馬定樂，萬 琪，晏長根，潘春為，華 勇

（1.廣東交通實(shí)業(yè)投資有限公司，廣東 廣州 510000；2.長安大學(xué) 公路學(xué)院，陜西 西安 710000）

0 引言

在“交通強(qiáng)國”政策帶動下，大量的公路已延伸至地形復(fù)雜的山嶺地區(qū)，因此面臨較多地質(zhì)條件復(fù)雜的高邊坡[1-3]，如老滑坡體和斷層破碎帶邊坡。老滑坡是指發(fā)生在全新世以來，暫時處于穩(wěn)定狀態(tài)，但在河流沖刷、地震、工程開挖以及暴雨等作用下穩(wěn)定性仍然受到影響的滑坡[4-5]，一旦老滑坡體被擾動并誘發(fā)其整體復(fù)活，將對人類造成巨大的災(zāi)難。斷層帶由主斷層面與兩側(cè)破碎巖塊及若干次級斷層或破裂面組成[6]，巖土體的斷層、節(jié)理等破裂面是滑坡等地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的先決條件[7]。斷層破碎帶上的老滑坡，地質(zhì)情況非常復(fù)雜，加上開挖和強(qiáng)降雨疊加作用，極易引起老滑坡復(fù)活[8-10]。該類滑坡成因機(jī)理復(fù)雜，防護(hù)治理難度大，嚴(yán)重影響高速公路建設(shè)和行駛安全。因此，如何正確識別老滑坡體和斷層帶的地質(zhì)特征，以及老滑坡體及斷層帶對工程滑坡變形特征的分析，對進(jìn)一步處治該類滑坡病害具有重大意義。本文以廣東大潮高速公路K20工點(diǎn)滑坡整治工程為例，從邊坡的工程地形地貌、地質(zhì)條件、邊坡變形等因素分析，研究該工點(diǎn)滑坡病害成因及變形特征，并提出相應(yīng)整治措施，供類似工程參考。

1 工程概況

K20工點(diǎn)滑坡全長817m，高速項(xiàng)目里程段范圍內(nèi)主要以路基（路塹）形式通過，該處路塹開挖最高形成6級邊坡，高度57.5m。2017年11月開挖至第4級邊坡時，坡面出現(xiàn)多條縱向裂縫，后將裂縫范圍內(nèi)原設(shè)計的人字形骨架改為錨索格梁。開挖至第3級邊坡時，距塹頂約30m的后緣出現(xiàn)大范圍的弧形錯臺，第3級邊坡坡面有明顯剪出跡象。邊坡變形導(dǎo)致錨索框架和人字形骨架斷裂。邊坡前期變形非常迅速，幾天之內(nèi)錯臺高度從0.5m變?yōu)?m，裂縫寬度最寬處將近3m。經(jīng)過錨索張拉和前緣反壓之后，通過監(jiān)測發(fā)現(xiàn)邊坡變形速率明顯減緩，逐漸趨于穩(wěn)定。并制定一到六級錨索加固措施。同年11月中旬發(fā)現(xiàn)三級坡體又出現(xiàn)了滑動跡象。2019年2月以來，由于連續(xù)降雨，坡體又出現(xiàn)滑移開裂在四級邊坡產(chǎn)生剪出口，滑移發(fā)展迅速，部分剛安裝好的錨索格梁已嚴(yán)重拉斷。2019年4月隨著降雨增多，在邊坡塹頂上方距離截水溝平臺約60m處出現(xiàn)新的拉張裂縫并形成高1m的陡坎，隨后一段時間裂縫向兩邊繼續(xù)發(fā)展，連續(xù)貫通呈弧形分部并一直延伸至塹頂，裂縫范圍不斷擴(kuò)大。

2 工程地質(zhì)條件

2.1 地形地貌

滑坡區(qū)地貌為低山丘陵地貌，特點(diǎn)是侵蝕切割較為強(qiáng)烈，溝谷不開闊，丘陵頂部多為渾圓狀，地形起伏大。地勢總體為南高北低，高程介于180~480m，相對高差約300m，其中滑坡后緣高程約350m，前緣高程約190m，相對高差約160m。斜坡坡度多為15~30°，平均約17°?；麦w后緣具有明顯的陡緩交替地形，陡坡長約100m，坡度30°；緩坡長約40m，坡度10~16°；滑坡體中部及前緣地形逐漸變緩，平均坡度約13°；兩側(cè)均發(fā)育微型沖溝。

