夏志遠(yuǎn) 王 率 任延斌

（中航勘察設(shè)計研究院有限公司，北京 100098）

0 引言

山區(qū)公路修建過程中，由于地形變化復(fù)雜，深挖高填情況不可避免，一些地段易形成高填方路基。山區(qū)挖方產(chǎn)生的填料主要為殘坡積黏性土、風(fēng)化碎石塊等，粒徑大小不均?；靥罘绞揭话悴捎米匀粧佁睿词共捎脧?qiáng)夯或碾壓回填等路基處理手段，由于填料粒徑級配不良，處理效果往往不佳。同時，在有較厚殘坡積土層覆蓋的坡體上修筑高填方路基時，若未對松散的殘坡積土層進(jìn)行有效處理，往往在殘坡積土層內(nèi)部以及填方交界處易形成軟弱界面，在降雨、地下水滲流等外在因素影響下極易引發(fā)路基邊坡失穩(wěn)，形成滑坡。

高榮春[1]針對山區(qū)公路高填方路基的設(shè)計方法進(jìn)行了分析，并簡述了山區(qū)高填方路基的施工特點(diǎn)；霍金剛等[2]采用有限元強(qiáng)度折減法并結(jié)合FLAC軟件對高填方邊坡路基穩(wěn)定性進(jìn)行分析；夏井泉等[3]針對山區(qū)高填方路基的穩(wěn)定性分析方法進(jìn)行了比較研究，并分析了有限差分法、極限平衡法和有限元法各自的適用條件；黃新進(jìn)[4]分析了山區(qū)公路半填半挖路基交接面的類型和性質(zhì)，并在驗(yàn)算半填半挖路基穩(wěn)定性時對不平衡推力法進(jìn)行了改進(jìn)；歐陽光前[5]對半填半挖路基邊坡穩(wěn)定性力學(xué)機(jī)理進(jìn)行了深入研究，歸納了不同的工程地質(zhì)模式及相應(yīng)的變形破壞模式；蘇永華等[6]對半填半挖路基交接面的穩(wěn)定性的影響因素進(jìn)行了分析，并推薦了更合適的穩(wěn)定性計算方法。

高填方路基邊坡的穩(wěn)定性直接影響到道路的通行順暢和安全。邊坡失穩(wěn)滑動后，在救急搶險過程中，更需要及時調(diào)查邊坡的破壞機(jī)制，分析滑動機(jī)理，以便判斷再次發(fā)生滑動的可能性，有針對性地進(jìn)行施工治理。本文結(jié)合具體工程實(shí)例，對山區(qū)高填方路基邊坡的破壞特點(diǎn)和滑動機(jī)理進(jìn)行分析，為今后類似的滑坡救急搶險工作提供一定的借鑒。

1 工程概況

某高填方路基邊坡位于江西省某高速公路連接線段，該路段系在原有國道路基上改擴(kuò)建而成，路寬16 m，于2005年年初建成通車。發(fā)生邊坡失穩(wěn)滑動路段的路基邊坡坡率1∶1.5，邊坡最大高度約26 m，采用半挖半填的方式加寬路基，將附近開采的殘坡積土和風(fēng)化碎石塊傾倒拋填在原有坡體上，分層碾壓處理。路基邊坡頂部修建截水溝，坡體上修建排水溝，坡腳修建約2 m高漿砌片石擋土墻進(jìn)行支護(hù)，坡體覆土并植草防護(hù)。

道路竣工前，研究區(qū)路基上緣坡體曾發(fā)生過淺層滑坡，滑坡體寬度100多米，后緣頂部距坡腳最大高度60余米，后采取擋土墻+漿砌片石護(hù)坡+導(dǎo)管的支護(hù)手段和打泄水孔+挖滲溝的排水措施進(jìn)行加固處理。然而，2018年6月，在降雨作用影響下，該路基段再次發(fā)生滑坡。

2 滑坡基本形態(tài)特征

根據(jù)變形特征，通過野外調(diào)查確定滑坡邊界。H1#滑坡整體呈圈椅狀，坡體表面呈階梯狀，估算滑動體積約30000 m3，為小型土質(zhì)滑坡（見圖1（a））。在滑坡后緣周界形成下錯臺坎，后壁高陡，坡頂路面有明顯裂縫，路邊漿砌片石截水溝和坡體上的排水溝受到坡體滑動變形作用而發(fā)生拉裂破壞。H1#滑坡兩側(cè)側(cè)壁邊界不明顯，僅局部斷續(xù)分布有橫向拉張裂縫。H1#滑坡前緣被滑坡堆積物覆蓋，剪出口不明顯。

