李紅明，蘭素戀，張紅日，譚 毅，羅世毅，管少龍，藍(lán)天助

(1.廣西交科集團(tuán)有限公司，廣西 南寧 530007； 2.廣西道路與結(jié)構(gòu)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣西 南寧 530007；3.廣西交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣西 南寧 530007； 4.上海交通大學(xué) 土木工程系，上海 200240)

2020年4月，柳州經(jīng)合山至南寧高速公路,施工至高興村長弄屯附近，右側(cè)邊坡開挖至第二級(jí)時(shí)部分房屋及地面出現(xiàn)細(xì)小裂縫，6月部分房屋及地面裂縫增多，原有裂縫也加深加寬，地面沉降，部分房屋地坪也出現(xiàn)空隙。隨后施工單位停止該路段施工，開展地質(zhì)調(diào)查評價(jià)工作。

通過對滑坡現(xiàn)狀、變形分布范圍、規(guī)模和地質(zhì)結(jié)構(gòu)特征等分析，高興村長弄屯滑坡處于緩慢滑動(dòng)變形階段，后緣發(fā)育呈圓弧狀裂隙帶，兩側(cè)未見明顯變形，前部僅見開挖邊坡坡面零星幾處裂縫，其前緣剪出口和周界不明顯，推測滑坡左右寬約280 m，縱向長約270 m，滑坡體厚度10～30 m，方量約120×104m3，該滑坡為大型滑坡[1-3]。通過對滑坡的巖土主要物理力學(xué)分析，評價(jià)了滑坡的穩(wěn)定性，查明了滑坡的失穩(wěn)破壞模式、形成機(jī)制和影響范圍，預(yù)測了其發(fā)展趨勢和危害性[4-7]。調(diào)查發(fā)現(xiàn)，滑坡已造成直接經(jīng)濟(jì)損失約200萬元，潛在經(jīng)濟(jì)損失約5 000萬元。滑坡防治工程等級(jí)劃分為一級(jí)[8]。通過對該滑坡的調(diào)查評價(jià)，為工程治理提供依據(jù)。

1 地質(zhì)環(huán)境概況

(1)地形地貌特征?；聟^(qū)屬低山丘陵地貌，地形起伏較大，山體連綿起伏，相對高差較大，地形陡峭，植被發(fā)育，山峰上部基巖裸露，坡度25°～40°，谷地平緩，坡度 5°～20°。在建高速公路沿溝谷西北側(cè)山坡展布，場地最低點(diǎn)高程約+223.5 m，最高點(diǎn)高程約+313.89 m。

(2)地質(zhì)構(gòu)造?；聟^(qū)斷層發(fā)育，路段南東東側(cè)約150 m為韓家至高興逆斷層，南東側(cè)約500 m為高興斷層，北西西側(cè)約950 m為正斷層。受斷層影響，滑坡區(qū)巖體風(fēng)化強(qiáng)烈，巖體破碎，巖層扭曲現(xiàn)象明顯，巖層產(chǎn)狀多變，節(jié)理裂隙方向各異。

(3)地層巖性?；聟^(qū)地層主要由第四系殘坡積層、崩積層及石炭系下統(tǒng)大塘階組成。殘坡積層主要由褐黃色黏土、灰褐色角礫組成；崩積層主要由灰色塊石、褐黃色礫砂組成；石炭系下統(tǒng)大塘階主要由深灰色頁巖、灰色砂巖、深灰色破碎灰?guī)r組成。頁巖呈薄層狀，風(fēng)化強(qiáng)烈，土夾巖狀，礫砂狀，遇水易軟化，該巖性主要分布于滑坡區(qū)中上部。砂巖呈中厚層狀，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖體破碎，巖夾土狀，礫砂狀。破碎灰?guī)r呈薄—中厚層狀，裂隙發(fā)育，巖體破碎。