2.2 滑坡體地質(zhì)條件

滑坡體物質(zhì)主要由含礫粉質(zhì)黏土、碎石和泥巖組成。含礫粉質(zhì)黏土:黃褐色-紅褐色，可塑-硬塑，主要為泥巖風(fēng)化形成黏土礦物（局部為全風(fēng)化泥巖），局部含砂巖角礫、塊石，土質(zhì)不均，其中砂巖為棕紅色、灰白色、強(qiáng)-中風(fēng)化。內(nèi)部結(jié)構(gòu)混亂，并因滑體運(yùn)動擠壓形成多道光滑結(jié)構(gòu)面。該層土是滑坡體的主要組成物質(zhì)，在滑坡體內(nèi)廣泛分布。碎石:棕紅-灰白，松散-稍密，稍濕，局部含塊石，成分主要為灰白色強(qiáng)-中風(fēng)化砂巖，含10%左右的粘性土。泥巖:棕紅色-灰綠色，全風(fēng)化，巖質(zhì)軟，節(jié)理裂隙發(fā)育，空間分布不均勻，內(nèi)部多含強(qiáng)風(fēng)化砂巖、粉砂巖碎石和塊石。具有遇水易軟化崩解，失水龜裂，隔水的特性。

2.3 地質(zhì)構(gòu)造

區(qū)域內(nèi)構(gòu)造活動強(qiáng)烈，特別是斷層發(fā)育，在地質(zhì)調(diào)繪、鉆探及物探等勘察成果中均發(fā)現(xiàn)較多斷層，如圖1所示。在路塹邊坡處發(fā)現(xiàn)泥質(zhì)粉砂巖中多處存在侵入石英脈和紅色正長石，其走向呈NW向，與NE向斷裂走向垂直。多

圖1 斷層分布情況Fig.1 Fault distribution

數(shù)鉆孔巖體破碎、巖芯采取率低，鉆孔巖芯中巖性雜亂；二疊系下統(tǒng)灰?guī)r夾雜于三疊系泥質(zhì)粉砂巖中；鉆孔發(fā)現(xiàn)斷層角礫、斷層泥。斷層增大了巖性空間分布的差異性，在該區(qū)域主要表現(xiàn)為滑坡在斷層的控制下，其兩側(cè)巖性存在差異明顯。其中逆斷層F3巖性以泥質(zhì)粉砂巖和砂巖為主，下部可見灰?guī)r，風(fēng)化程度相對較低；右側(cè)以泥巖、砂巖為主，風(fēng)化程度高。通過以上分析可知:該區(qū)域構(gòu)造運(yùn)動具有復(fù)雜性、多期次性、活動劇烈等特點(diǎn)。

2.4 水文地質(zhì)條件

①地表水。該區(qū)域?yàn)榈蜕角鹆陞^(qū)，地形多為上陡下緩，局部地形切割強(qiáng)烈的沖溝在雨季可形成短暫的地表徑流。地表水缺乏，溝谷中未見地表水發(fā)育；②地下水。地下水主要為基巖裂隙潛水，且賦存于基巖裂隙中，富水性差，主要靠大氣降水和潛水補(bǔ)給，沿著基巖裂隙向地勢較低處排泄或補(bǔ)給潛水?；露蔚叵滤€(wěn)定水位埋深介于9.7~51.5m，水位高程介于213.48~263.43m，水位變幅1.0~2.0，最大可達(dá)4.0m。沖溝段土體常年保水。

3 滑坡體的變形破壞特征

經(jīng)地質(zhì)勘察和分析，該滑坡所處地貌為老滑坡地貌，且在老滑坡前部開挖引起了老滑坡復(fù)活。從原地形看老滑坡變形跡象比較明顯，后緣形成明顯的陡緩交替地形，植被上新下老，上部為灌木叢，下部為松樹林?；麦w松樹具有明顯“馬刀樹”特征，中部地形明顯變緩，形成臺地。東側(cè)邊界滑坡形成的陡坎非常明顯；西側(cè)形成明顯的灌木帶并在其內(nèi)側(cè)發(fā)育微型沖溝。前緣地形突出，地層雜亂松散，如圖2所示。

