劉廣寧，齊 信，黃波林，王世昌

（中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局武漢地質(zhì)調(diào)查中心，湖北武漢 430205）

歸州河西沿江高切坡變形破壞及穩(wěn)定性分析

劉廣寧，齊 信，黃波林，王世昌

（中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局武漢地質(zhì)調(diào)查中心，湖北武漢 430205）

為了掌握歸州河以西沿江公路由于升級(jí)改造、工程開挖而產(chǎn)生的大量公路高切坡發(fā)育分布特征，總結(jié)其變形破壞模式，進(jìn)而對(duì)其穩(wěn)定性進(jìn)行分析。在野外實(shí)地宏觀調(diào)查、測(cè)量的基礎(chǔ)上，通過(guò)數(shù)據(jù)處理，運(yùn)用赤平投影法對(duì)調(diào)查區(qū)高切坡穩(wěn)定性進(jìn)行區(qū)劃，其中不穩(wěn)定切坡長(zhǎng)約3.8km，占比39.6%，多發(fā)育在侏羅系遂寧組（J3s）和聶家山組（J1n）中，主要變形破壞模式為滑移型、傾倒型和剝落型，并根據(jù)其破壞模式的差異性提出相應(yīng)防治對(duì)策。

高切坡；破壞模式；赤平投影；穩(wěn)定性；防治對(duì)策

0 引言

隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的日益增長(zhǎng)，交通基礎(chǔ)建設(shè)也發(fā)生了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，一些老舊公路陸續(xù)進(jìn)行拓寬、改造工程。這些工作的開展，使得公路高切坡穩(wěn)定性問(wèn)題凸顯。如2014年7月12日巴東縣洞子溝高切坡發(fā)生崩塌，造成一人死亡，一輛小型轎車被毀，直接經(jīng)濟(jì)損失達(dá)200萬(wàn)元。2015年上半年湖北省秭歸縣水田壩鄉(xiāng)—泄灘鄉(xiāng)進(jìn)行公路改造拓寬工程，工程實(shí)施過(guò)程中進(jìn)行了大量工程開挖，一定數(shù)量的高切坡發(fā)生強(qiáng)烈變形、破壞甚至失穩(wěn)。本文在對(duì)該段公路高切坡詳細(xì)調(diào)查的基礎(chǔ)上，對(duì)其破壞模式和穩(wěn)定性判別進(jìn)行分析，為當(dāng)?shù)卣诠犯脑?、拓寬工程后續(xù)的防災(zāi)減災(zāi)、工程治理提供基礎(chǔ)資料和依據(jù)。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

調(diào)查區(qū)域位于湖北省秭歸縣水田壩鄉(xiāng)董家院子—王家?guī)r。高切坡線路長(zhǎng)度約8km。地形地貌上，該區(qū)域?qū)儆谥械蜕綅{谷地貌，多發(fā)于近南北向沖溝，切割深度15～100m，呈“V”型。地層巖性上，主要出露地層巖性為侏羅系地層［1］，其包括侏羅系聶家山組（J1n）、侏羅系下沙溪廟組（J2s1）、侏羅系上沙溪廟組（J2s2）、侏羅系遂寧組（J3s），巖性主要以灰綠、黃褐、紫紅色?。泻駥由皫r、泥質(zhì)粉砂巖為主，以互層結(jié)構(gòu)為主，局部區(qū)域可見泥巖夾層，呈中－強(qiáng)風(fēng)化狀態(tài)，巖層產(chǎn)狀較穩(wěn)當(dāng)，25°～65°∠35°～55°。地質(zhì)構(gòu)造上，工作區(qū)位于上揚(yáng)子臺(tái)坪之秭歸臺(tái)褶束東緣，絕大部分屬于秭歸盆地，東部跨入NNE向的黃陵斷穹，北部包括NW向南大巴山弧形褶皺帶尾部，南為NE、NEE向恩施弧形褶皺帶，居于這三組不同方向構(gòu)造交匯部位，屬應(yīng)力作用微弱地區(qū)，因而構(gòu)造較為簡(jiǎn)單。

2 高切坡破壞模式

根據(jù)野外調(diào)查，在高切坡分類的基礎(chǔ)上，確定其可能的破壞模式［2－4］，不僅對(duì)高切坡的穩(wěn)定性可以迅速作出初步評(píng)價(jià)，而且為潛在破壞面的識(shí)別提供依據(jù)，對(duì)高切坡在公路工程中的影響作出初步判斷，進(jìn)而對(duì)提出初步治理方案具有指導(dǎo)作用。其變形破壞模式主要存在以下幾種：

