高速公路滑坡成因及運(yùn)營(yíng)期持續(xù)變形特征研究

麥榮章 汪繼平 曹小燕

作者簡(jiǎn)介：麥榮章（1986—），工程師，碩士，主要從事高速公路養(yǎng)護(hù)管理工作。

某高速公路在老滑坡前緣以路塹型式穿過，施工時(shí)在強(qiáng)降雨作用下發(fā)生整體性滑塌，經(jīng)施工階段處治后在運(yùn)營(yíng)階段仍持續(xù)變形。文章結(jié)合該工程實(shí)例，在分析滑坡成因的基礎(chǔ)上，通過調(diào)查高速公路運(yùn)營(yíng)以來滑坡坡體、支擋結(jié)構(gòu)、高速公路構(gòu)筑物的持續(xù)變形情況，對(duì)持續(xù)強(qiáng)降雨時(shí)間段開展了深部位移監(jiān)測(cè)及同步地下水位觀測(cè)，并結(jié)合滑坡區(qū)具體條件分析了持續(xù)變形原因，判斷了滑坡的變形階段及發(fā)展趨勢(shì)。

滑坡;運(yùn)營(yíng)高速公路;持續(xù)變形;深部位移監(jiān)測(cè);變形階段

U416.1+63A160535

0 引言

某高速公路于滑坡前緣穿過，2005年底開挖形成路塹雛形，2006年路床開挖成形，2007年雨季過后發(fā)生整體性滑塌，隨后進(jìn)行了滑坡處治勘察工作，勘察結(jié)果認(rèn)為滑塌路段位于老滑坡體上 [1]，并設(shè)抗滑樁進(jìn)行處治，之后滑坡體穩(wěn)定，高速公路于2009年底開始運(yùn)營(yíng)。2010年5月、6月雨季連續(xù)大暴雨，滑坡體局部出現(xiàn)新的滑塌面，運(yùn)營(yíng)期進(jìn)行了第一次處治;2013年8月又受“尤特”和“潭美”兩個(gè)臺(tái)風(fēng)連續(xù)強(qiáng)降雨影響，滑坡體“復(fù)活”，沿線約300 m范圍的滑坡體有較明顯的變形位移，局部地段抗滑樁的樁頂后平臺(tái)向上隆起，最大隆起高度約1.0 m，但滑坡體的支護(hù)結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定，抗滑樁穩(wěn)固，未發(fā)生斷樁、傾倒、失穩(wěn)等問題，故未再次專門處治;2019年7月，受持續(xù)強(qiáng)降雨和臺(tái)風(fēng)等特殊天氣的影響，滑坡體范圍內(nèi)再次出現(xiàn)坡體滑移跡象，公路用地紅線外山體表面存在較多明顯的裂縫、錯(cuò)臺(tái)，最大裂縫寬度達(dá)50 cm，最大錯(cuò)臺(tái)達(dá)180 cm，局部出現(xiàn)小型滑塌，坡體上部分平臺(tái)截水溝被滑坡體擠壓變形開裂，險(xiǎn)情隱患較為嚴(yán)峻，亟須查明滑坡持續(xù)變形發(fā)展機(jī)理，為針對(duì)性地進(jìn)行應(yīng)急處治提供依據(jù)。

因?qū)绿卣骷案饕厝狈ι羁塘私舛鴮?dǎo)致治理工程失效的事例在國(guó)內(nèi)外都是屢見不鮮的[2]。在公路交通領(lǐng)域，經(jīng)過兩次甚至多次勘察分析治理的滑坡亦有一些先例，如京珠高速公路粵南段K108滑坡[3]、元磨高速公路K294+650 段順層巖石滑坡[4]等。因此，查明滑坡的形成條件、產(chǎn)生原因、變形破壞機(jī)制和幾何邊界條件（滑動(dòng)面的埋深和形狀），并進(jìn)行細(xì)致分析以采取有針對(duì)性的措施，是滑坡防治工程成敗的關(guān)鍵。