圖2 老滑坡邊界圖Fig.2 Old landslide boundary map

該滑坡前后共發(fā)生4次滑動，滑塌范圍一次比一次大，一度出現(xiàn)開挖一級滑動一次的情況，第4次滑塌后緣形成明顯錯臺，錯臺高度約3m，如圖3所示。錯臺下部裂縫最寬處約3m。錯臺后緣5m處形成1條38m長的拉張裂縫，寬度0.2~0.4m。邊坡中部也有明顯變形現(xiàn)象，塹頂上山道路下錯約0.8m，錨索框架被剪斷，并在4、5、6級邊坡因滑坡體差異性運(yùn)動形成多道垂直裂縫，如圖4所示。前緣變形特征也很明顯，在3級坡面可見明顯剪出口。探井TJ1、TJ2在施工過程中出現(xiàn)混凝土護(hù)壁開裂掉塊現(xiàn)象，滑坡前緣反壓土體也有不同程度的擠脹開裂、剪出現(xiàn)象。監(jiān)測鉆孔存在卡探頭、無法下探頭等現(xiàn)象。

圖3 滑坡后緣錯臺Fig.3 Staggered platform at the back edge of landslide

圖4 錯斷的框架梁Fig.4 Staggered frame beam

根據(jù)現(xiàn)場地質(zhì)勘察情況，總結(jié)出該類邊坡變形破壞具有以下特征:①變形速率快。邊坡一旦出現(xiàn)滑動，發(fā)展速度非?？?，后緣迅速出現(xiàn)多道錯臺，高度3~5m，后緣裂縫寬度短時間內(nèi)也迅速發(fā)展，變化速率達(dá)20cm/日，坡面已實(shí)施的錨索框架被剪斷，錨索被拉斷；②控制性結(jié)構(gòu)面多，滑動面多。受老滑坡地貌及斷層的影響，邊坡巖土體節(jié)理裂隙極其發(fā)育，完整程度極差，風(fēng)化程度高，巖性混亂，連續(xù)性極差。根據(jù)挖探及鉆探資料顯示坡體內(nèi)存在多道貫通的擦痕?；禄瑒用娑嘧?，常出現(xiàn)治住一條滑面，但又產(chǎn)生新的滑面；③水敏感性強(qiáng)。老滑坡地貌坡體后緣上陡下緩，形成明顯陡緩交替地形，滑坡體中部及前緣地形較緩，匯水面積大，兩側(cè)均發(fā)育微型沖溝。加上受斷層破碎帶影響，斷裂帶為地下水的通道，使得地下水易沿通道匯集，同時通道內(nèi)的巖土體含水量增加，泡軟老滑面，在地下水的浸潤下強(qiáng)度急劇下降，引起邊坡滑動；④反復(fù)滑動。該邊坡在施工過程中出現(xiàn)多次滑動，一度出現(xiàn)開挖一級滑動一次的現(xiàn)象，原施工方案中“開挖一級，防護(hù)一級”已較難保證施工過程邊坡的穩(wěn)定。老滑坡地貌及斷層的雙重影響導(dǎo)致邊坡巖土體自穩(wěn)能力極差，一旦改變原坡型，就能誘發(fā)新的滑動。

4 滑坡體特征及穩(wěn)定性計算

4.1 滑坡規(guī)模

老滑坡整體呈圈椅狀，特征較明顯?；抡w地勢南高北低，整體呈上陡下緩，相對高差約160m，平均坡度約17°。后緣有明顯陡緩交替，形成明顯的緩平臺?；麦w面積約110594.3m2。后緣至中部逐漸變寬，中部至前緣又逐漸變窄。后緣寬約95m，前緣寬約180m，中部寬約360m，縱長約460m。復(fù)活滑坡后緣呈圈椅狀，并有明顯錯臺。后緣寬約30m，前緣寬約80m，中部寬約100m，縱長約120m，滑坡體面積約8244m2，前后緣相對高差55m?；轮饕獮樯喜康谒南蹈采w層與三疊系泥巖接觸面形成中層土質(zhì)滑坡。滑坡體厚度12~20m，平均厚度約16m，滑坡體積約13.2×104m3；屬大型中層土質(zhì)滑坡。

4.2 滑面的確定

滑面的確定首先利用高密度電法剖面確定電性變化帶的深度，再利用鉆探和井探對其驗(yàn)證，著重對探井中發(fā)現(xiàn)的滑動面進(jìn)行綜合比對分析，最后利用監(jiān)測成果對已經(jīng)確定的滑動面進(jìn)行驗(yàn)證。在邊坡視電阻率斷面圖法發(fā)現(xiàn)明顯的電性差異面，結(jié)合鉆探成果，解譯上部視電阻率600~800Ω·m的地層為含水量較小的含礫粉質(zhì)黏土或者碎石等覆蓋層，下部視電阻率25~100Ω·m的地層為泥巖或者泥質(zhì)粉砂巖。電性差異面為滑面，滑面深度10~23m，如圖5所示。在鉆探和井探過程中發(fā)現(xiàn)明顯滑動面，滑面深度介于4.5~12.5m，如圖6所示。深部位移監(jiān)測4-4監(jiān)測斷面的監(jiān)測孔中發(fā)現(xiàn)有監(jiān)測變形曲線有明顯突變點(diǎn)，如圖7所示。