(4)水文地質(zhì)。長弄屯地區(qū)地表水主要來源于大氣降水，地表存在泄水通道。降雨時(shí)有大量雨水匯入塊石間隙，直接排入山體，長年累月受雨水沖刷浸泡，坡體中土層局部已被掏空，形成錯(cuò)綜復(fù)雜的泄水通道，排向不明，但在坡腳處出露一處泉眼，常年流水。長弄屯區(qū)域地下水有2種類型：①賦存于第四系地層中的孔隙水，屬潛水，受大氣降水或地表水補(bǔ)給，地下水量較貧乏，水位隨季節(jié)而變化，一般水位較淺；②賦存于巖石中的基巖裂隙溶洞水，受地表水和孔隙水補(bǔ)給，其水量因巖石裂隙發(fā)育程度不同而差異較大，具有一定的承壓性。

2 滑坡體特征

2.1 滑坡形態(tài)特征

(1)滑坡平面。滑坡處于緩慢滑動(dòng)變形階段，后緣發(fā)育呈圓弧狀裂隙帶，對附近土坯民房影響嚴(yán)重(圖1)，兩側(cè)未見明顯變形，前緣剪出口為開挖邊坡坡腳，前后緣高差約56 m，兩側(cè)邊界為沖溝部位。滑坡體自然坡度4°～12°，局部較平坦。

圖1 滑坡體后緣民房墻體及地面裂縫Fig.1 Cracks in the wall and ground of houses on the back edge of the landslide

(2)滑坡軸?；螺S走向約為 103°，滑坡體自長弄屯后部民房向高速公路路基方向滑動(dòng)，主滑動(dòng)方向主軸長約270 m。

(3)滑坡體。滑坡主要位于高速公路右側(cè)邊坡上方山坡，滑坡分布高程+242～+299 m，寬約280 m，長約 270 m，滑坡形態(tài)呈圈椅狀，滑坡平面面積約60 000 m2，滑體厚度 10.0～30.0 m，平均厚20 m，滑坡方量約120×104m3，為深層大型滑坡。

2.2 滑坡結(jié)構(gòu)特征

(1)滑坡巖土體?；麦w主要為第四系殘坡積層黏土、塊石、風(fēng)化頁巖組成。黏土為膨脹土，在干濕頻繁交替氣候變化下，土體多次往復(fù)脹縮變形，土體結(jié)構(gòu)發(fā)生破壞，抗剪強(qiáng)度顯著降低。塊石為周邊高山崩積形成孤石，厚3.4～13.6 m，分布不均勻。風(fēng)化頁巖薄層狀，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖體破碎，巖夾土狀，遇水易軟化、崩解，抗剪強(qiáng)度急劇下降，滑坡體內(nèi)巖土體力學(xué)性質(zhì)總體較差，邊坡開挖易引起土體變形開裂。

(2)滑帶土(巖)?；嫔喜繌暮缶壌┻^黏土層，進(jìn)入全—強(qiáng)風(fēng)化頁巖層，主滑面主要處于全—強(qiáng)風(fēng)化頁巖中，由于全風(fēng)化頁巖原巖結(jié)構(gòu)基本破壞，呈堅(jiān)硬土狀為主，其抗剪強(qiáng)度接近土層，全風(fēng)化層滑帶土含水量較高，呈可塑狀，強(qiáng)風(fēng)化頁巖遇水易軟化、崩解，在飽水情況極易泥化，抗剪強(qiáng)度急劇下降，滑帶土部位強(qiáng)風(fēng)化頁巖泥化程度高，呈土夾巖狀，含水量高。滑帶土處于土巖分界面附近，有明顯的滑動(dòng)變形。

(3)滑床。滑床主要處于全—強(qiáng)風(fēng)化頁巖上，全風(fēng)化頁巖深灰色，土夾巖，遇水易軟化、崩解，透水性差；強(qiáng)風(fēng)化頁巖深灰色，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖體破碎，透水性差，遇水易軟化、崩解，巖夾土狀，屬于軟巖。滑床縱向坡度一般4°～20°，滑床橫向呈圓弧狀。

(4)滑坡性質(zhì)?；率紫茸冃纬霈F(xiàn)在后緣，2020年4月后緣產(chǎn)生裂縫，至8月初邊坡開挖坡面出現(xiàn)近垂直裂縫，9月份滑坡中下部房屋及地面出現(xiàn)細(xì)小裂縫，判斷該滑坡屬推移式滑坡。

