某滑坡的成因分析及处理建议

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【摘要】滑坡是公路常见的边坡病害；本文根据笔者的经验和体会，以贵州某高速公路施工中发生的滑坡为例子，谈谈施工时发生滑坡的成因分析及处理建议，希望能对相关设计人员有所帮助。

【关键词】滑坡；高边坡；顺层滑坡

一、原设计概况

1、地形地貌

3、原设计边坡的防护方案

该段路堑边坡坡高约34.5m，原设计边坡坡率第1、2级为1：0.75，第3、4级为1：1；防护措施第1级采用锚杆框架梁防护，第2级采用锚索框架梁防护，第3级采用锚杆框架梁防护，第4级采用人字形骨架植草防护。

二、滑坡的现场情况

11月上旬，现场设计代表反映该路堑第四级边坡开挖后不久出现局部坍塌，施工单位要求变更；11月下旬，业主认为设代组提出的片石填充方案不合理，要求放缓边坡处理；12月初，设计代表才上报设计院称路堑上部山体出现多处开裂，情况严重；12月15日，设计人员进入现场调查。经现场踏勘、访问村民及补充断面测量，现场情况大致如下：

1、施工周期及使用爆破情况

据村民反映：“该路堑已开挖约2个月，大概开挖1个月左右，进行爆破开挖，随后山体出现裂缝，200米外的民房也受影响出现小裂缝”。按时间推算，本段路堑10月中旬开始开挖，11月初，最先开挖的第四级出现了局部坍塌；11月中旬爆破开挖后，坡顶山体出现多条裂缝，施工方随即停工并于11月27日上报业主及设计代表。与现场问题的上报基本吻合。

2、现场边坡开挖情况

（1）从补充横断面测量可知，施工方并未按设计坡率进行开挖，如最顶部的第4级边坡挖成了两级1：0.75的边坡。K104+200前后边坡出现坍塌，施工方在业主要求下补充了简易的坡顶截水沟和平台截水沟。

（2）施工方也未按设计图开挖一级、支护一级的要求施工；小桩号边坡临空面高约14～17.3m，大桩号边坡临空面高约17～22.5m，均未进行支护。

（3）施工方在出现坍塌后仍继续开挖路基右侧，使临空面进一步扩大。

（4）从路基开挖面看，地层情况与地勘钻孔基本一致；路堑起终点的页岩风化程度大，节理裂隙发育，力学性质及稳定性较路堑中部差。

3、现场裂缝调查情况

施工单位于11月底对山体进行排查并布置了监测，边坡顶部距离坡顶开挖线100m范围内呈现多条裂缝，围绕路堑边坡呈弧形分布，裂缝延伸方向与坡顶开挖线平行，后缘线裂缝宽约2-3cm。根据排查及监测资料，坡顶裂缝在不断增加，并逐步向后源扩散，已有裂缝宽度逐步加宽，并向两侧延伸，表明该路堑边坡已处于蠕滑变形阶段。12月中旬调查时，最远裂缝位于边坡中部，距离坡顶开挖线约121m，裂缝宽度一般5～10cm，缝宽还在持续增大。滑动体侧面的小桩号裂缝较小，宽约1～3cm，大桩号裂缝较大，最宽约15cm。

4、现场滑动面调查情况

路堑边坡临空面未见明显鼓胀现象，也未见明显剪出口，路堑坡脚处也未见积水现象；目前坡面开挖部分主要为全～强风化粉砂质页岩层，岩体破碎，风化呈碎裂块状，质软；路堑两端坡体为全～强风化，土体力学性质差，局部裂隙有泥化夹层；路堑中部地段岩体较完整，为中等风化粉砂质页岩。强风化层与中风化层交界面未见明显的泥质软弱夹层。

路堑小桩号坡口处裂缝约30～50cm，大桩号坡口处裂缝最宽达120cm，边坡土体有向外翻倾的趋势，其原因可能是路堑起、终点前沿有小山包，下部中风化页岩埋深较浅，上部坡体滑移在此遇到阻力出现应力集中，把上部岩土体顶起开裂所致。

5、地下水发育情况

路堑小桩号左侧冲沟内多级台阶处有泉眼，为地下水沿页岩强、中风化带运移出露，泉水流量较小，约0.02～0.05升/秒；开挖路堑右侧前缘见一泉眼出露，为地下水沿页岩与泥质灰岩接触界面处运移，流量约0.05升/秒；以上泉眼在出口处形成小泥潭，地下水又渗入土体中，未形成明显表流；调查期间也未发现水量异常变化及变浑浊情况。

