文麻高速公路某复合滑坡变形特征分区及复活机理_王琳.pdf

DOI:10.13379/j.issn.1003-8825.202301035开放科学（资源服务）标识码（OSID）文麻高速公路某复合滑坡变形特征分区及复活机理王 琳1，毛永强2，鲍 洵3，崔德山3（1.中交（昆明）建设有限公司，昆明650000；2.中交第二航务工程局有限公司，武汉430040；3.中国地质大学（武汉），武汉430074）摘要：以文麻高速公路某滑坡为例，基于现场调查统计分析 34 条地表裂缝的发育规律，综合滑坡地形地貌、裂缝分布、深部位移监测等信息，将滑坡分为浅层区、浅层区和深层整体区，研究开挖诱发复杂滑坡复活的变形机理。结果表明：浅层区在排水设施修建之前变形明显，支护之后趋于稳定；区滑坡现状稳定无变形痕迹；深层滑坡监测数据显示区目前存在滑移迹象。稳定性计算结果表明，过高的地下水位是导致滑坡变形的主要因素，提出设置排水洞的措施，并对该滑坡孕育机理进行反演分析。关键词：文麻高速公路；复合滑坡；变形特征分区；变形监测；地层演化中图分类号：U416.1+63文献标志码：A文章编号：1003 8825(2023)03 0194 06 0 引言近年来，云南省公路建设常因降雨和人工切坡等工程活动而发生多起滑坡灾害事件1。学者对因公路开挖诱发滑坡已有大量研究2-3。陈鸿等4通过现场调查、试验及力学方法分析不同工况下古滑坡开挖前后的稳定性，根据稳定性计算结果和滑坡体特征提出治理方案；Stark T D等5通过调查路堑危房案例，表明自然斜坡因修建大型公路开挖而出露剪切带会造成边坡缓慢蠕动式变形；黄晓虎等6通过人工 GPS 位移监测数据和自动 GPS 监测数据综合分析，得出开挖是滑坡变形复活的主要因素和诱发因素及降雨为激发因素；龚超7确定大礼溪滑坡发生复活变形的主要影响因素为人工开挖坡脚并具有由前缘向后部发展的“渐进后退式”变形破坏特征；Zhang M 等8表明坡角开挖致使古滑坡复活是由于推力荷载引起；裴向军等9发现在开挖过程中，坡体内发生应力重分布，应力状态不断发生变化；Tang H M 等10提出一种滑坡变形新框架：刚性变形、质量变形和残余变形。降雨是诱导滑坡变形的主要因素之一11-13。章广成等14提出了土水特征曲线的多项式约束优化模型和一种新的溢出面边界条件约束函数；Yu X等15研究了开挖和降雨交替扰动下的爆破稳定性，提出了一种由开挖应力场和降雨-渗流场单独模拟合叠加分析组成的方法。对于公路坡脚开挖及降雨影响的研究，大部分学者的研究对象一般是单一滑动面，从原位监测数据、物理模型和数值模拟等方面分析了降雨诱发的滑坡变形模式。而对于复合滑坡，通过综合滑坡地表裂缝产状、复合滑带特征、钻孔深部变形监测及滑坡变形分区特征的研究较少。变形分区对滑坡的演化阶段认识16、危险性评价17和稳定性分析18具有重要意义。文麻高速公路位于云南省文山市境内，沿线地形条件复杂，区域地层受地质构造与风化作用，破碎严重。根据现场巡查及监测显示 K39某滑坡发生复滑现象，本文以此复合滑坡为例，从线密度、长度、走向等方面对降雨诱发的滑坡地面裂缝进行分析；结合滑坡地形地貌特征对地表滑坡变形区域实行分区，从而解释滑坡变形特征，然后结合深部测斜数据分析滑坡深部变形特征与滑动深度。1 工程地质条件由于文山麻栗坡高速修建，某复合滑坡山体被开挖扰动。斜坡区域地貌属中山构造侵蚀地貌。地势由中部往西升高，东南部较低。该滑坡为深层岩土混合牵引式滑坡，平面呈圈椅状，中部发育冲沟，工程地质平面，见图 1。边坡已经开挖成四级 收稿日期：2023 04 25作者简介：王琳（1975），男，湖南岳阳人。高级工程师，主要 从 事 公 路 工 程 管 理 工 作。E-mail：。路基工程 194 Subgrade Engineering2023 年第 3 期（总第 228 期）边坡，坡面呈折线坡。滑坡前缘高程为 1 240 m，后缘高程为 1 320 m，相对高差 80 m；平面纵长200 m，横宽为 160 m。Q4dl+elBk16Bk17Bk18190233Bk24文麻高速公路N排水廊道地表排水沟滑坡边界格构支护抗滑桩地表裂缝滑动方向深层变形监测孔挡土墙第四系残坡积物剖面线出水点0 20 40 m图1工程地质平面 Qel+dl4滑坡区域地质条件较为复杂，主要地层为：第四系残坡积物（），主要为含碎石黏土，粒径 2 13 cm，磨圆度差。