赣东红层泥岩边坡失稳与水—岩机制分析

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摘要：江西赣东地区持续阴雨气候，省道S214丰德线沿线分布了大量的红层泥岩边坡，因长期持续阴雨，雨水渗入边坡坡体，致使土质松软，在水-岩长期作用下，岩石由坚硬状态到可塑，直到流塑状态。本文以某处滑坡为例，对红层泥岩边坡在水岩机制作用下的变形破坏规律做出阐述。

关键词：泥质边坡 水岩作用 破坏规律

1 引言

江西赣东地区，分布着一种外观为红色的陆相碎屑沉积地层，该地层是典型的层状岩体，主要以泥岩为主，粉砂岩、泥页岩等较软弱的岩层，该类岩层易受降水影响，较弱的透水性和较强的亲水性造成泥岩长期浸泡下，雨水荷载下的作用致使泥岩遇水膨胀、失水收缩，易风化、塑性变形，抗风性能弱、易崩解等特性。天然降水入渗坡体内部，就起补给地下水，地下水的赋存与运移是诱发泥岩边坡坡体失稳的主要因素。而地下水的赋存与运移的实质是水岩作用。

2 水岩力学作用与滑坡变形机制

地下水对岩体的力学作用，主要表现为空隙静水压力和空隙动水压力，前者减小红砂岩的有效应力而降低其强度，在裂隙岩体中的空隙静水压力可使裂隙产生扩容变形。后者对岩体产生切向推力以降低其抗剪强度。地下水对红砂岩中的软弱夹层及破碎岩体施加一种体积力，在空隙动水压力的作用下可使岩体中的细微颗粒物质产生移动，部分被携出岩体之外，产生机械潜蚀而破坏岩体，发生管涌现象。在岩体裂隙或断层中的地下水对裂隙施加两种力：一是垂直于裂隙的空隙静水压力（面力），该力使裂隙产生垂向变形；二是平行于裂隙的空隙动水压力（面力），该力使裂隙产生切向变形。当地下水位上升时，以泥质岩体为主的滑体容重、孔隙水与动静水压力的增加，易诱发或滑坡复活。而水位变动造成地下水动力场的分布发生变化，表现为初始水位等梯度的突升突降，动静水压力荷载使得岩土体的抗滑力减弱，因此降雨对滑坡稳定性的影响是目前极待解决的。该红层泥岩在水岩力学机制作用下表现为对边坡上滑体沿单一结构面或软弱结构面产生平面滑动，通常称为平面破坏，力学模型如图1。

从图中不难分析，张裂隙是直立的，其中充有高度为的水柱；水沿张裂隙的底进入滑动面并沿滑动面渗透；滑体沿滑动面做刚体下滑。作用于滑体上的荷载有自重、滑动面上的法向力、滑面上的裂隙水压、抗滑力、作用于滑体重心上的水平地震荷载、张裂隙空隙水压力。

其边坡稳定性系数为

式中，c为滑动面的粘结力；φ为滑面的内摩擦角；α为滑面的倾角；1为滑面的长度，且I=（H-Z）-cscα；γw裂隙水容重；F为稳定系数。

从公式可以看出，影响边坡稳定的主要因素有裂隙水压、张裂隙空隙水压力，由于二者对边坡坡体所产生的影响与粘聚力相反，故水岩力学作用效应影响了边坡稳定性。

在赣东地区南城段，沿线所发生的滑坡常表现为牵引式滑坡。该滑坡变形机制一般经历蠕动变形、滑动、失稳加剧和固结压密4个阶段，其中蠕动变形特征直接决定滑坡滑面位置、滑坡规模、滑动周期、滑坡性质及破坏模式。其中，红层泥岩在水岩作用下的蠕动变形比较缓慢，而坡脚作为重要的阻滑段，当坡脚开挖后并为及时支护时，此时岩质坡体的临空高度增加，加之水岩作用下部分坡体被裂隙水充填，此时在坡脚出现小规模的滑塌，若再不及时支护，坡体则进一步脱离母岩（如图2），整个泥岩坡体都会发生大规模滑移，将严重影响公路的安全运营。

3 实例分析

江西赣东地区的抚州市属于亚热带湿润季风气候区，雨量丰沛。抚州东西南三面环山，以丘陵山地为主，岗地、谷地广布。省道S214丰德线通过南城县南城大桥至杨林渡大桥段K142+410-K142+600处发生滑坡，如图3、4，该段公路发生严重山体滑坡，其主要因素是降水的影响。天然降水渗入边坡坡体，造成坡体内部地下水沿软弱夹层贯穿于滑带，使得岩层间软弱夹层之间的相对剪切滑移。

3.1 特征

3.1.1 岩层为顺层倾向

根据实测的数据，并通过赤平极射投影分析，得出岩层倾角小于边坡坡角，发现临空面出露于坡顶，为不稳定结构面。从实地调研和图中可以分析，赣东地区红层泥岩在地质构造、地层岩性和区域地质背景具有高度的一致性，即滑体和滑带在产状上表现为顺倾向。

3.1.2 天然降水就地补给地下水

赣东地区常年阴雨连绵，特别是暴雨就地补给于地下水，加上泥岩遇水易软化、崩解的特性，对边坡发生滑塌的贡献极大。对于水岩作用下的斜坡失稳机理分析，李洪昌在水岩作用与泥质斜坡失稳机理分析中提出了浴缸模型，认为结构面的填充空间主要由地下水的迁移导致不断扩大，其填充物也不段流失，降水入渗导致斜坡地下水水力梯度及渗透速度增大，使得部分岩层通过空隙迁移出岩体。在久雨或暴雨后，雨水下渗并汇集泥岩或页岩等软弱夹层处，层面形成一层抗剪强度很低的“泥滑”。

3.1.3 沿不透水软弱夹层滑动

该处的3处滑坡面均为泥岩、泥质砂岩、泥页岩等不透水软弱夹层。

3.2 滑坡机理

表现出的变形破坏规律大致为：首先风化程度不同的泥岩、砂质泥岩、泥页岩沿各个层面（优势结构面）发生浅（表）层松弛、张裂，然后沿层间软弱结构面的错动、滑移，接着导致后缘逐渐拉裂，脱离母岩（如图5），最后发生向下扩展的剪切滑移破坏，顺序大致为顶部拉张、顺层滑动、底部剪出三个阶段，属于渐进式破坏。

4 结束语

红层泥岩边坡作为一种特殊的路堑边坡施工中的一种特殊岩土，江西赣东地区湿热多雨，雨水入渗岩体，在水岩长期作用下，以该类岩土组成的边坡体因长期赋存和运移地下会容易影响边坡的稳定性，进而严重影响公路的安全运营，在工程活动不断拓展的今天，红层泥岩边坡失稳的理论分析和研究为预测及滑坡防治提供了一定的理论依据。