三、滑坡影响因素及成因分析

1、地形、地貌

路堑区顶部虽然较为平缓，但总体左高右低，与岩层倾向一致，路基位于山坡右侧，路基开挖后形成较大临空面，岩土体易在自重作用下沿着基岩层理软弱面滑动，地形对路堑稳定稍有不利。

2、气象、水文地质条件

项目区，夏无酷暑，冬无严寒，四季不甚分明，气候温和，阳光充足，雨量充沛，一般五月至七月间和十月份雨量较多，年平均降雨量1180mm。施工期恰好在雨季末期的10月份，受季节影响，土体含水量较大，增加了路堑土体的自重；地下水位高，并在页岩强风化与中风化交界及页岩与灰岩交界面富集形成泉水出露，降低了软弱面的力学指标，软弱面的内摩擦角与粘聚力受含水量影响很大，一般随着含水量增大而降低，故地下水的富集对本路堑边坡的稳定相当不利。

3、工程地质条件

路堑边坡主要由页岩组成，为薄层状构造，页岩为软质岩，质软而性脆，强风化页岩结构松散、更易崩解开裂，为地下水的渗入提供了通道，中风化页岩透水性差，地下水往往在强风化与中风化交界面富集，加速了该层岩体中矿物的溶解软化，易形成软弱面，当山体的受力条件因路基开挖、爆破震动发生改变时，容易失稳产生滑动。

该路堑边坡位于宽平正断层上盘，路堑段线路走向与断层走向平行，受该断层影响，岩体受挤压扰动破碎，节理裂隙极为发育，岩层局部挠曲，开挖边坡由切向坡向内转化为顺向坡，岩层产状250∠10°，地质构造及岩层产状、裂隙发育情况对坡体稳定性的影响均处于不利状态。

路堑两端及顶部第3、4级边坡由粉质粘土及全～强风化页岩组成，结构松散且强度低，施工方实际按1：0.75坡率开挖且未及时支护，造成坡体剪应力集中并在坡面连通，使坡体形成较大范围的松弛区，在降雨、震动等外力作用下，路堑两端坡体出现宽达20～120cm的裂缝，进而发生失稳、滑塌。

综上所述，路堑区的岩性、岩层产状、风化程度、地质构造等滑坡内因均处不利状态，原坡体稳定性欠佳，边坡需放缓并有效加固才能保证其稳定性。

4、边坡开挖高度与裂缝的发展关系

目前路堑的临空面平均高约18m，最远裂缝距离坡口线约120m，由此可知，滑动面与地层倾角吻合，系页岩在外因影响下发生了层间滑动。从12.1～12.19的监控点数据看，裂缝最大移动约10cm，高程降低约5～10cm，坡体的总体趋势是向坡口滑移并稍向小桩号处挤压，其特点与小桩号临空面高度小变形小、大桩号临空面高度大变形大的情况是吻合的。

5、施工爆破对边坡的稳定性影响

从施工方上报山体滑坡的日期及访问老乡得知的信息可知，路堑顶部出现裂缝是在开挖至中风化页岩层，施工方进行爆破开挖后出现的，山体开裂与爆破施工有着必然的直接联系。

根据西南交通大学进行的国家自然科学基金项目“顺层露天台阶爆破机理及层裂面力学性态的弱化研究”成果，爆破作用对含软弱夹层岩质边坡稳定性的影响存在如下规律：爆破瞬间，模型边坡的稳定性系数降幅约为62～65%，这表明只有当爆破前边坡的稳定性系数大于2.85时，爆破过程中的边坡稳定性系数才大于1，即边坡不会在爆破过程中失稳滑动；爆破后，边坡稳定性系数降幅约为30～35%，若爆破前边坡稳定性系数小于1.54，爆破后边坡稳定性系数将小于1，即边坡爆破后处于失稳状态。

如此高的安全系数，明显超出设计规范的要求，而本路堑开挖至中风化粉砂质页岩后，施工方采用了爆破开挖，爆破施工对软弱夹层的弱化应是滑坡发生的主因。

6、滑动面c、φ值的取值推算

根据本工点的破坏特性，该路堑岩体变形主要受控于软弱结构面的强度，利用理正岩质边坡稳定分析软件-复杂平面滑动稳定分析模块进行反算，本路堑软弱结构面参数内摩擦角φ值取12度，粘聚力c值取20kpa。在该参数情况下，天然状态下的自然坡体是稳定的，路堑开挖后，坡体稳定性系数依然在1.5以上，但爆破时及爆破后山体会失稳，与实际基本相符。