3 巖土物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)

本次勘查通過現(xiàn)場原位試驗(yàn)、單軸飽和抗壓試驗(yàn)、取樣進(jìn)行室內(nèi)土工試驗(yàn)等方法，綜合評價(jià)頁巖的物理力學(xué)性質(zhì)[9-12]。巖土物理力學(xué)指標(biāo)統(tǒng)計(jì)見表1。

其中m(X)是未知回歸函數(shù),ε是均值為0方差為σ2的誤差項(xiàng).設(shè)(x,y)是變量(X,Y)的某個(gè)具體取值,{(Xi,Yi),i=1,2,···,n}為樣本數(shù)據(jù).在多維情況下,式(1)可表示成如下形式:

表1 全風(fēng)化頁巖物理力學(xué)指標(biāo)統(tǒng)計(jì)Tab.1 Statistical table of physical and mechanical indexes of fully weathered shale

4 滑坡形成原因和機(jī)理分析

斜坡變形的形成和發(fā)展往往是多種因素共同作用下的結(jié)果。斜坡自身?xiàng)l件(內(nèi)因)和外部環(huán)境(外因)是決定其穩(wěn)定性的主要因素，它們是相互聯(lián)系，相互作用的[12]。其中，內(nèi)因主要為包括地形地貌、地層巖性和巖土結(jié)構(gòu)、水文地質(zhì)條件等的地質(zhì)環(huán)境，外因包括降雨、人類工程活動(dòng)等[13-16]。在對斜坡變形誘發(fā)因素及變形機(jī)理進(jìn)行研究時(shí)，必須對其變形的孕育條件進(jìn)行分析。

(1)特殊的地質(zhì)環(huán)境是孕育該段斜坡變形的內(nèi)在因素。①斜坡地形。該段斜坡所處地貌區(qū)屬峰叢谷地地貌，地形起伏較大，山體連綿起伏，相對高差較大，山峰上部基巖裸露，地形陡峭，上部呈錐狀，植被發(fā)育。發(fā)生變形的斜坡坡度25°～40°，下部谷地平緩，坡度 5°～20°(圖2)，平緩的自然坡度也表明斜坡的自穩(wěn)能力較差，斜坡上有多處土坯房存在老裂縫，推測其可能為斜坡緩慢變形所致。 ②地質(zhì)構(gòu)造。斜坡體附近有3條規(guī)模較大的斷層，其中韓家至高興逆斷層距離僅約150 m，受斷層擠壓作用，基巖巖體破碎，裂隙發(fā)育，風(fēng)化厚度大，巖體整體強(qiáng)度低，穩(wěn)定性差。同時(shí)，發(fā)育的裂隙有利于形成裂隙水含水帶，導(dǎo)致巖體軟化，抗剪強(qiáng)度降低，易形成軟弱滑動(dòng)帶。 ③地層巖性及巖土體結(jié)構(gòu)。斜坡表部覆蓋層較厚，斜坡體主要由第四系殘坡積黏土、崩積層和大塘階全—強(qiáng)風(fēng)化頁巖組成，其中表部的黏土為膨脹土，具有中等膨脹性，在高溫、高濕氣候影響下，干濕頻繁交替變化，長期的反復(fù)脹縮變形使土體開裂，結(jié)構(gòu)發(fā)生破壞，強(qiáng)度顯著降低，同時(shí)大氣降水更易入滲。全、強(qiáng)風(fēng)化頁巖力學(xué)強(qiáng)度低，遇水易軟化、崩解、泥化，其抗剪強(qiáng)度急劇下降，形成軟弱帶，易發(fā)育成滑動(dòng)面。 ④水文地質(zhì)。場地處于地下水徑流段，受斜坡周邊地形影響，斜坡地下水補(bǔ)給持續(xù)，地下水位埋深較淺，斜坡中上部村民水井水位現(xiàn)深約1.7 m。⑤斜坡演化歷史。斜坡巖體風(fēng)化厚度大，巖土體巖性復(fù)雜、層序混亂；斜坡中部揭露的石灰?guī)r與周邊地層巖性及產(chǎn)狀均不連續(xù)，推測其可能為斜坡后部陡崖崩落后滑動(dòng)移位所致；斜坡上部地表水排泄速度表明斜坡內(nèi)孔隙大，巖土體結(jié)構(gòu)松散。種種跡象顯示，斜坡是由后部陡崖巖體崩落向前滑移演化而成的崩滑堆積體，原有的滑面形成了天然的弱面[17-18]。推測斜坡的成因如圖3所示。

