岩质边坡浅表层改造蠕动破坏机理探索与稳定性分析

摘要：山区边坡失稳常常造成交通堵塞、河流改道、人员伤亡等重大事故，带来极大的经济损失及安全隐患.基于对平溪河流域某边坡事故的详细地质勘察和测试分析，统计边坡出露结构面，研究并确定其历史形成机理，综合解译认为该边坡主要为浅表层改造逐渐形成，蠕动变形为主.结合现场踏勘及室内测试基本物理力学参数成果，采用二维极限平衡法和强度折减法对边坡各种工况下的稳定性进行评价，得出安全系数均不满足规范要求，最小为0.94.建议滑坡加固治理方案，为防护工程设计提供参考.

关键词：岩质边坡；蠕动变形；演化；稳定性评价

中图分类号：P 642.22文献标识码：A

众多学者从不同角度对边坡失稳机理及破坏模式进行了深入研究.黄润秋3调查研究了中国西部大量的边坡事故，得出了边坡变形的发生机理以滑动面的贯穿过程为主体，滑动面的形成及贯穿具有累进性破坏的特征.Richards4在研究加拿大Jeffrey矿山的边坡稳定性的问题时，揭示了在考虑渐进性破坏机制的条件下，也难以通过模拟的手段对边坡的响应规律进行科学预测.李天竞5根据某边坡的实际发生情况，研究了该滑坡随时间蠕变变形破坏规律.董辉等6尝试运用Boosting集成支持向量回归机的方法进行滑坡位移预测，但现实数据的时空复杂性以及SVR 本身自由度的选择困难使其在工程应用中难以达到预期水平.D. N. Sérgio等7则通过试验方法研究了不同渗透率的土体中孔隙水压力的产生及与之相应的坡体变形破坏模式.路为等8分析了岩质顺层边坡的平面滑移破坏模式，比较了层面倾角α与内摩擦角φ的不同大小关系时，滑移拉裂型边坡和水力驱动型边坡产生沿层面的滑移破坏.任光明等9用离散元模拟分析了软弱基座型边坡的变性破坏过程.E. Hoek 和J. Bray10在研究厚层板状岩体倾倒变形破坏时，提出了“塞缝石”的概念，强调关键块体对整个岩体边坡稳定的控制作用.

目前的研究主要针对边坡失稳滑动的基本规律以及不同类型边坡事故的触动原因和破坏模式，对于边坡事故形成初期存在的蠕动过程鲜有具体细致的研究报道.以某滑坡为典型案例，将岩质边坡蠕动过程中的变形发展作为切入点，着重分析蠕动变形渐进过程最终致使边坡破坏的机理.同时评价该滑坡当前的稳定状态.研究成果诠释了蠕动变形致使滑坡失稳的基本原理，可为该滑坡的稳定性分析和防护工程设计提供参考和建议.

1 滑坡地质概况

1.1区域构造及地形地貌

研究案例滑坡位于平溪河流域，平溪河流域处于龙门山褶皱带，南接扬子准地台，北东为牛峰包复背斜，西南为天井山复背斜.平溪河总体上为U型谷地貌，但上游沟段和支沟沟谷变化较大，纵坡较陡，河床纵坡比约为80‰～300‰，具陡涨陡落的山溪沟谷特征.平溪河下游段坡度较缓，纵坡比约为20‰～45‰，宽度略大，下游段谷宽50～100m左右.沟域岸坡以陡坡地貌为主，一般坡度35°～45°，地形临空条件发育，客观上具备崩塌、滑坡等不良地质现象发育的地形条件.

区域主要断裂构造及其活动性特征是涉及到断裂潜在发震构造评价、潜在震源区划分和地震构造区划等关键问题的重要基础内容之一.勘查区周边的龙门山属于中浅切割中低山区，断裂带运动相当强烈.北西向横切河谷发育，岭脊曲折，山峰尖锐，地形崎岖.由于片理、劈理较发育，软硬岩性常相间交替，故山坡地段常有崩坡积层分布，厚达数米至数十米.

1.3水文地质条件

滑坡区总体地形较陡，坡面不利于雨水聚积，坡面无塘、堰等地表水体.在滑坡体两侧均发育一自然冲沟，常年有水，多为地下水的排泄，坡脚河流为常年流水河流. 滑坡区地下水类型主要为基岩裂隙水.页岩的透水性较弱.基岩裂隙水主要接受大气降水补给，向坡脚河流排泄.滑坡区水文地质条件简单.