土体呈红褐色、褐黄色，无摇振反应，干强度高。厚度约 5 12 m，主要分布于山体表面。泥盆系坡角组（D1p）粉砂质泥岩，灰黑色薄层状泥岩，局部夹灰色、褐黄色薄层粉砂质泥岩。泥盆系翠峰山组（D1c）泥质页岩，灰黑色中厚层泥质页岩，强风化层厚约1020 m；下部倾角近直立，上部发生倒转现象，产状 24318。泥盆系芭蕉菁组（D1b）灰岩，灰色中厚层灰岩，节理裂隙发育，主要分布在滑坡区域西北侧山体，产状 18989。滑坡区域地表水主要分布于各排水沟中，受大气降水补给，排向西南处冲沟。地下水位、地表径流量受降雨控制，长期监测测得勘探孔内稳定的地下水位高程为 1 230 1 315 m。边坡地下水以潜水以及基岩裂隙水形式分布于坡体内，受大气降水影响显著，未发现有地表水系、地下暗河、溶腔等补给来源。钻孔水位监测表明：未降雨时，地下水位较为稳定，降雨后地下水位快速上升。2 滑坡工程地质分区滑坡自 2018 年 12 月开始出现地表裂隙，并持续发育。通过现场调查及历史统计裂缝数据，现存地表裂缝及已经回填裂缝共计 34 条。进行密度分析可知，滑坡体上地表裂缝呈现集中现象，现已根据地势及径流情况修筑排水沟，减少雨水通过裂缝集中渗流，并对裂缝进行填埋。依据滑坡区域上不同部位的变形特征、滑动深度、主滑方向、形态特征、裂缝发育特性及地层特征等，将滑坡区域整体划分为三个区域。滑坡分区变形分布，见图 2。区区区区区区5 cm5 cm5 cm5 cm（g）前缘排水沟（b）后缘裂纹（h）排水沟变形（i）前缘地面隆起（j）挡水墙导水装置（a）滑坡后缘水塘（b）后缘裂纹（c）滑坡后缘错位（c）滑坡后缘错位（d）地表排水沟（e）后缘滑动（e）后缘滑动（f）施工中排水隧道图2滑坡分区变形分布 区：变形强烈，为主滑区。为浅层滑坡，滑动深度 10 m，滑向 190，前缘剪出口位于抗滑桩上部道路开挖面，地形呈阶地状，滑坡后缘有格构支护，支护周边有排水沟，已大幅减少雨水在后缘集中入渗。地表裂缝以弧形张拉裂缝为主，长度619 m，最长 30.4 m，平均 12.1 m。裂缝集中于后缘支护处，走向与滑动方向垂直。区：现状处于稳定状态，为浅层滑坡，滑王 琳，等：文麻高速公路某复合滑坡变形特征分区及复活机理 195 向 233，地形坡度总体平缓，已作为农田种植。该区无新鲜变形痕迹，后缘存在阶地，为历史滑坡滑动痕迹。西侧冲沟为滑坡边界，前缘剪出口位于抗滑桩顶部道路，现已不明显。该区域地表裂缝长度较短，主要集中于后缘梯田处，平均长度 513 m。裂缝走向垂直于主滑方向。典型工程地质剖面，见图3。13600134013204013001280801260124012012001220160200240280高程/m距离/m（b）-剖面13600134013204013001280801260124012012001220160200240280高程/m距离/m滑动面滑动面滑动面Bk17Bk24D1pD1cD1cD1pQ4dl+elQ4dl+el第四系残坡积物滑动面强风化页岩软弱夹层中风化页岩地下水位线粉砂质泥岩排水廊道监测孔排水沟第四系残坡积物滑动面强风化页岩软弱夹层中风化页岩地下水位线粉砂质泥岩排水廊道监测孔排水沟（a）-剖面图3典型工程地质剖面 区：表现为主滑区域，滑动深度约 2550 m。地形后缘较陡，中部较缓，主滑向 213。前缘剪出口位于抗滑桩中部，在路旁挡墙底部。挡墙排水口有泥浆排出，滑带为强风化泥质页岩。后缘及两侧边界以排水沟为界，在后缘西侧裂缝集中，平均长度 18.6 m，最长 40.8 m，呈正态分布。裂缝走向与滑向近似垂直。3 滑坡深部变形特征在 3 个滑坡区域内，进行钻孔深部变形监测，钻孔底部为中风化页岩，作为不滑动面。区BK17 钻孔的深部变形，见图 4。在深度 711 m和 2731 m 处存在滑动现象。在深度 7 m 处为浅层滑动带，为坡脚组破碎砂质泥岩；2022 年 4 月27 日累计水平位移 350 mm，与滑床相对位移200 mm。该处变形较为剧烈，结合地表裂缝分布和现场调查，钻孔后侧存在张拉裂缝，前缘由于施工形成良好临空条件，并在隔水带有导水管，该区域形成浅层次级滑动。在深度 27 m 处为深层滑动带，钻孔岩芯显示为强风化黑色页岩，强度较低，易发生蠕变滑动。