1 滑坡特征

1.1 滑坡形態(tài)特征與規(guī)模

老滑坡體位于南北向延伸的山體西側(cè)山腳，形態(tài)呈長(zhǎng)條形的“圈椅狀”。滑坡后緣為3～5 m高的堅(jiān)硬砂巖巖壁，前緣覆蓋于砂子河沖積階地之上，兩側(cè)以自然沖刷的深溝為界，橫向長(zhǎng)度約為830 m，縱向長(zhǎng)度約為270 m，面積為22.41萬 m2。老滑坡體呈明顯的上陡下緩、中間存在一至二級(jí)平臺(tái)的滑坡地貌景觀，其形成與區(qū)域的地質(zhì)構(gòu)造、地層巖性及地形地貌有密切關(guān)系。老滑坡形成至今年代較久遠(yuǎn)，已處于滑動(dòng)后的穩(wěn)定階段，坡腳村莊未有滑坡活動(dòng)的記錄，若不改變老滑坡體的自然狀態(tài)，其處于整體穩(wěn)定狀態(tài)。

高速公路于老滑坡體前部以開挖路塹型式穿過，2007年施工時(shí)雨季過后沿開挖坡腳發(fā)生整體性滑塌，滑動(dòng)方向與路線方向垂直，滑塌邊界在老滑坡體范圍內(nèi)，屬于工程開挖引起的老滑坡體復(fù)活。根據(jù)坡體沖溝的劃分及坡體裂縫分布特征，整個(gè)滑坡體以中部的自然沖刷深溝為界，可劃分為南北兩個(gè)次級(jí)滑坡體;次級(jí)滑坡體根據(jù)前緣的小型沖溝及裂縫分布情況，又可細(xì)分為6個(gè)變形體（見圖1），各變形體具體特征見表1。

如表1所示，滑坡整體體積約為191.4萬m3，滑面深度16～28 m，根據(jù)《公路滑坡防治設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG/T 3334-2018）中的滑坡分類[5]，屬中-厚層的巨型滑坡，典型剖面特征見圖2。

1.2 滑體特征

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查、鉆探揭露，滑坡體存在多層滑動(dòng)現(xiàn)象，滑體物質(zhì)組成主要為第四系殘坡積（局部崩積）含碎石粉質(zhì)黏土、碎石夾塊石及泥盆系下統(tǒng)那高嶺組（D1n）全風(fēng)化泥巖、泥質(zhì)粉砂巖，滑體厚度為0～28 m。

1.3 滑面特征

根據(jù)鉆探揭露，滑面主要為一層或多層呈現(xiàn)的富水軟弱糜棱狀泥巖，含水量大，室內(nèi)試驗(yàn)天然狀態(tài)含水量為22.7%～38.8%，呈軟塑-可塑黏性土性狀，在滑坡體中部分布的深度變化起伏較大，約為11～28 m，反復(fù)剪切試驗(yàn)峰值強(qiáng)度為粘聚力8.9～30.7 kPa，內(nèi)摩擦角17.2°～26.6°;殘余強(qiáng)度為粘聚力8.1～16.4 kPa，內(nèi)摩擦角8.9°～15.7°。

1.4 滑床特征

滑坡滑床形狀沿剖面方向顯示為折線形，巖性主要為那高嶺組（D1n）全-強(qiáng)風(fēng)化泥巖、泥質(zhì)粉砂巖，局部夾中厚層狀中風(fēng)化灰?guī)r。受構(gòu)造及風(fēng)化作用影響，全風(fēng)化泥巖、泥質(zhì)粉砂巖節(jié)理裂隙發(fā)育，含水率較高，巖質(zhì)軟弱，鉆探巖芯顯示手掰可彎曲，工程性質(zhì)類似硬塑狀黏性土，局部富水帶類似可塑狀黏性土，整體工程性質(zhì)較差。

2 滑坡成因分析

2.1 滑坡的形成條件

滑坡的形成條件主要包括地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造、地貌特點(diǎn)和水文地質(zhì)條件四個(gè)方面，一般而言，前兩者是最主要的，后兩者從屬于前兩者[6]。現(xiàn)就本滑坡的具體條件分述如下。

（1）地層巖性：本滑坡巖性組合為第四系堆積土+構(gòu)造破碎砂泥巖巖組，這種巖性組合上部孔隙、裂隙發(fā)育，下部存在相對(duì)隔水底板，有利于地表水的滲透和富集，在坡體中易形成貫通的滑動(dòng)面，上部坡體沿滑動(dòng)面產(chǎn)生滑動(dòng)，屬于易滑地層。

（2）地質(zhì)構(gòu)造：本滑坡體位于黃姚短軸向斜東翼，后緣即是F1斷層形成的陡峭巖壁，強(qiáng)烈的地質(zhì)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)切割、擠壓、破碎巖體，是滑坡體物質(zhì)形成的基礎(chǔ)，F(xiàn)1斷層形成的糜棱狀巖土層又為滑帶的生成創(chuàng)造了條件。

