王九勝

（甘肅省公路管理局，甘肅 蘭州 730030）

0 引言

近年來(lái)，蘭州地區(qū)公路在新建、改擴(kuò)建過(guò)程中，為提高公路線形指標(biāo)，確保行車舒適度和安全性，在設(shè)計(jì)時(shí)盡可能采用較大曲線半徑和較長(zhǎng)直線距離，因此對(duì)蘭州地區(qū)山丘、梁峁、臺(tái)地進(jìn)行必要的開挖[1-3]。在開挖過(guò)程中，對(duì)斜坡坡腳或者坡體進(jìn)行切坡，在強(qiáng)降雨等氣候耦合作用下，導(dǎo)致坡體失穩(wěn)的可能性較大，對(duì)交通安全、交通順暢構(gòu)成威脅。因此在蘭州地區(qū)進(jìn)行公路工程建設(shè)的過(guò)程中，一定要研究開挖坡體的黃土類型、坡體形態(tài)、巖土體力學(xué)性質(zhì)以及開挖方式方法等[4-6]。

1 蘭州地區(qū)黃土特征

1.1 黃土區(qū)域分布

蘭州地區(qū)總面積13 085.6 km2，占全省面積的2.88%。東臨定西市，南接寧夏回族自治區(qū)，西與青海省毗鄰，西北與武威市接壤，北部與白銀市相連，地理位置東徑 102°36′～104°34′，北緯 35°34′～37°07′。蘭州市位于隴西黃土高原的西部，是青藏高原向黃土高原的過(guò)渡地區(qū)。境內(nèi)大部分地區(qū)為海拔1 500～2 500 m的黃土覆蓋的丘陵和盆地。石質(zhì)山地是祁連山的山脈，分布在市境的南北兩側(cè)。

1.2 地形地貌

地處隴西黃土高原的西北部，是黃土高原與青藏高原的過(guò)渡地帶，區(qū)內(nèi)溝谷縱橫，地形起伏較大，大部分地區(qū)為黃土覆蓋，山區(qū)一般為基巖出露。整個(gè)地勢(shì)南高北低，西高東低。地貌類型可分為黃土丘陵和侵蝕堆積河谷平原。

黃土丘陵基底基巖類型為白堊系、新近系紫紅色、紅色砂巖，泥巖和砂礫巖，上覆新老黃土，侵蝕強(qiáng)烈，溝谷相間，溝壁較陡，谷底狹窄。黃土覆蓋深厚的梁頂溝頭部分，黃土梁、峁、溝壑十分發(fā)育。溝谷呈樹枝狀，上寬下窄，基巖出露。

侵蝕堆積河谷平原分布于黃河、湟水河河域兩岸，由河漫灘地、Ⅰ～Ⅳ級(jí)階地構(gòu)成。河漫灘高出現(xiàn)代河床1～2 m，Ⅰ級(jí)階地不發(fā)育。Ⅱ級(jí)階地比較發(fā)育，高出河床5～10 m，一般寬500～1 000 m，階地上泥石流扇較發(fā)育。Ⅲ級(jí)階地殘留不多，高出河床80 m左右，侵蝕破壞嚴(yán)重。Ⅳ級(jí)階地相當(dāng)發(fā)育，高出河床150 m左右，階面較寬，雖然沖溝侵蝕，但基本完整，較大的有黃河兩岸的張家臺(tái)、黑臺(tái)、朱家臺(tái)等。評(píng)估區(qū)為黃河高階地區(qū)，由于長(zhǎng)期受地表水流強(qiáng)烈侵蝕切割，階地地貌形態(tài)除局部存在有殘留的高階地平臺(tái)及沖積二元結(jié)構(gòu)外，已演變?yōu)辄S土丘陵的一部分。

1.3 降雨及氣溫

根據(jù)甘肅省氣候區(qū)劃，蘭州市屬隴中北部冷溫帶干旱區(qū)，總的氣候特點(diǎn)是降水少、日照多、光能潛力大、氣候干燥、晝夜溫差大。根據(jù)蘭州市氣象站多年資料統(tǒng)計(jì)：該地區(qū)多年平均氣溫9.0℃，極端最高和最低氣溫分別為39.1℃和－23.1℃；年平均降雨量316.7 mm，最多年為546.7 mm；年平均蒸發(fā)量1 399 mm。區(qū)內(nèi)最大凍土深度103.0 cm（1967年1月），屬季節(jié)性凍土，時(shí)間為11月至翌年3月。近年來(lái)該區(qū)降水年內(nèi)分配不均，多集中于7～9月（見(jiàn)圖1），占全年降水量的61%以上，其中8月最多，平均降水量為85.3 mm，占年降水量的26%，年平均出現(xiàn)日降水量大于25 mm的日數(shù)為1.6 d，年平均出現(xiàn)日降水量大于50 mm的日數(shù)為0.1 d。蘭州市短歷時(shí)高強(qiáng)度降雨較多，降雨集中，實(shí)測(cè)日最大降雨量為96.8 mm，小時(shí)最大降雨量為51.9 mm，10 min最大降雨量為18.6 mm，連續(xù)降雨日數(shù)最長(zhǎng)為9 d（見(jiàn)圖1）。由于降雨量不均勻，為邊坡失穩(wěn)創(chuàng)造了條件。