圖5 視電阻率斷面圖Fig.5 Apparent resistivity section

圖6 挖探孔滑動擦痕Fig.6 Sliding scratch of probe hole

圖7 4-4剖面監(jiān)測曲線Fig.7 4-4 profile monitoring curve

經(jīng)過綜合分析，根據(jù)接觸帶的起伏、結(jié)構(gòu)面的差異而變化，后緣覆蓋層中呈圓弧形，中部基本呈線形，滑坡體厚度由于工程開挖，具有從后緣向前緣逐漸變淺的特點(diǎn)。

表1 滑面綜合確定表

4.3 滑坡形成機(jī)理

4.3.1 老滑坡的形成機(jī)制

（1）滑坡所在地貌為低山丘陵地貌，地形起伏大，自然坡度約10~30°，斜坡段相對高差約300m，為形成滑坡創(chuàng)造一定的地形條件。

（2）坡體上部為含碎石粉質(zhì)黏土，下部為基巖（全風(fēng)化泥巖、泥質(zhì)粉砂巖）。上部含碎石粉質(zhì)黏土透水性相對較好，下部全風(fēng)化泥巖透水性相對較差，具有遇水易軟化的特點(diǎn)。地表水沿覆蓋層下滲到泥巖頂面處，泥巖遇水軟化形成軟弱帶，形成易滑地層。

（3）該區(qū)域構(gòu)造運(yùn)動強(qiáng)烈，斷層極其發(fā)育，造成巖體節(jié)理裂隙極其發(fā)育，完整程度極差，風(fēng)化程度高，連續(xù)性極差，斷層帶是地下水的通道，利于地下水沿斷層匯集形成軟弱帶，邊坡開挖時極易沿軟弱帶發(fā)生滑塌。因此構(gòu)造運(yùn)動是老滑坡發(fā)生的基本條件和控制因素。

（4）該地區(qū)降雨集中，雨水下滲到坡體中使得巖土體重度增大，并浸潤滑面使得坡體強(qiáng)度降低，從而誘發(fā)巖土體失穩(wěn)滑動。因此降水是老滑坡發(fā)生的重要因素。

4.3.2 老滑坡復(fù)活的形成機(jī)制

除上述因素外，導(dǎo)致老滑坡復(fù)活形成工程滑坡最重要的因素為公路路塹邊坡開挖，使得改變坡體應(yīng)力狀態(tài)，抗滑力減小，誘發(fā)滑坡體前緣牽引變形。

綜上所述，老滑坡是在地形地貌、地質(zhì)構(gòu)造、地層巖性、降雨等多種因素共同作用下發(fā)生的，老滑坡復(fù)活主要是由人工開挖誘發(fā)的。

4.4 滑坡穩(wěn)定性分析

4.4.1 參數(shù)選取

本次滑坡計算參數(shù)選取:滑坡體重度主要根據(jù)該地區(qū)經(jīng)驗(yàn)參數(shù)和土工試驗(yàn)綜合確定；滑動面（帶）土體的強(qiáng)度指標(biāo)c、φ值主要通過參照以往該地區(qū)經(jīng)驗(yàn)參數(shù)、土工試驗(yàn)（反復(fù)直剪和直剪）和反算法綜合確定。反算采用工程滑坡穩(wěn)定性系數(shù)K=0.99，詳見表2。

表2 滑帶巖土體強(qiáng)度指標(biāo)

4.4.2 穩(wěn)定性計算

按剛體極限平衡理論，根據(jù)滑體物質(zhì)結(jié)構(gòu)特征、出現(xiàn)的變形跡象及滑面形態(tài)，采用傳遞系數(shù)法為計算模型進(jìn)行滑坡穩(wěn)定性計算，計算公式如下:

其中，

式中，

Wi——第i條塊的重量（kN/m）；

Ci——第i條塊內(nèi)聚力（kPa）；

Φi——第i條塊內(nèi)摩擦角（°）；

Li——第i條塊滑面長度（m）；

αi——第i條塊滑面傾角（°）；

A——地震加速度（單位:重力加速度g）；

ru——孔隙壓力比；

K——穩(wěn)定系數(shù)；

Ψj——傳遞系數(shù)， Ψj=cos（αi-αi+1）-sin（αi-αi+1）tanΦi+1

主滑面計算結(jié)果表明:該滑坡在各種工況下均處于不穩(wěn)定狀態(tài)；天然狀態(tài)下穩(wěn)定系數(shù)為0.99，暴雨狀態(tài)下穩(wěn)定系數(shù)為0.91，地震狀態(tài)下穩(wěn)定系數(shù)為0.88。邊坡最大剩余下滑力為1373.3kN。

表3 滑坡穩(wěn)定性及推力計算結(jié)果一覽表

5 滑坡治理措施

該邊坡原設(shè)計為六級邊坡，其中一級邊坡采用錨桿格梁防護(hù)；二、三級采用錨索格梁防護(hù)；四、五級采用人字形骨架防護(hù)；六級邊坡采用三維網(wǎng)植草（圖8）。原設(shè)計未充分考慮老滑坡地貌及斷層對邊坡穩(wěn)定性的影響，未認(rèn)識到該邊坡的地質(zhì)特殊性，防護(hù)措施偏弱，造成邊坡在施工過程中出現(xiàn)多次滑動。

圖8 原設(shè)計防護(hù)方案斷面圖Fig.8 Section of original design protection scheme

對于該類邊坡必須堅持“強(qiáng)支擋、重排水”的治理原則，根據(jù)勘察結(jié)果對原設(shè)計方案進(jìn)行如下優(yōu)化:①抗滑樁支擋。在二級平臺設(shè)置一排圓形抗滑樁，抗滑樁采用圓形截面，樁截面尺寸直徑2.5m，樁長35m，樁中到中間距5.0m，抗滑樁樁頭設(shè)置兩道錨索；②坡面防護(hù)措施。三、四、五、六級邊坡均采用錨索框架加固，第二、七級邊坡采用錨桿框架加固；③排水工程。在一級邊坡設(shè)置一排仰斜排水孔，排泄坡體內(nèi)地下水?；潞缶壱酝庠O(shè)截水溝，各級平臺上設(shè)排水溝。在地形低洼處的一級平臺設(shè)置集水滲井（圖9）。

圖9 變更設(shè)計防護(hù)方案斷面圖Fig.9 Section drawing of altered design protection scheme

6 結(jié)論

（1）該滑坡所處地貌為老滑坡地貌，滑坡為在老滑坡前部開挖引起了老滑坡復(fù)活?；聻樯喜康谒南蹈采w層與三疊系泥巖形成中層土質(zhì)滑坡，滑坡體厚度12~20m，滑坡體積約13.2×104m3，屬于牽引式大型中層土質(zhì)滑坡。

（2）結(jié)合鉆探、物探、挖探及測斜孔深部觀測資料，能夠清晰準(zhǔn)確的確定滑動面的產(chǎn)狀及位置，為邊坡的穩(wěn)定性分析提供充分的依據(jù)。

（3）老滑坡的形成、發(fā)生和發(fā)展是由外在因素和內(nèi)在因素兩種因素構(gòu)成的。地形地貌、地層巖性和地質(zhì)構(gòu)造是其滑動的內(nèi)部因素，降雨是其發(fā)生滑動的外在因素。老滑坡復(fù)活形成的工程滑坡除上述因素外，最重要的因素為公路路塹邊坡開挖，改變坡體應(yīng)力狀態(tài)，抗滑力減小，誘發(fā)滑坡體前緣牽引變形。

（4）該滑坡受老滑坡地貌及斷層的影響，邊坡巖土體節(jié)理裂隙極其發(fā)育，完整程度極差，

風(fēng)化程度高，巖性混亂，連續(xù)性極差，坡體內(nèi)部存在多道貫通的擦痕。地質(zhì)條件的特殊性導(dǎo)致邊坡變形破壞具有變形速率快、滑動面多、水敏感性強(qiáng)、反復(fù)滑動等特點(diǎn)。

（5）對于該類受老滑坡地貌及斷層破碎帶影響的滑坡，應(yīng)充分考慮其地質(zhì)復(fù)雜性、特殊性，堅持“強(qiáng)支護(hù)，重排水”的治理原則。K20工點(diǎn)滑坡采用抗滑樁支檔、錨索錨桿格梁坡面防護(hù)和集水滲井斜孔排水綜合排水等措施預(yù)期可以取得較好的治理效果。