（3）地貌特點(diǎn)：本滑坡體在地貌上為上陡下緩，中間有1到2級(jí)平臺(tái)，具有典型的山區(qū)河谷地段緩坡滑坡地貌特點(diǎn)。

（4）水文地質(zhì)條件：本滑坡體上部存在透水性較好的堆積體，下部存在相對(duì)隔水的泥巖層，泥巖層中又存在相對(duì)富水的糜棱狀軟弱帶，而滑坡區(qū)又處于強(qiáng)降雨易發(fā)區(qū)域，這些都為滑坡的產(chǎn)生和發(fā)展創(chuàng)造了條件。

本滑坡表層滑體物質(zhì)主要為含碎石粉質(zhì)黏土、碎石夾塊石。為了解滑體物質(zhì)的滲透性，在各個(gè)變形體選擇典型部位進(jìn)行了原位滲透試驗(yàn)?，F(xiàn)場(chǎng)采用單環(huán)注水法進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見表2。

各個(gè)變形體的滑體主要由含碎石粉質(zhì)黏土及碎石夾塊石組成，在變形體的不同位置，粉質(zhì)黏土含量分布不均勻，因此各個(gè)變形體的滑體滲透系數(shù)差異較大。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，滑體呈弱透水-中等透水。

2.2 滑坡的誘發(fā)因素

誘發(fā)滑坡的因素有很多，本滑坡的主要誘發(fā)因素則主要為降雨和人類工程活動(dòng)。

（1）人類工程活動(dòng)：在高速公路施工之前，老滑坡在自然狀態(tài)下一直處于穩(wěn)定狀態(tài)。高速公路路線位于老滑坡體前部，路塹施工開挖坡腳破壞了原有坡體的平衡，對(duì)滑坡體的穩(wěn)定性造成了一定的影響。

（2）降雨：根據(jù)本滑坡的地質(zhì)結(jié)構(gòu)，老滑坡的產(chǎn)生與降雨息息相關(guān)。而后來工程滑坡的發(fā)生、運(yùn)營(yíng)期的歷次變形均發(fā)生在強(qiáng)降雨期間。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)水文地質(zhì)調(diào)查，滑坡體地下水總的運(yùn)動(dòng)特征是接受地表降雨和后部山體基巖裂隙水的補(bǔ)給，沿坡向下游滲流，排泄于前緣砂子河。受滑坡體物質(zhì)組成不均的影響，地下水的分布及活動(dòng)也表現(xiàn)出較明顯的差異。為了解滑坡體地下水位的變化情況，對(duì)鉆孔內(nèi)地下水位進(jìn)行了長(zhǎng)期觀測(cè)，其典型變化曲線如圖3所示。

根據(jù)地下水位長(zhǎng)期觀測(cè)成果，在2019年12月～2020年2月下旬降雨稀少的情況下，地下水位基本穩(wěn)定;隨著3～4月初滑坡區(qū)開始持續(xù)降雨，地下水位也隨之抬升，并在3月底4月初持續(xù)降雨結(jié)束時(shí)水位上升至最高點(diǎn);4月7日后降雨減少，地下水位又開始下降并逐步恢復(fù)至接近低位水平;4月17日開始又陸續(xù)開始降雨，地下水位又開始略有起伏。因此，滑坡體地下水位與降雨密切相關(guān)。同時(shí)，深部位移監(jiān)測(cè)也表明，在持續(xù)降雨情況下多數(shù)監(jiān)測(cè)孔發(fā)生了位移變化，這充分說明了降雨導(dǎo)致的地下水位抬升對(duì)滑坡的不利影響。

3 滑坡持續(xù)變形特征

本滑坡于2009年處治后至2019年期間，共發(fā)生兩次明顯“復(fù)活”變形，分別是2010年6月及2013年8月，2019年7月再次出現(xiàn)變形跡象，主要涉及2#～5#變形體，而1#和6#變形體位于滑坡體兩側(cè)邊緣，滑體厚度逐漸減小，在前期處治后基本穩(wěn)定，運(yùn)營(yíng)期穩(wěn)定性較好。因此，針對(duì)運(yùn)營(yíng)期持續(xù)變形的2#～5#變形體開展了地表調(diào)查及深部位移監(jiān)測(cè)。