圖1 蘭州市區(qū)氣象要素

1.4 公路邊坡失穩(wěn)空間特征

在地形地貌上，自然滑坡在地貌上具有一定的選擇性，對(duì)坡形、坡高有一定的要求。對(duì)工程開挖而言，原始坡體形態(tài)并無(wú)特殊要求，當(dāng)開挖坡體高度達(dá)到一定程度，造成坡角較陡時(shí)，就能產(chǎn)生滑坡。因此在人工開挖坡體時(shí)，雖然部分挖坡、削坡采取了一定的護(hù)坡措施，但整體上造成坡角變大，坡體穩(wěn)定性被破壞，引起滑坡。從典型滑坡來(lái)看，其發(fā)育高度多在20 m以上，主要集中在蘭什公路、G109河口段。

邊坡失穩(wěn)多為黃土層內(nèi)滑坡。典型開挖黃土滑坡，滑動(dòng)地層均為黃土地層（Q3馬蘭黃土、Q2離石黃土和Q1午城黃土），坡腳開挖至泥巖之下時(shí)，則出現(xiàn)沿黃土和泥巖的接觸面上剪出的滑坡。這類公路邊坡很多，主要集中在九州公路、G109大沙坪段。

在空間展布上，以城市周圍、交通沿線最為集中，其他零星分布。黃土山區(qū)城市受地形條件限制，城市周圍的黃土邊坡成為城市擴(kuò)容的對(duì)象。很多工礦企業(yè)和城建部門對(duì)黃土邊坡進(jìn)行開挖以拓展場(chǎng)地，開挖區(qū)域多沿公路、河流，使得城市周邊黃土滑坡分布具有高度集中性和條帶性。如蘭州市，四面環(huán)山，黃土厚度大，山高坡陡，具有滑坡發(fā)育的條件。近 30年來(lái)，蘭州城市擴(kuò)容，依山進(jìn)行南北環(huán)路建設(shè)，有九州公路、G109大沙坪段、G312桃樹坪段、蘭永快速通道、G212蘭臨高速蘭州段等，導(dǎo)致南（皋蘭山）北（白塔山）兩山山腳不斷被開挖，同時(shí)兩山綠化不斷提水灌溉，致使公路邊坡失穩(wěn)可能性增加。

2 斜坡失穩(wěn)力學(xué)機(jī)制

2.1 降雨

根據(jù)氣象資料分析，蘭州近年來(lái)降雨極其不平衡，主要集中在7、8、9三個(gè)月，最大降雨量可達(dá)50 mm。降雨主要有兩個(gè)方面作用導(dǎo)致邊坡失穩(wěn)：一方面部分被開挖的黃土坡體并沒(méi)有表現(xiàn)出快速滑動(dòng)的跡象，但當(dāng)遇強(qiáng)降雨時(shí)，增加坡體重量，增大下滑力，導(dǎo)致邊坡失穩(wěn)；另一方面則是降雨沿黃土節(jié)理裂隙入滲，在下部土層局部形成飽和帶，軟化土體，對(duì)坡體滑動(dòng)起到促滑作用。如果水體不能及時(shí)排出，將激發(fā)超孔隙水壓力，進(jìn)一步加速土體的不穩(wěn)定性，引起黃土滑坡。

2.2 坡體開挖

邊坡開挖對(duì)邊坡穩(wěn)定性影響巨大，首先改變了原有形狀，使邊坡坡度變陡，坡腳受到破壞。原始坡面開挖之后，坡體在水平方向上產(chǎn)生卸荷作用，降低了邊坡抗滑能力，改變了土體內(nèi)部的應(yīng)力和重力場(chǎng)的重新分布。在坡腳處產(chǎn)生應(yīng)力集中，在坡頂形成拉張區(qū)域，產(chǎn)生微應(yīng)變，并不斷積累產(chǎn)生一系列裂隙。這些裂隙隨著時(shí)間的變化在深度和寬度上也會(huì)發(fā)生變化，并不斷向深處擴(kuò)展，造成失穩(wěn)，如圖2所示。

圖2 邊坡失穩(wěn)機(jī)理

2.3 開挖與降雨耦合

由于許多邊坡在開挖過(guò)程中，坡體應(yīng)力重新分配，很容易在應(yīng)力較為集中的地方形成擠壓型裂縫、拉裂型裂縫，遇到強(qiáng)降雨時(shí)雨水沿裂縫滲入，加速巖土體結(jié)構(gòu)破壞，力學(xué)性能逐漸降低，巖土體自重增加，加速了坡體的移動(dòng)，最終導(dǎo)致邊坡失穩(wěn)。

3 結(jié)語(yǔ)

黃土邊坡失穩(wěn)在蘭州地區(qū)非常突出，對(duì)公路建設(shè)及公路運(yùn)營(yíng)安全構(gòu)成極大威脅，對(duì)蘭州地區(qū)一系列公路黃土邊坡進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)查分析研究，認(rèn)識(shí)清楚蘭州地區(qū)公路黃土邊坡失穩(wěn)影響因素及失穩(wěn)過(guò)程，為以后黃土邊坡治理提供可靠的科學(xué)依據(jù)。

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