2.1 滑移型

（1）順層滑移

該破壞類型主要發(fā)育在侏羅系遂寧組（J3s）順層結(jié)構(gòu)切破中，其特征為中厚層砂巖間夾有薄層泥巖，結(jié)構(gòu)相對(duì)較為完整，層面傾角多＞45°，其臨空方向多發(fā)育近水平和近垂直兩組切層、控制性結(jié)構(gòu)面，受兩組結(jié)構(gòu)面的切割，切割巖體以層面為滑動(dòng)面，在自身重力作用下發(fā)生滑移破壞（圖1）。

（2）切層滑移

該破壞類型的高切坡在該公路沿線較少發(fā)育，主要發(fā)育在侏羅系上沙溪廟組（J2s2）逆向結(jié)構(gòu)邊坡中，以?。袑幽噘|(zhì)粉砂巖為主，其泥質(zhì)含量較高，節(jié)理、裂隙較發(fā)育，巖體極其破碎。公路臨空方向坡腳開挖后，受卸荷和自身重力作用下，切層節(jié)理裂隙逐步延伸貫通形成統(tǒng)一滑動(dòng)面，在降雨等外界因素誘發(fā)下發(fā)生滑動(dòng)破壞［5］（圖2）。

2.2 傾倒型

（1）彎曲－傾倒

該類高切坡主要發(fā)育在侏羅系下沙溪廟組（J2s1）中，具有塊體復(fù)合彎曲傾倒的典型特征。該類型切坡主要發(fā)育一組切層控制性結(jié)構(gòu)面，臨空面的開挖，在卸荷和重力作用下，巖層發(fā)生似連續(xù)的彎曲變形，這種彎曲是巖塊產(chǎn)狀緩慢變化的結(jié)果，相鄰巖塊間的巖層傾角變化十分微弱；因此看起來(lái)像連續(xù)的塑性彎曲。該類型切坡最初以小型垮塌破壞為主［6］（圖3）。

（2）拉裂－傾倒

該破壞類型的高切坡在該公路沿線發(fā)育較多，主要發(fā)育在侏羅系聶家山組（J1n）中，其特征為中－厚層粉砂巖斜向巖質(zhì)結(jié)構(gòu)斜坡中，節(jié)理裂隙較發(fā)育。切坡較陡，多為峻坡狀，節(jié)理裂隙多為陡立或反傾，在降雨等外界條件作用下，其重心不斷向臨空面移動(dòng)，最終發(fā)生拉裂－傾倒破壞（圖4）。

2.3 剝落型

（1）風(fēng)化－剝落

該類型高切坡在該公路沿線廣泛發(fā)育，主要發(fā)育在侏羅系上沙溪廟組（J2s1）中，其巖體中節(jié)理、裂隙極其發(fā)育，大多為小型切層節(jié)理，透水性較好，利于大氣降雨的入滲和排泄。遇水膨脹、浸水崩解、失水收縮抗風(fēng)化能力極弱是其變形破壞的主要原因。邊坡泥質(zhì)巖在雨水的沖刷、風(fēng)等風(fēng)化營(yíng)力作用下，逐漸剝落或塌落，在坡體上，形成巖腔，誘發(fā)崩塌，在坡腳形成松散堆積，邊坡表層巖體剝落后，露出的新鮮巖石繼續(xù)風(fēng)化、發(fā)生不同程度的變形破壞（圖5）。

（2）殘留孤石

該破壞類型的高切坡在該公路沿線發(fā)育較少，主要發(fā)育在坡度35°～50°的斜坡上。表層多為第四系殘坡積物，孤石多為斜坡后緣山體崩落殘留在坡體表面，孤石塊度大小不一，為侏羅系層粉砂巖和砂巖。下方坡腳開挖，坡體結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，每當(dāng)降雨尤其是強(qiáng)降雨過(guò)后，坡體表面均發(fā)生不同程度變形破壞（圖6）。表層土體發(fā)生松動(dòng)滑移過(guò)程中，殘留孤石在重力作用下沿斜坡向下運(yùn)動(dòng)，這也是經(jīng)常在坡體底部公路邊時(shí)常見到大小不一的塊石散落，該災(zāi)害類型隨機(jī)性較強(qiáng)，但由于山高坡陡，其具有較大的重力勢(shì)能，也是公路沿線的重要隱患。

通過(guò)對(duì)董家院子－王家?guī)r段高切坡調(diào)查、統(tǒng)計(jì)，根據(jù)其破壞模式、集中發(fā)育的巖組、規(guī)模以及主要誘發(fā)因素進(jìn)行了總結(jié)，見表1。

表1 研究區(qū)高切坡發(fā)育特征統(tǒng)計(jì)表Tab.1 Slope development characteristic statistics of research area