圖1 滑坡形態(tài)特征

在H1#滑坡發(fā)生整體錯落滑動過程中，坡體上殘坡積土層受擾動發(fā)生次一級滑動，形成次級H2#滑坡（見圖1（b））。該滑坡后壁距主錯落后壁距離僅3.0 m，兩側(cè)側(cè)壁明顯，在滑坡后緣還出現(xiàn)明顯環(huán)狀拉張裂縫。

在坡體下部臨近坡腳位置，表層回填土受擾動發(fā)生再次滑動，以坡面排水渠為界，東西兩側(cè)各發(fā)生一處小型滑坡H3#、H4#（見圖1（c）、圖1（d））。兩處小滑坡受上部水流的不斷滲流補(bǔ)給，土體基本處于飽和狀態(tài)，前緣滑動剪出口位于滑坡下方道路路基處，土體揉皺強(qiáng)烈，變形擠壓現(xiàn)象明顯，原重力式支護(hù)擋墻被沖毀。H1#-H4#滑坡體的主要特征和要素見表1，分布和平面形狀如圖2。

表1 滑坡體特征一覽表

據(jù)野外調(diào)查、鉆探揭露，滑坡體整體厚度小于10 m，為淺-中層滑坡。滑坡體內(nèi)有裂縫、鼓起等變形跡象，主要裂縫分布見圖2，其主要特征見表2。

表2 滑坡裂縫特征一覽表

圖2 滑坡體工程地質(zhì)平面圖

該滑坡規(guī)模雖然不大，但滑坡體形態(tài)復(fù)雜，涉及到多次滑動，形成多個滑坡體和滑動面，并且十多年前在其上部發(fā)生過規(guī)模類似的滑坡，因此值得對滑坡的滑動成因和機(jī)理進(jìn)行深入分析，找到失穩(wěn)滑動的原因，從而進(jìn)行有效預(yù)警和防護(hù)。

3 滑坡工程地質(zhì)與水文地質(zhì)特征

3.1 區(qū)域地形地貌和構(gòu)造特征

邊坡主要處于構(gòu)造剝蝕中低山區(qū)，地形起伏大，侵蝕切割嚴(yán)重，山體自然坡度一般為30°～50°。尤其是本次邊坡失穩(wěn)地段，路線沿山坡一側(cè)曲折而上，跨溝越嶺，多處削坡填方，險峻異常。該地區(qū)受區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造作用影響，路線區(qū)內(nèi)巖層構(gòu)造裂隙發(fā)育，巖體破碎，導(dǎo)水性好。

3.2 滑坡體巖性組成及滑帶土基本特征

根據(jù)野外鉆探、原位測試及室內(nèi)試驗(yàn)成果的綜合分析，將各土層的組成及分布情況簡述如下：

①全新統(tǒng)含碎石粉質(zhì)黏土素填土（Q4ml）：以黃褐色為主，局部褐黃色，松散，稍濕-濕，以粉質(zhì)黏土為主，含碎石，碎石呈棱角形，磨圓度差，一般粒徑2～5 cm，最大粒徑約30 cm，碎石含量約為10%～30%。該層為修筑公路時回填，回填時間約13年，坡體滑動過程中受擾動后呈松散狀態(tài)，為H3#、H4#滑坡體及其滑面所在層位，揭露層厚2.9～12.7 m。

②上更新統(tǒng)含碎石粉質(zhì)黏土（Q3dl+el）：殘坡積土，褐黃色，可塑，稍濕-濕，以粉質(zhì)黏土為主，含碎石，碎石呈棱角形，磨圓度差，一般粒徑2～5 cm，最大粒徑約40 cm，碎石含量約為10%～30%，均勻性差，為H1#、H2#滑坡體所在層位，揭露層厚3.7～4.4 m。

③上更新統(tǒng)含碎石粉質(zhì)黏土（Q3dl+el）：土體性質(zhì)與②含碎石粉質(zhì)黏土類似，為H1#、H2#滑坡體的滑面所在層位，揭露層厚3.8～19.9 m。