3.1 地表變形破壞特征

地表變形破壞主要由坡體、支擋結(jié)構(gòu)、高速公路構(gòu)筑物三部分構(gòu)成，具體表現(xiàn)如下。

（1）坡體地表變形破壞

滑坡體在2019年后的地表變形主要表現(xiàn)在原裂縫重新開裂并發(fā)展延伸;3#變形體出現(xiàn)局部淺層滑塌;5#變形體新出現(xiàn)規(guī)模較大的局部下錯(cuò)裂縫。

（2）支擋結(jié)構(gòu)變形破壞

根據(jù)施工階段（2007年）滑坡處治情況，滑坡范圍內(nèi)高速公路東側(cè)采用了抗滑樁、擋土墻、格構(gòu)錨等支擋措施，但高速公路運(yùn)營(yíng)中陸續(xù)出現(xiàn)部分抗滑樁開裂、樁前護(hù)面墻變形、樁后土體起鼓、擋土墻開裂及墻面起鼓等情況，且變形方向及破壞形式與滑坡的運(yùn)動(dòng)方向及推力作用方式一致，說明滑坡仍在進(jìn)一步的發(fā)展中，部分支擋措施在滑坡推力的作用下已經(jīng)開始失效，甚至發(fā)生破壞。調(diào)查共發(fā)現(xiàn)抗滑樁開裂3處（均為2#變形體），擋墻開裂6處（2#變形體3處，3#變形體1處，5#變形體2處），樁前護(hù)面墻變形及樁后土體起鼓則在2#～5#變形體均有不同程度體現(xiàn)。另外，坡體設(shè)置的地表截排水溝均出現(xiàn)不同程度的變形破壞。

（3）高速公路構(gòu)筑物變形破壞

滑坡區(qū)內(nèi)高速公路構(gòu)筑物變形主要表現(xiàn)在路面開裂、路側(cè)邊溝變形及涵洞變形，其中以路面裂縫最明顯。調(diào)查發(fā)現(xiàn)滑坡區(qū)內(nèi)路面裂縫共31條，主要表現(xiàn)為橫向、斜向裂縫較多，縱向裂縫最少，其中一半以上集中在5#變形體范圍內(nèi)，其裂縫規(guī)模也最大。此外，路基邊溝在不同程度上發(fā)生了傾倒、開裂、下沉，個(gè)別涵洞表現(xiàn)出滲水、開裂、脫空等特征，這些變形均與滑坡活動(dòng)密切相關(guān)。

3.2 深部位移監(jiān)測(cè)分析

為了解滑坡的深部位移及滑面發(fā)展情況，在2#～5#變形體布置了控制性監(jiān)測(cè)剖面，得到的監(jiān)測(cè)成果如下，監(jiān)測(cè)曲線見圖4。

（1）2#變形體：ZK2-1在埋深21.5 m處有明顯位移，ZK2-2在埋深8 m處有明顯位移;前期處治工程資料顯示的滑體中部滑面深度為14.4 m，說明滑面有下移的可能;ZK2-3無明顯變形趨勢(shì)。

（2）3#變形體：ZK3-1在2020年3月底發(fā)現(xiàn)在埋深3.5 m處無法繼續(xù)測(cè)量，ZK3-2在埋深2 m處無法繼續(xù)測(cè)量，說明淺層滑面已經(jīng)形成;ZK3-3無明顯變形趨勢(shì)。

（3）4#變形體：ZK4-1在埋深28 m處有明顯位移，ZK4-2在埋深11 m處位移有所變化，但無明顯外傾突變;前期處治工程資料顯示的滑體中部滑面深度約20 m，說明滑面有下移的可能;ZK4-3無明顯變形趨勢(shì)。

（4）5#變形體：ZK5-1在埋深6 m以上有外傾變形趨勢(shì)，ZK5-2在埋深11 m處有明顯位移變化，ZK5-3在埋深8 m以上有外傾變形趨勢(shì)，但無明顯外傾突變;ZK5-4無明顯變形趨勢(shì)。

根據(jù)深部位移監(jiān)測(cè)成果可以看出，前期（高速公路施工階段）處治的工程滑坡范圍內(nèi)的多數(shù)監(jiān)測(cè)孔在2020年3月份持續(xù)降雨作用下均發(fā)生了較明顯的位移變化，高速公路右側(cè)的監(jiān)測(cè)孔（ZK2-3、ZK3-3、ZK4-3、ZK5-4）則無明顯變化，說明目前的滑坡活動(dòng)仍集中在工程滑坡的范圍內(nèi)。另外，距離抗滑樁較近的監(jiān)測(cè)孔（ZK4-2、ZK5-3）位移變化較為復(fù)雜，雖有一定的位移變化，但位移量較小，亦無明顯突變，說明目前的抗滑樁對(duì)限制滑坡變形起到了一定的作用。