3 高切坡穩(wěn)定性判別及分區(qū)

高切坡內(nèi)結(jié)構(gòu)面的發(fā)育對(duì)其穩(wěn)定性具有明顯的控制作用［7－9］。通過(guò)調(diào)查該段公路高切坡結(jié)構(gòu)面十分發(fā)育。故運(yùn)用赤平投影的方法對(duì)該段公路高切坡穩(wěn)定性進(jìn)行判別［10］（圖7）。假設(shè)天然邊坡的投影弧為ETW、開挖邊坡的投影弧為EKW，弧線兩端點(diǎn)E與W的連線即表示邊坡的走向方位。分別做弧ETW、EKW的內(nèi)切圓，交點(diǎn)為T和K。小圓、中圓分別代表開挖邊坡

（KP）、天然邊坡（TP）的坡角范圍。T、K與圓心O的連線即為天然、開挖邊坡的傾向，假設(shè)圓心O與T、K連線的延長(zhǎng)線交赤平投影基圓N，則T、K與N的距離即為天然、開挖邊坡的傾角大小?？梢姡琌T、OK值越大，坡越緩；OT、OK值越小，則坡越陡。

假定切坡內(nèi)發(fā)育控制性結(jié)構(gòu)面 J1、J2、J3、J4……，通過(guò)其兩兩結(jié)構(gòu)面組合交線與邊坡投影弧的相對(duì)關(guān)系，即可判斷出邊坡的穩(wěn)定性狀況。圖7以切坡中發(fā)育J1、J2兩組結(jié)構(gòu)面為例進(jìn)行解析：（其中天然坡產(chǎn)狀為：180°∠70°；開挖坡產(chǎn)狀為：180°∠40°；結(jié)構(gòu)面J1產(chǎn)狀為：205°∠45°；結(jié)構(gòu)面J2產(chǎn)狀為：155°∠50°）。

以邊坡走向線EW為界，當(dāng)J1、J2結(jié)構(gòu)面的交點(diǎn)P位于EW線的下部，則組合交線OP－OP′的傾向與邊坡傾向相反（圖8中①），邊坡最穩(wěn)定；交點(diǎn)P位于EW線的上部，且處于小圓之內(nèi)（I區(qū)），則組合交線OP－OP′的傾向與邊坡傾向相對(duì)一致，傾角大于開挖邊坡的坡角（圖8中②），邊坡穩(wěn)定；當(dāng)交點(diǎn)P位于EW線的上部，處于中圓與赤平投影基圓之間（III區(qū)），則組合交線OPOP′的傾向與邊坡傾向相對(duì)一致，傾角小于天然邊坡的坡角（圖8中③），邊坡基本穩(wěn)定；當(dāng)交點(diǎn)P位于EW線的上部，處于小圓與中圓之間（II區(qū)），則組合交線OP－OP′的傾向與邊坡傾向相對(duì)一致，傾角大于天然邊坡的坡角，而小于開挖邊坡的坡角（圖8中④、⑤），邊坡較不穩(wěn)定或不穩(wěn)定［11］。

而現(xiàn)實(shí)切坡中可能發(fā)育J1、J2、J3、J4……Jx多組控制性結(jié)構(gòu)面，那么通過(guò)控制性結(jié)構(gòu)面兩兩交線分別進(jìn)行判別。判別過(guò)程中以安全為前提，兩兩組合均穩(wěn)定，則切坡穩(wěn)定，有任一組不穩(wěn)定，則邊坡不穩(wěn)定［12］。根據(jù)該原則對(duì)調(diào)查高切坡進(jìn)行了逐一評(píng)判，同時(shí)結(jié)合其所處巖性段、發(fā)育長(zhǎng)度進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析（表2）。

由表2可知：從總體穩(wěn)定性上看，調(diào)查切坡總長(zhǎng)度9571m，其中不穩(wěn)定長(zhǎng)3794m，約占總長(zhǎng)度的39.6%；從單一巖組上看，不穩(wěn)定切坡中主要發(fā)育在侏羅系聶家山組（J1n）和遂寧組（J3s）中，總長(zhǎng)度2499m，占不穩(wěn)定切坡的65.9%，占切坡總長(zhǎng)度的26.1%。通過(guò)統(tǒng)計(jì)對(duì)調(diào)查高切坡段進(jìn)行穩(wěn)定性區(qū)劃（圖9）。

表2 研究區(qū)高切坡穩(wěn)定性狀況統(tǒng)計(jì)表Tab.2 Statistics of stability of high slope in research area