圖2 滑坡區(qū)地形地貌及坡腳開挖揭露破碎—雜亂的巖體Fig.2 Topography and topography of landslide area and excavation of slope toe reveal broken and disorderly rock mass

圖3 長弄屯斜坡演化歷史示意Fig.3 Evolution history of Changnongtun Slope

(2)雨是斜坡變形的重要誘發(fā)因素 。斜坡區(qū)地處桂中北部，屬中亞熱帶季風(fēng)氣候，夏季高溫、高濕、多雨。區(qū)內(nèi)2020年溫度及降雨量變化曲線如圖4所示，區(qū)內(nèi)夏季高溫天氣持續(xù)時(shí)間長，年平均溫度逐年升高。同時(shí)，區(qū)內(nèi)降雨量豐沛，近3年平均降雨量達(dá)1 602 mm，主要集中在5—9 月。

圖4 研究區(qū)溫度與降雨量變化曲線Fig.4 Variation curves of temperature and precipitation in the study area

施工記錄顯示，邊坡于3—4月進(jìn)行第3級(jí)開挖，開挖期間區(qū)內(nèi)遭遇了近3年來春季最極端的降雨歷程，累積降水量達(dá)232.4 mm，施工期間僅有5 d未降雨。4—5月進(jìn)行邊坡第2級(jí)開挖，5月16日前，區(qū)內(nèi)降雨量較往年偏小，開挖過程中未見明顯的邊坡變形跡象。據(jù)當(dāng)?shù)卮迕穹从常?月斜坡后緣開始出現(xiàn)微小裂縫。斜坡區(qū)迎來第1輪強(qiáng)降雨天氣，累積降水量達(dá)527.3 mm，雖然此時(shí)邊坡已停止了開挖，但強(qiáng)降雨導(dǎo)致斜坡裂縫數(shù)量進(jìn)一步增加，裂縫寬度和深度不斷加大。7月區(qū)內(nèi)迎來3次強(qiáng)降雨過程，使多棟房屋產(chǎn)生較嚴(yán)重的開裂，地表裂縫寬度最大達(dá)4 cm，地面下沉5～10 cm。

通過在滑坡上布設(shè)平面以及深部位移監(jiān)測點(diǎn)，選取平面位移監(jiān)測點(diǎn)JK01、JK02、JK03、JK04及JK05與深部位移顯著變化監(jiān)測點(diǎn)ZK2、ZK3、ZK9及ZK11對邊坡變形過程與降雨歷程的關(guān)系進(jìn)行分析。由圖5可知，斜坡位移整體均呈現(xiàn)先陡增、后緩增的變形趨勢，斜坡變形的陡增階段出現(xiàn)在7月20日的一次強(qiáng)降雨后，但隨后的斜坡變形隨著降雨的進(jìn)行，出現(xiàn)明顯的滯后特點(diǎn)，可能與長期的降雨導(dǎo)致表層膨脹土基質(zhì)域膨脹、孔隙閉合、雨水入滲速度降低等有關(guān)。

圖5 平面位移監(jiān)測變化曲線 Fig.5 Change curve of plane displacement monitoring

此外，由圖6可見，斜坡體表面在降雨時(shí)隆起，雨停后沉降，其原因主要為降雨時(shí)地下水位升高對表層土體產(chǎn)生頂托作用導(dǎo)致地表隆起，雨停時(shí)地下水位下降對表層土體產(chǎn)生吸附作用引發(fā)沉降變形。