④中泥盆統(tǒng)羅塅組強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖（D2ld）：以灰白色為主，局部灰色，粉砂狀結(jié)構(gòu)，層理構(gòu)造，泥質(zhì)及鈣質(zhì)膠結(jié)，節(jié)理、裂隙很發(fā)育。揭露層厚1.6～3.2 m。

野外鉆探多個鉆孔都不同程度地揭露了4個滑坡的滑面及滑帶土，其基本特征見表3。

表3 滑坡體巖土組成和滑面、滑帶土基本特征

3.3 場地水文地質(zhì)條件

根據(jù)周邊水文地質(zhì)調(diào)查資料分析，滑坡區(qū)地下水類型主要為第四紀(jì)松散巖類孔隙水，主要賦存于滑坡裂縫及滑動層中，其水量受大氣降水控制明顯，以下降泉及潛流形式分散排泄。據(jù)現(xiàn)場水文地質(zhì)調(diào)查，滑坡中段及前緣位置可見地下水泉眼10處，泉眼為本次滑坡后形成，其特征見表4，在坡體上具體位置及分布見圖2。

表4 泉眼點(diǎn)特征一覽表

4 滑坡成因和機(jī)制分析

4.1 影響因素

本次邊坡失穩(wěn)變形的形成與發(fā)展受多種因素的影響，包括地形地貌、地質(zhì)構(gòu)造和滑坡體物質(zhì)組成等內(nèi)在因素，也包括地下水滲流、人類活動等外在因素[7]。

（1）地形地貌：邊坡位于構(gòu)造侵蝕中低山地形區(qū)，地形起伏大，滑坡變形前，平均坡度約40°。

（2）地質(zhì)構(gòu)造：邊坡所在區(qū)域經(jīng)歷過多期次構(gòu)造運(yùn)動的影響，褶皺斷裂構(gòu)造極為發(fā)育，巖層受擠壓，形成大量結(jié)構(gòu)面，巖體破碎。且該段巖層傾向N25°E左右，傾角35°～40°，屬于順層邊坡，穩(wěn)定性較差。

（3）滑坡體物質(zhì)組成：滑坡體物質(zhì)組成主要為①含碎石粉質(zhì)黏土素填土和②殘坡積含碎石粉質(zhì)黏土，不同部位厚薄變化很大，包含大量碎石，土質(zhì)不均，孔隙率大，透水性強(qiáng)，易形成滲流通道。

（4）水文地質(zhì)：坡體內(nèi)土體孔隙大，松散，有利于地下水下滲和徑流排泄。水流滲入土體，一方面增加土體自重，另一方面軟化土體中的軟弱面，從而影響坡體的穩(wěn)定性。

（5）人類活動：據(jù)走訪調(diào)查和查閱該路段竣工資料，路基邊坡上部約60 m的位置曾有一處泉眼，道路施工期間對該處泉眼進(jìn)行了封堵處理，但處理效果不理想，2005年本次路基失穩(wěn)邊坡的上部發(fā)生過一次滑坡，主要由于該處泉水滲流引起坡體失穩(wěn)滑動。在后期邊坡治理過程中，埋設(shè)數(shù)條縱向盲溝將水流引出，而盲溝埋設(shè)位置正是經(jīng)過本次失穩(wěn)邊坡的坡體。

從H1#滑坡變形特征分析，豎向最大變形5 m，橫向變形較小，表明滑坡以豎向變形為主，推測本次邊坡失穩(wěn)的主要原因是埋設(shè)的盲溝局部有漏水滲流情況，導(dǎo)致邊坡體內(nèi)的細(xì)顆粒物質(zhì)被長期不斷沖刷帶走，留下粗顆粒骨架，土層的孔隙率增大，強(qiáng)度降低，使坡體呈現(xiàn)“架空結(jié)構(gòu)”，這些“架空結(jié)構(gòu)”進(jìn)一步發(fā)展成滲流通道，加大了水流滲透力對土顆粒的作用，當(dāng)“架空結(jié)構(gòu)”不足以支撐上部土體質(zhì)量時，便發(fā)生錯落滑塌?？辈炱陂g適逢降雨，但坡頂及坡底附屬排水渠內(nèi)均未見流水，而坡體上卻分布發(fā)育了10處泉眼，均從坡體內(nèi)部滲流而出，也間接證明了坡體內(nèi)部存在大量滲流通道的情況。