该滑动带为区深层滑动带，地表累计位移 120 mm，相对位移 70 mm，变形相对较小，呈线性蠕变，形成圆弧剪切破坏面。2021-09-222021-10-052021-10-202021-11-012021-11-062021-11-132021-11-192021-12-042021-12-222022-01-052022-01-112022-01-192022-02-062022-02-242022-03-012022-03-082022-03-232022-04-052022-04-122022-04-192022-04-275046423834302622181410620100200300400累计位移/mm深度/m7 m11 m27 m7 m11 m31 m31 m27 m（a）累计水平位移（b）各深度岩芯图4区 BK17 钻孔的深部变形 区 BK24 钻孔的深部变形，见图 5。44403632282420161284020 40 60 80 100140120累计位移/mm2021-10-072021-10-182021-10-282021-11-062021-11-162021-11-222021-12-042021-12-122021-12-222022-01-022022-01-072022-01-122022-01-232022-02-022022-02-162022-02-242022-03-012022-03-132022-04-052022-04-122022-04-21深度/m图5BK24 钻孔累计水平位移 浅层滑带相对稳定，后缘只存在历史滑坡痕迹，前缘剪出口未出露。在深度 30 m 处开始发生深层滑动，该处为强风化页岩底部，滑动带上部深度 16 m，为坡脚组砂质泥岩底部，强风化页岩顶部。钻孔附近无新鲜裂缝及滑动痕迹。最大累计位移 130 mm，变形速率较慢，整体滑坡变形呈非线性趋势，在 2021 年 12 月 12 日之前，累计位移速率 70 mm/65 d，之后变形速率 30 mm/130 d，滑坡变形状态存在非线性的减速变形。4 滑坡复活机理滑坡复活过程，见图 6。在滑坡区域西部及北路基工程 196 Subgrade Engineering2023 年第 3 期（总第 228 期）部道路旁出露芭蕉菁组灰岩，大角度倾角，产状15389。区前缘出露有坡脚组砂质泥岩，该层透水性差，前缘有导水管排水，剪出口排水呈泥浆状。在坡脚组下部出露翠峰山组页岩，为强风化岩体，渗透性较差，水体流动极慢。现状主要以区和区变形为主，区滑坡滑动深度在 10 m左右，由于坡面雨水下渗，坡脚组泥岩导水性较差，剪出口处排水管易堵塞，造成雨水堆积在滑坡前缘处，改变土体力学性质，使斜坡发生下滑运动。123456781.初始地下水2.现状地下水3.区滑坡滑动面（已稳定）4.区滑坡滑动面（变形中）5.地下水上浮力6.降雨7.地表裂隙（加剧雨水下渗）8.排水管图6滑坡复活过程 根据钻孔资料及地层信息分析，滑坡区域具有多个含水层，包括上部覆盖层及中部强风化页岩，下部中风化页岩为隔水层。边坡地下水以潜水以及基岩裂隙水形式分布于坡体内19-20，现场抽水试验发现抽水后水位快速下降，钻孔内地下水枯竭，约 24 小时才能看到地下水位恢复，表明滑坡体渗透性差。由于降雨等外界因素水体入渗在坡脚组砂质泥岩中，泥质砂岩上部覆盖层及下部强风化页岩透水性较差，会导致在破碎泥岩带中形成地下水富集现象，对崩坡积底部黏土层和强风化页岩形成静水压力，使上部覆盖层形成“坐船”现象，从而致使区滑坡的发生。地下水在坡体内流动缓慢，现有挡墙排水洞堵塞严重，中分化页岩不透水性导致强风化页岩长期处于饱和状态，增加坡体自重的同时又降低了抗滑力，因此，过高的地下水位是滑坡发生变形的主要原因。5 滑坡稳定性计算较高的地下水位增加了滑坡的整体重量，滑坡前缘成为地表水的排泄汇集区，地下水长期浸泡在土体中，软化了土体，改变了周围土体的力学性质和抗剪强度，对上覆土层产生浮力，并降低有效应力和摩擦阻力，从而降低边坡的稳定性。采用GeoStudio 中的 Seep/W 模块通过设置排水洞来降低滑坡的地下水位，分析不同地下水位条件下滑坡的稳定性。5.1 计算参数BK17 钻孔原状土样取样进行室内试验，各参数指标，见表 1。