3.3 滑坡持續(xù)變形原因分析

（1）本滑坡與降雨關(guān)系密切，前期處治工程雖實(shí)施了較系統(tǒng)的截排水溝，但坡體表面較寬廣，錯(cuò)臺(tái)、洼地較多，截排水效果有限。同時(shí)，缺乏系統(tǒng)的深部排水措施，導(dǎo)致降雨對(duì)滑坡的影響持續(xù)進(jìn)行，且隨著老裂縫重新張開，更加劇了降雨對(duì)滑坡的不利影響。

（2）滑體及滑床多由全風(fēng)化泥巖、泥質(zhì)粉砂巖組成，其工程性質(zhì)較差，局部富水帶類似可塑狀黏性土，在地下水作用下，易發(fā)展為新滑面，造成滑面下移及產(chǎn)生沿抗滑樁頂部失穩(wěn)的越頂滑動(dòng)。

3.4 滑坡的變形階段及趨勢(shì)

（1）2#變形體在降雨作用下深部位移監(jiān)測(cè)變形明顯，支擋結(jié)構(gòu)出現(xiàn)了一定的開裂和鼓包，降雨停止后變形也隨之趨緩。這說明2#變形體已經(jīng)復(fù)活，且局部滑面下移，應(yīng)已處于蠕動(dòng)擠壓階段，在未來持續(xù)降雨作用下，可轉(zhuǎn)化到整體失穩(wěn)緩慢滑動(dòng)階段。

（2）3#變形體在2019年7月應(yīng)已開始復(fù)活，目前淺層滑體已處于整體失穩(wěn)緩慢滑動(dòng)階段，深部滑體尚處于蠕動(dòng)擠壓階段，在未來持續(xù)降雨作用下，可轉(zhuǎn)化到整體失穩(wěn)緩慢滑動(dòng)階段。

（3）4#變形體在降雨作用下中上部深部位移監(jiān)測(cè)變形明顯，且局部滑面下移，前部監(jiān)測(cè)變形不明顯，應(yīng)與距離抗滑樁距離較近，受抗滑樁支擋作用影響有關(guān)。這說明4#變形體中上部應(yīng)已處于蠕動(dòng)擠壓階段，在未來持續(xù)降雨作用下，可轉(zhuǎn)化到整體蠕動(dòng)擠壓至失穩(wěn)緩慢滑動(dòng)階段。

（4）5#變形體規(guī)模較大，變形有一定差異。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查及深部位移監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，中部及北部位移變形明顯，應(yīng)已處于蠕動(dòng)擠壓階段，在未來持續(xù)降雨作用下，可轉(zhuǎn)化到整體失穩(wěn)緩慢滑動(dòng)階段;南部的深部變形尚不明顯，但淺層局部滑塌現(xiàn)象已出現(xiàn)，在未來持續(xù)降雨作用下，可轉(zhuǎn)化到整體蠕動(dòng)擠壓階段。

4 結(jié)語

（1）高速公路于老滑坡前緣挖腳穿過，并在強(qiáng)降雨作用下導(dǎo)致老滑坡體“復(fù)活”，經(jīng)施工階段處治后在運(yùn)營(yíng)階段仍持續(xù)變形，影響運(yùn)營(yíng)安全。因此，在山區(qū)高速公路選線時(shí)應(yīng)格外加強(qiáng)對(duì)老滑坡、古滑坡的調(diào)查和辨識(shí)，從“源頭”上避免此類事件的發(fā)生。

（2）2#～5#變形體在2020年3月持續(xù)降雨后已出現(xiàn)較明顯的整體失穩(wěn)跡象，威脅高速公路運(yùn)營(yíng)安全及下游村莊，亟須采取處治措施。

（3）在滑坡與降雨關(guān)系密切且滑體物質(zhì)滲透性較好時(shí)，尤其要加強(qiáng)坡體內(nèi)部的排水措施。

（4）以全風(fēng)化泥巖、泥質(zhì)粉砂巖等軟弱巖土組成的滑床，在地下水較豐富且排泄不暢時(shí)，易造成滑面下移，形成更深層的滑動(dòng)。

（5）高速公路運(yùn)營(yíng)過程中應(yīng)針對(duì)施工期處治的滑坡工程加強(qiáng)監(jiān)測(cè)和養(yǎng)護(hù)，特別是定期巡查并疏導(dǎo)坡體的截排水工程。

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