圖6 沉降監(jiān)測變化曲線 Fig.6 Change curve of settlement monitoring

對滑坡后緣房屋裂縫沉降變形進(jìn)行了監(jiān)測，房屋的下沉和裂縫的開裂值在9月11日極端強(qiáng)降雨后明顯增加，隨后進(jìn)入緩增階段，與累積降雨量變化趨勢較為一致。裂縫在降雨作用下加速發(fā)展，后期變形與降雨具有很強(qiáng)的相關(guān)性[16-17]，如圖7所示。

圖7 斜坡后緣房屋下沉值及裂縫開裂與降雨量變化曲線Fig.7 Variation curves of house subsidence value,crack cracking and rainfall at the back edge of slope

上述分析表明，長弄屯斜坡的變形與區(qū)內(nèi)極端降雨天氣密切相關(guān)，是誘發(fā)斜坡變形的重要原因。

(3)斜坡前緣邊坡開挖為斜坡提供了變形空間并進(jìn)一步降低了阻滑力 。斜坡前緣邊坡的開挖，降低了前緣阻滑段的抗滑力，產(chǎn)生了新的臨空面。同時(shí)，開挖改變了地下水的徑流條件，加速了地下水的排泄，使斜坡體地下水位下降，水位下降使斜坡上部黏性土產(chǎn)生固結(jié)沉降，同時(shí)徑流條件的改變也增加下滑方向的滲透壓力[6-12]。

事實(shí)上，僅開挖引起的地下水位下降導(dǎo)致的土層沉降變形及滲透力不足以使斜坡產(chǎn)生較大的失穩(wěn)變形。但當(dāng)斜坡遭遇極端降雨時(shí)，沿開挖處泉眼流出的水流量難以充分將雨水排出，導(dǎo)致地下水位的進(jìn)一步上升，降雨停止后，地下水位又快速下降。反復(fù)的地下水位升降使斜坡土體不斷產(chǎn)生變形，最終在斜坡上產(chǎn)生較大的地表裂縫。斜坡地表裂縫形成后，大量雨水又將以優(yōu)勢流的方式進(jìn)入坡體。該部分雨水在裂縫中快速聚集形成水柱，產(chǎn)生靜水壓力，從而進(jìn)一步使斜坡的穩(wěn)定性惡化。

5 滑坡穩(wěn)定性分析評價(jià)

(1)自然斜坡穩(wěn)定性。通過調(diào)查評價(jià)，場地表層黏土為膨脹土，下伏基巖存在遇水易軟化的頁巖，且受斷層影響巖體破碎，地下水位高，斜坡高度大，長弄屯自然斜坡具備了發(fā)生滑坡的地質(zhì)環(huán)境條件或已發(fā)生變形跡象。因此，長弄屯自然斜坡為不穩(wěn)定斜坡。該斜坡上層為厚度13～16 m的黏土，下伏基巖主要為頁巖，自然斜坡總高度超過50 m，綜合判斷該不穩(wěn)定斜坡發(fā)生滑坡可能性大，處于欠穩(wěn)定—不穩(wěn)定狀態(tài)[16]。

(2)滑坡沿土巖界面滑動(dòng)的穩(wěn)定性分析。由于場地地形坡度小，滑坡區(qū)土巖界面整體坡度平緩不利于坡體下滑，滑坡體中下部覆蓋層為崩積物塊石，崩積物堆積時(shí)規(guī)律性差，其界面平滑性較差不利于滑動(dòng)，且其處于抗滑段，重度較大也不利于邊坡下滑。從這次鉆孔深層位移監(jiān)測來看，覆蓋層位置未見有明顯位移突變情況，說明滑坡沿土巖界面滑動(dòng)可能性小。