在此参数条件下，采用清方卸载或放缓边坡对坡体稳定性的提高有限，难以满足大爆破施工需要的稳定性系数，为此，取消大爆破施工是首要的处理措施。在查明结构面参数的条件下方可进行小药量微差控制爆破。

四、危害性评估及趋势预测

施工期从雨季末期开始，受季节影响，土体含水量高，自重大；地下水位高且在岩层软弱面富集，对本路堑边坡的稳定相当不利；而路堑区的岩性、岩层产状、风化程度、地质构造等滑坡内因均处不利状态；路堑区在多种不利因素叠加以及不合理的挖方坡率、爆破施工等条件综合作用下，坡体出现蠕变失稳。

目前路堑边坡平均开挖深度约18m，岩体主要为强风化页岩层，坡体沿页岩面产生顺层滑动，如边坡不进行支护而继续向下开挖，产生顺层滑坡的范围很可能将逐步向后扩散。本路堑边坡失稳为滑移-拉裂型，初期由于临空面处岩体沿岩层面蠕变，后缘造成轻微拉裂，随着开挖深度加深，蠕变逐渐向深部发展，后缘拉裂面向里加深，并逐步向后方扩展，到后期由于应力重分布第一道裂缝前缘岩体沿开挖坡脚处岩层面产生滑移破坏，导致其后岩体进入累进性破坏阶段，最后发展为滑坡。

本路堑除强风化页岩厚度较大易出现边坡顺层滑移外，还存在两处地下水富集的软弱结构面，分别是粉砂质页岩强、中风化交界面及粉砂质页岩与灰岩的交界面。若路堑继续进行大爆破开挖，坡体在爆破震动作用下很可能会沿着这两处软弱面滑移，特别是下层页岩与灰岩的交界面滑移的后果将非常严重，导致边坡治理费用出现数倍增加。

五、建议措施

从确保边坡稳定，降低治理造价，加快治理进度，降低施工安全风险等方面综合考虑，建议采取以下措施：

1、施工单位要改变传统观念，慎重对待软岩顺层边坡的开挖问题。

2、停止路堑边坡的开挖，严禁进行大爆破施工，避免爆破损害页岩与灰岩交界面的稳定性；尽量不采用爆破开挖，万不得已的情况下，需查明结构面参数的条件下才可进行小药量微差控制爆破。

3、做好防灾、避灾方案，定出疏散线路，设立地质灾害预警点，出现临灾前兆时，及时向政府和主管部门报告，并采取应急防灾、减灾的措施。

4、做好坡面防水措施，对裂缝采用薄膜覆盖或采用水泥浆对裂缝进行注浆封闭，避免地表水大量渗入坡体。

5、立即对路堑边坡进行监测，至少对3条剖面进行监测，在路堑前缘、路中、每级边坡平台处及坡体上方布置适量监测点，每日测量裂缝长度、宽度及错距等，重点记录新增裂缝情况，分析裂缝变化特征。

6、对该边坡做专项勘察，在边坡中部及两侧共布置3条横断面，布置8-10个钻孔，详细查明开挖路堑边坡的强、中风化界面及页岩与泥质灰岩的分界面，岩体内软弱夹层的分布，边坡岩体的变形状况等各项特征，按照现行勘察规范和技术要求评价其稳定状态，并细化工程治理设计、实施工程治理。

7、对滑坡体进行削方卸载，清除边坡坍塌的土方，整平因坍塌形成的缺口，在中、强风化分界处设置边坡平台，利用平台宽控制削方量直至坡体基本停止滑动，上部强风化页岩及粉质粘土边坡的坡率放缓至1：1.5～1：2，减少边坡土体的下滑力，避免发生再次坍塌。

8、做好临时排水及坡面保养工作；加强坡面防护，对不稳定边坡必须开挖一级支护一级；第1级边坡锚杆框架防护调整为锚索框架，把锚固段设置于灰岩层中，提高页岩与灰岩面交界面的稳定性。

9、加强坡体排水，在第1级边坡和第3级边坡处分别设置2排仰斜排水孔，排除坡体内及软弱结构面的地下水，减少坡体下滑力。

参考文献

[1]《工点工程地质详细勘察报告》.中交第一公路工程局有限公司，2013

[2]张继春，欧阳吉.《爆破作用对软弱顺倾岩质边坡稳定性影响的试验研究》. 西南交通大学，2009

作者简介

梁君明，男，1976年生，大学本科，工程师

余仁伟，男，1984年生，大学本科，工程师