4.2 滑動變形過程推演

根據(jù)滑坡體形態(tài)、裂縫分布和后期變形等情況，可以反演路基邊坡失穩(wěn)變形的過程。

第Ⅰ階段：由于盲溝附近的地下水長期滲流潛蝕，坡體上土體內(nèi)細(xì)顆粒從粗顆粒骨架中被滲流帶走，土層孔隙率逐漸增大，導(dǎo)致坡體呈現(xiàn)“架空結(jié)構(gòu)”而發(fā)生整體錯落，形成H1#滑坡，以豎向變形為主。

第Ⅱ階段：H1#滑坡發(fā)生錯落滑動后，殘坡積含碎石粉質(zhì)黏土受擾動發(fā)生滑面位于殘坡積土層內(nèi)的滑動，形成H2#滑坡。該滑坡是本次邊坡失穩(wěn)變形量最大的一次滑動。

第Ⅲ階段：在邊坡臨近坡腳位置，坡面表層回填土擾動而發(fā)生再次滑動，以坡面排水渠為界，兩側(cè)各發(fā)生一個滑面位于填土層內(nèi)的小型滑坡，即H3#和H4#滑坡。從兩個滑坡的形態(tài)特征分析，H4#滑坡受H2#滑坡下滑影響形成，為推動式滑坡；H3#滑坡在H4#滑坡形成后滑動形成，因?yàn)镠3#滑坡的前緣堆積物覆蓋在H4#滑坡體之上。

5 滑坡穩(wěn)定性計算與評價

5.1 計算方法

本文采用土質(zhì)邊坡穩(wěn)定性計算中的瑞典條分法[8]，將滑坡體分為若干個豎向土條，并忽略各土條之間的相互作用力，自動搜索最危險圓弧滑裂面計算穩(wěn)定性系數(shù)。計算公式如下：

式中：ci為第i 條 土體的黏聚力，kPa；bi為 第i條土體的寬度，m；Wi為第i條 土體的自重，kN/m；θi為第i條土體的坡面法線方向與豎直方向的夾角，（°）；φi為 第i條土體的內(nèi)摩擦角，（°）。

5.2 計算剖面的選取

本次對滑坡的穩(wěn)定性計算中，選擇1-1’剖面進(jìn)行計算（見圖2），剖面形態(tài)見圖3。

圖3 剖面1-1’示意圖

5.3 計算工況的確定

根據(jù)野外調(diào)查與室內(nèi)分析所確定的滑面即軟弱面，呈圓弧形滑動，故采用自動搜索圓弧滑動面計算模型對滑坡可能發(fā)生的滑動進(jìn)行穩(wěn)定性驗(yàn)算，選定如下兩種工況計算評價滑坡穩(wěn)定性：

工況1：自重工況，受土體自重作用（采用天然重度）；

工況2：暴雨工況，受土體自重作用（采用飽和重度）和降雨入滲作用。

5.4 計算參數(shù)的選取

根據(jù)現(xiàn)場鉆探、原位測試、室內(nèi)試驗(yàn)成果等綜合分析，結(jié)合工程建設(shè)經(jīng)驗(yàn)，確定各巖土層物理力學(xué)參數(shù)建議值，再根據(jù)滑坡的物質(zhì)組成、變形特征、滑面貫通情況，對飽和巖土體的c、φ值進(jìn)行折減賦值選取。巖土層物理力學(xué)參數(shù)選值見表5。

表5 各巖土層物理力學(xué)參數(shù)選值表

5.5 穩(wěn)定性計算結(jié)果及分析評價

采用瑞典條分法，選取1-1’剖面，自動搜索最危險圓弧滑裂面計算其兩種工況下的穩(wěn)定性系數(shù)。根據(jù)《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范》[9]第5.3.1條規(guī)定，穩(wěn)定性狀態(tài)按表6進(jìn)行判定。

表6 邊坡穩(wěn)定性狀態(tài)劃分

本次對邊坡穩(wěn)定性進(jìn)行計算分析，結(jié)果見圖4，與實(shí)際情況及上述分析基本相符。

圖4 計算結(jié)果簡圖

工況1：自重工況下Fs＝1.001<1.05，坡體處于欠穩(wěn)定狀態(tài)；

工況2：暴雨工況下Fs＝0.789<1.00，坡體處于不穩(wěn)定狀態(tài)。

根據(jù)計算結(jié)果，該坡體自然狀態(tài)下處于欠穩(wěn)定狀態(tài)，在雨水滲透及地下水徑流作用下，土中細(xì)顆粒物質(zhì)被沖刷帶走，導(dǎo)致土的各項(xiàng)物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)下降，坡體逐漸向不穩(wěn)定狀態(tài)發(fā)展，從圖中可以看出，最危險滑動面形態(tài)近似②、③層土層交界面，當(dāng)坡體中形成貫通的滑動面后，最終發(fā)生滑坡。