(3)滑坡定性分析。從地貌和地質(zhì)鉆探、調(diào)查綜合分析，滑坡區(qū)處于低山丘陵地貌中緩坡地段，滑坡體巖土體主要為黏土、全風(fēng)化頁巖和強(qiáng)風(fēng)化頁巖，黏土呈可—硬塑狀，具有中等膨脹性。干濕頻繁交替變化時(shí)，土體多次往復(fù)脹縮變形，抗剪強(qiáng)度顯著降低，全風(fēng)化頁巖和強(qiáng)風(fēng)化頁巖遇水易軟化，易發(fā)育成滑動(dòng)面，高速公路開挖已形成近20 m高邊坡，坡度較陡。根據(jù)裂縫觀測(后緣)、深層位移監(jiān)測(滑面)和開挖邊坡位移監(jiān)測(前緣部位)均持續(xù)變形，滑動(dòng)面基本貫通，滑坡現(xiàn)狀處于緩慢滑動(dòng)變形階段。隨著變形發(fā)展，滑動(dòng)面逐漸發(fā)生完全貫通后，滑坡將快速變形整體滑動(dòng)，若不盡快進(jìn)行治理，滑坡范圍必然擴(kuò)大。邊坡在外業(yè)勘查期間遇持續(xù)降雨情況下，邊坡后緣裂縫持續(xù)擴(kuò)大。因此，滑坡整體處于不穩(wěn)定狀態(tài)[19]。

(4)滑坡定量分析評價(jià)。由于滑坡處于緩慢滑動(dòng)變形階段，滑坡兩側(cè)周界不明顯，滑動(dòng)面位置根據(jù)滑坡后緣裂縫、深層位移監(jiān)測情況和開挖邊坡坡腳確定主滑面處于全—強(qiáng)風(fēng)化頁巖中，滑動(dòng)面整體呈折線型滑動(dòng)破壞，對滑坡進(jìn)行穩(wěn)定性計(jì)算分析，各剖面穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果見表2。

表2 各剖面穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果Tab.2 Stability calculation results of each section

從表2可以看出，主剖面2-2′在飽和情況下均為不穩(wěn)定狀態(tài)，天然狀態(tài)為欠穩(wěn)定，1-1′剖面在天然和飽和狀態(tài)均處于基本穩(wěn)定狀態(tài)，2-2′剖面在天然和飽和狀態(tài)下均處于欠穩(wěn)定狀態(tài)。從剖面計(jì)算穩(wěn)定性結(jié)果看，基本符合滑坡現(xiàn)狀，滑坡后緣、滑面、前緣均持續(xù)緩慢滑動(dòng)狀態(tài)，滑坡在強(qiáng)降雨天氣沖刷下及雨水的入滲作用導(dǎo)致土體抗剪強(qiáng)度降低，自重增加，導(dǎo)致其穩(wěn)定性變差，滑動(dòng)面完全貫穿，滑坡加劇進(jìn)入快速整體滑動(dòng)階段，危害村民生命財(cái)產(chǎn)安全和高速公路施工和運(yùn)營[20]。所以，有必要對滑坡采取相應(yīng)的支擋防護(hù)措施進(jìn)行治理。

6 結(jié)論

(1)滑坡主要位于高速公路右側(cè)邊坡上方山坡，滑坡高程+242～+299 m，寬度約為280 m，長度約為270 m，滑坡形態(tài)呈圈椅狀，滑坡平面面積約為60 000 m2，滑體厚10.0～30.0 m，平均厚20 m，滑坡方量約120×104m3，屬深層推移式大型滑坡。

(2)長弄屯斜坡屬于不穩(wěn)定斜坡，其發(fā)生變形的可能性大，處于欠穩(wěn)定—不穩(wěn)定狀態(tài)。

(3)長弄屯不穩(wěn)定斜坡為典型的推移式變形體，特殊的地質(zhì)結(jié)構(gòu)及演化歷史是孕育斜坡變形的內(nèi)在條件，在降雨和工程開挖耦合作用下，誘發(fā)原本不穩(wěn)定的斜坡產(chǎn)生了推移式蠕滑變形。

(4)通過對滑坡穩(wěn)定性分析評價(jià)，該滑坡體在天然狀態(tài)下均處于欠穩(wěn)定狀態(tài)，在強(qiáng)降雨天氣沖刷下及雨水的入滲作用導(dǎo)致自重增加，導(dǎo)致其穩(wěn)定性變差，滑坡可能進(jìn)入快速整體滑動(dòng)階段，有必要進(jìn)行工程防護(hù)。