表1滑坡模型参数岩土类型密度/(kNm3)内摩擦角/（）黏聚力c/kPa饱和渗透系数/（cms1）天然 饱和 天然 饱和 天然 饱和覆盖层1820191620137.110-4强风化页岩1921211722169.410-4中风化页岩23244523.410-6抗滑支挡结构2324503 000隔水 以-为计算截面，建立计算模型，包括覆盖层、强风化页岩、中风化页岩和抗滑支挡结构，见图 7。120100308060604090200120150180210240270强风化页岩中风化页岩抗滑支挡覆盖层距离/m高程/m图7滑坡渗流模型 5.2 稳定性计算拟采用 2 m2 m 的矩形排水洞，设置在区滑坡中部平台正下方，分别距坡表 10、15、20、25 m，对地下水进行排泄，降低地下水浸润线的高程。分别对滑坡深浅层滑面进行边坡渗流场和稳定性评价的数值模拟计算，分析排水洞不同埋深对地下水位线及边坡稳定性的影响。不同埋深排水洞对滑坡稳定性系数的影响，见表 2。不同排水深度条件下滑坡稳定性，见图 8。表2不同埋深排水洞对滑坡稳定性系数的影响排水洞埋深/m10152025稳定性系数浅层滑带1.0831.1051.2181.347深层滑带1.0521.0841.1441.218 使用地下排水洞后，浅层滑带的稳定系数增加到 1.347，稳定系数增加了 59%；深层滑坡稳定性系数增加了 16%。在未设置排水洞进行降水时，除部分覆盖层外滑体整体都位于地下水之下，水的渗流以及水对岩土体的软化作用，大大降低了边坡稳定性。当排水洞埋深超过 15 m 时，浅层滑坡进入到稳定状态。为保证边坡长期稳定，在坡体内增设排水洞排泄地下水，设在浅层滑坡前缘下部，埋深 20 25 m。现场施工的排水洞状况，见图 9。王 琳，等：文麻高速公路某复合滑坡变形特征分区及复活机理 197（a）浅层滑带（排水洞埋深10 m）120100308060604090200120 150 180 210 240 2701.083初始水位降水后水位排水洞排水洞距离/m高程/m高程/m（b）浅层滑带（排水洞埋深20 m）120100308060604090200120 150 180 210 240 2701.218排水洞排水洞距离/m初始水位降水后水位120100308060604090200120 150 180 210 240 2701.347排水洞排水洞距离/m高程/m（c）浅层滑带（排水洞埋深25 m）初始水位降水后水位（d）深层滑带（排水洞埋深10 m）120100308060604090200120 150 180 210 240 2701.052排水洞排水洞距离/m高程/m初始水位降水后水位（e）深层滑带（排水洞埋深20 m）距离/m120100308060604090200120 150 180 210 240 2701.144排水洞排水洞高程/m初始水位降水后水位（f）深层滑带（排水洞埋深25 m）120100308060604090200120 150 180 210 240 2701.218排水洞排水洞距离/m高程/m初始水位降水后水位图8不同排水深度条件下滑坡稳定性 图9排水洞状况 6 结语本文对文麻高速公路某复合滑坡进行复活机理研究分析，并针对排水计算结果提出防治措施。（1）该滑坡是由不同深度、滑向及滑体三个区域构成的复合滑坡。区为浅层滑坡，后缘地表裂缝密集，前缘剪出口出露，目前变形量较大。区为浅层滑坡，目前较为稳定。区为深层滑坡，滑带位于区和区以下，目前变形速率较慢，但长期仍有蠕动现象。（2）过高的地下水位是诱发该滑坡复活的主要因素。地表水流动缓慢，地下水一方面增加滑坡的重量，另一方面使得前缘坡面成为地表水排泄的途径，对土体长期浸泡使其软化，改变了周围土体力学性质和强度，对上覆岩土层产生浮托力，降低有效正应力和摩擦阻力，加大了坡体失稳性。（3）通过设置排水洞降低滑坡区的地下水位，浅层和深层滑坡的稳定性均有提高。排水洞深度超过 20 m 时边坡整体达到稳定状态。通过设置排水洞来防治与该滑坡相同特征的边坡时，应注意控制边坡地下水位与坡体排水，防止滑坡复活变形。参考文献(References)：1 刘传正,沈伟志,黄帅.中国地质灾害预防应对战略思考 J.