施工中最常用的處治方法，通過設(shè)置一些支擋結(jié)構(gòu)或加固措施，以提高巖土體的整體性，或增強坡體的抗滑能力。主要的支擋加固措施及其適用范圍見表1。

（3）疏干排水法。從邊坡的影響因素可知，降雨條件和地下水位是主導(dǎo)邊坡失穩(wěn)破壞的重要因素。為預(yù)防強降雨對脆弱邊坡的垮塌、沖刷破壞，需要設(shè)置合理的疏排水措施，從而保證邊坡表層徑流的迅速排走以及內(nèi)部滲水在一定水位范圍。因此，排水系統(tǒng)的設(shè)計也是至關(guān)重要的，要結(jié)合沿線降雨的持續(xù)時間和流域面積的影響，考慮各種地表和地下排水設(shè)施的作用，以盡量降低降雨和邊坡濕化的影響。

表1 支擋結(jié)構(gòu)和加固工程

（4）坡面防護法。由于路塹邊坡的施工開挖導(dǎo)致大量表層土體裸露在外，易發(fā)生崩落和受雨水沖刷破壞，因此為了美化環(huán)境、防護邊坡坡表，在施工過程中應(yīng)當(dāng)采取一定的防護措施。其中主要有抹面和噴漿為代表的封閉式防護、植被防護、骨架植物護坡等。

4 結(jié)束語

文章研究結(jié)合云南省東北部某高速公路調(diào)研結(jié)果，就其路塹土質(zhì)邊坡的地貌地質(zhì)環(huán)境、穩(wěn)定性影響因素、破壞模式及處治措施展開分析，歸納了每種邊坡破壞的作用機理，并總結(jié)了主要處治方式的特點及適用范圍，能為西南山區(qū)復(fù)雜地形條件下的高速公路設(shè)計和建設(shè)提供指導(dǎo)。