4 防治對(duì)策

針對(duì)該段公路內(nèi)不穩(wěn)定切坡的誘發(fā)因素及變形破壞模式分別提出相應(yīng)防治對(duì)策［13］。順層滑移型：由于其主要發(fā)育在厚層砂巖與中薄層泥質(zhì)粉砂巖巖性組合內(nèi)，上部多為厚層－塊狀砂巖，下伏力學(xué)性質(zhì)較差的泥質(zhì)粉砂巖，失穩(wěn)主要以上部的砂巖為主，故對(duì)該類型的不穩(wěn)定斜坡，建議①對(duì)飄傾于坡面以上懸空的厚層砂巖進(jìn)行清除；②對(duì)懸空厚層砂巖下方路面處進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)；切層滑移型：由于其巖體結(jié)構(gòu)極其破碎，建議采取清除+噴護(hù)進(jìn)行處理；彎曲傾倒型：該類型的不穩(wěn)定斜坡多為節(jié)理裂隙較發(fā)育的碎裂巖體，建議對(duì)該類型的不穩(wěn)定斜坡上部的變形破壞強(qiáng)烈處進(jìn)行清除，同時(shí)進(jìn)行坡面噴護(hù)，同時(shí)做好排水處理；拉裂傾倒型：規(guī)模小，建議清除；規(guī)模大，建議錨固；風(fēng)化－剝落型：該類型不穩(wěn)定斜坡多為薄層泥質(zhì)含量極高的泥質(zhì)粉砂巖，其抗風(fēng)化能力極差，遇水極易軟化崩解。對(duì)該類型不穩(wěn)定斜坡應(yīng)采取對(duì)表面強(qiáng)風(fēng)化巖體進(jìn)行清除，后期進(jìn)行坡面噴護(hù)、排水處置。殘留孤石：對(duì)于該類型的不穩(wěn)定斜坡，建議對(duì)斜坡上部潛在威脅的孤石進(jìn)行清除。

5 結(jié)論及建議

（1）通過(guò)調(diào)查統(tǒng)計(jì)，董家院子—王家?guī)r公路高切坡總長(zhǎng)度9571m，運(yùn)用赤平投影法對(duì)其穩(wěn)定性進(jìn)行分析，其中穩(wěn)定切坡2543m、基本穩(wěn)定切坡3234m、不穩(wěn)定切坡3794m，不穩(wěn)定切坡多發(fā)育在侏羅系聶家山組（J1n）和遂寧組（J3s）巖性段內(nèi)。

（2）通過(guò)調(diào)查高切坡主要變形破壞模式為滑移型、傾倒型和剝落型，其規(guī)模以中小型為主，主要威脅對(duì)象為下方公路交通，邊坡變形破壞的主要誘發(fā)因素有降雨、人工開挖、風(fēng)化和自身重力作用。

（3）切坡變形破壞模式和其自身所處的巖組有明顯的相關(guān)性，滑移型多發(fā)育在侏羅系遂寧組

（J3s）和上沙溪廟組（J2s2）中；傾倒型多發(fā)育在上沙溪廟組（J2s2）和聶家山組（J1n）中；剝落型多發(fā)育在下沙溪廟組（J2s1）中。

（4）建議對(duì)該段公路高切坡加強(qiáng)巡視力度，尤其是持續(xù)降雨的汛期，做好附近居民的群測(cè)群防工作，發(fā)現(xiàn)險(xiǎn)情及時(shí)通報(bào)。對(duì)目前變形破壞跡象明顯、危害性大的切坡，建議根據(jù)其不同的破壞模式進(jìn)行相應(yīng)的專業(yè)監(jiān)測(cè)或工程治理。

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Analysis on Deformation and Stability of High Cutting Slope on West Side of Guizhou River

Liu Guangning，Qi Xin，Huang Bolin，Wang Shichang，
（Wuhan Centre of China Geological Survey，Wuhan，430205）

In order to master the development distribution characteristics of high cutting slopes along the riverside highway after its upgrading and excavation，we summarize its deformation failure mode，and analyze its stability.On the basis of field survey and measurement，through data processing，we use stereographic projection method for slope stability zoning area survey.The unstable cutting slope is about 3.8 km long，accounted for 39.6%，mainly developed in Jurassic（J3s）and（J1n）.Slip，dumping and spalling are the main modes of deformation and failure，corresponding countermeasures are put forward，according to the failure mode differences.

high cutting slope；deformation and failure；stereographic projection；stability；countermeasure

P642.22

A

1673－8047（2016）03－0018－06

2016－06－06

國(guó)家自然科學(xué)基金（41372321）；中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局災(zāi)害預(yù)警項(xiàng)目（12120114079301）；水工環(huán)調(diào)查項(xiàng)目（DD20160257）

劉廣寧（1980—），男，碩士，高級(jí)工程師，主要從事水工環(huán)、地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查研究。