灾害学,2022,37（3）:1 4,11.DOI:10.3969/j.issn.1000-811X.2022.03.001.LIU C Z,SHEN W Z,HUANG S.Some viewpoints on strategies in riskreduction of geological disasters in China J.Journal of Catastrophology,2022,37（3）:1 4,11.DOI:10.3969/j.issn.1000-811X.2022.03.001.2 王建斌,董小波,朱羊羊.广东某高速公路滑坡成因分析与防治对策 J.路基工程,2021（5）:208 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650000,China；2.CCCC Second Harbor Engineering Co.,Ltd.,Wuhan 430040,China；3.China University of Geosciences(Wuhan),Wuhan 430074,China）Abstract:Taking the landslide along WenshanMali Expressway as an example,the development laws of 34ground fissures were analyzed on basis of field investigation and statistic.By integrating the landslide landform,the fissure distribution and the deep displacement monitoring information,the landslide was divided into shallowzone I,shallow zone II and deep zone III.The deformation mechanism of the complex landslide induced byhighway excavation was studied.The result shows that the shallow zone I subjects to obvious deformation beforeerection of drainage facilities,and then tends to be stable after being supported;the zone II is of stable status quowithout signs of deformation;and the monitoring data of deep seated landslide reveals the slip signs existing inthe zone III at present.The result of stability calculation of the shallow and deep seated landslide shows that toohigh level of groundwater is the main factor leading to landslide deformation,therefore,the measures to setdrainage culvert are put forward herein.Inverse analysis carried out on the mechanism of landslide preparationprovides the geological basis for landslide division and control.Keywords:WenshanMali Expressway；composite landslide；deformation characteristics division；defor-mation monitoring；stratigraphic evolution王 琳，等：文麻高速公路某复合滑坡变形特征分区及复活机理 199