6 有限元數(shù)值分析模擬

采用FLAC3D有限元數(shù)值分析軟件對邊坡進(jìn)行模擬計算，與瑞典條分法得出的穩(wěn)定性計算結(jié)果進(jìn)行分析對比。

6.1 模型建立

選取圖3所示剖面，采用巖土力學(xué)研究中常用的摩爾-庫侖（Mohr-Coulomb）彈塑性本構(gòu)模型建立剖面三維模型。

6.2 參數(shù)選取

根據(jù)現(xiàn)場鉆探、原位測試、室內(nèi)試驗(yàn)成果等綜合分析，結(jié)合工程建設(shè)經(jīng)驗(yàn)，確定各巖土層體積模量及剪切模量參數(shù)建議值（見表7）。

表7 各巖土層體積模量及剪切模量參數(shù)選值表

6.3 計算工況

工況1：自重工況，受土體自重作用（采用天然重度）。

工況2：暴雨工況，受土體自重作用（采用飽和重度）和降雨入滲作用。

6.4 計算結(jié)果及分析評價

利用軟件內(nèi)置的強(qiáng)度折減法，計算邊坡的穩(wěn)定性系數(shù)，計算結(jié)果見圖5。

圖5 計算結(jié)果圖

工況1：自重工況下Fs＝1.02<1.05，坡體處于欠穩(wěn)定狀態(tài)；

工況2：暴雨工況下Fs＝0.91<1.00，坡體處于不穩(wěn)定狀態(tài)；

圖5與前述破壞機(jī)理分析及瑞典條分法計算結(jié)果基本相符，根據(jù)計算結(jié)果，坡體在天然工況下已處于欠穩(wěn)定狀態(tài)，位移量較大的區(qū)域分布在②含碎石粉質(zhì)黏土層中，危險滑面形態(tài)為圓弧形，接近②層與③層交界面位置。

在暴雨工況雨水下滲及地下水徑流作用下，土的各項(xiàng)物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)下降，坡體處于不穩(wěn)定狀態(tài)，位移量的分布特征與天然工況較為接近，在②、③層土層交界面處位移達(dá)到最大值，當(dāng)滑動面貫通后，坡體將沿著圓弧滑動面發(fā)生整體變形，形成滑坡。

7 結(jié)論

（1）山區(qū)高填方路基邊坡的穩(wěn)定性直接影響道路的通行順暢和安全，應(yīng)予以重視。路基填料應(yīng)按設(shè)計要求選取并進(jìn)行有效路基處理，殘坡積層等具有軟弱層面的地層也應(yīng)提前加固處理，否則易發(fā)生滑動變形。

（2）山區(qū)公路修建工程中，要加強(qiáng)對周邊水文地質(zhì)條件的調(diào)查，對地下水出露點(diǎn)等關(guān)鍵要素要進(jìn)行重點(diǎn)處理，做好綜合截排水措施，保證截排水設(shè)施的長期有效性，避免留下隱患導(dǎo)致邊坡多次滑動。

（3）分析滑坡滑動機(jī)制時，首先需要對滑坡的滑坡體形態(tài)和變形特征、裂縫分布、周邊地下水出露等方面進(jìn)行綜合分析，尤其是多級滑動時，更需要根據(jù)這些條件來反演滑坡的滑動階段、滑動力學(xué)性質(zhì)等，從而得到正確的滑動機(jī)制，能在滑坡救急搶險初期快速判斷滑坡的危險程度和變形趨勢，并為滑坡后期治理提供合理的處理方案。

（4）利用瑞典條分法，計算了邊坡兩種工況下的穩(wěn)定性系數(shù)，評價了其穩(wěn)定性狀態(tài)；利用FLAC3D數(shù)值模擬軟件建立邊坡三維數(shù)值模型，對其進(jìn)行了兩種工況下的模擬與穩(wěn)定性計算，分析了邊坡模型的位移量分布特征，評價了邊坡模型的穩(wěn)定性狀態(tài)。兩種計算方法與變形破壞機(jī)理定性分析結(jié)論基本一致，為邊坡治理設(shè)計提供理論支持。