2滑坡成因机制分析

该滑坡的形成与其所处的独特地质、地理环境有关.从地质上讲，滑坡处于向斜一翼，造成岸坡岩体破碎；从地理上讲，滑坡区地处平溪河侵蚀段，河流侵蚀作用为滑坡的发生提供了几何条件及前缘临空条件；而区域强地震和高落差为滑坡的发生提供了动力条件.变形破坏模式的研究是基于现场实地调查的边坡表层破坏现象和变形特点进行的.

2.1浅表生改造

工程区表生蠕动改造在很大程度上控制了岩基一定深度范围内岩体的工程地质特性，甚至控制了岩体后期的时效变形形式.从滑坡体表面上看，岩体被错综分布的结构面切割，但钻孔或勘探所揭露的较深部岩体却有较高的完整程度，地表露出的宽大缓倾角岩层，进入到山体内部后，逐渐退化为大倾角层面.这类表生改造12是结构面后期性状的决定因素，经此类改造结构面强度已从峰值降为残余值，从而为进一步重力时效变形的发生奠定了基础.

滑坡区的基本地貌形态在表生蠕动改造过程中已初步形成，由于地震等因素作用，滑坡体发生了局部变形下滑，整体存在潜在滑动趋势.

2.2缓倾角结构面控制的平面滑坡

从3组结构面与坡面组合来看，I组结构面与II组倾向接近，II组与III组结构面组合交线位于滑坡面投影之外同侧，离圆心较远，说明组合交线倾角小于滑坡角，对滑坡稳定不利，有引起小规模楔形体破坏的可能；I组与III组结构面组合交线虽位于坡面同一侧，但位于坡面内侧离圆心较近，说明组合线倾角大于滑坡倾角，岩体缺乏沿上述结构面的组合面滑移的空间条件.从工程地质角度分析，II组结构面以及II组结构面与III组的组合对滑坡的稳定性有一定的影响，整体滑坡存在安全隐患.

滑动面沿单一平面发生滑动通常需要满足：①滑动面的走向必须与坡面平等或接近平行约在±20°的范围之内；②破坏面必须在边坡面出露，就是说它的倾角必须小于坡面的倾角；③坡坏面的倾角必须大于该面的摩擦角；④岩体中必须存在对滑动仅有很小阻力的解离面，它规定了滑动的侧面边界.为进一步确定滑坡滑动模式，通过极点分析快速判断失稳模式见图7，图中数字加“#”代表结构面组号，“数字+数字”代表两组结构面交线极点.不难看出2#号落入滑动区，为平面滑动，其它结构面及结构面组合均未落入滑动不稳定区和倾倒不稳定区.

缓倾角倾向坡外的II组结构面在滑坡岩体内发育，产状为350°∠31°，赤平投影显示坡面被II组结构面包含，为一剪切结构面，结构面较为平直，延伸长度较长，可见延伸长度大于7 m，结构面大部分呈微张～张开状，张开度约为5 mm，在上、下游冲沟均有表现.局部由于卸荷作用张开度大于10 cm，如在河谷附近.局部表面附有红褐色铁锰质浸染，结构面里无充填或少充填.

通过以上分析，滑坡潜在失稳模式有两种：浅表生改造和缓倾角结构面控制的平面滑坡.前者影响深度有限，推测历史上曾有发生，目前地貌即为浅表生改造的结果，根据地质条件及环境的不同，将可能导致不同规模类似牵引式滑坡.后者滑动机理为受缓倾角结构面控制的平面滑坡，特征更明确，且有两侧冲沟及钻孔资料作为佐证，滑坡边界显著. 3滑坡体稳定性评价

3.1计算工况

结合地质调查情况图9，根据反演的滑动面抗剪强度参数，计算滑坡在不同工况下的安全系数，如安全系数不能满足规范要求，提出加固措施建议并计算加固后的安全系数.由于该滑坡地形较陡，坡面不利于雨水聚积，坡面无塘、堰等地表水体，水位线位于滑体以下，因此计算未考虑工况II，自重+地下水.对于工况IV，工程区地震烈度以滑坡在5.12汶川地震中的稳定性状况作为反演的依据.

3.☭2计算分析与评价

根据室内结构面残余强度试验，反演确定出抗剪强度参数c=20 kPa，φ=31.5°.采用Morgenstern-Price13极限平衡方法进行 ☹二维稳定性计算，计算模型见图10.滑坡在天然状态下的稳定性评价考虑持久状态、短暂状态和偶然状态.持久状况为正常工况，荷载组合为基本荷载自重；短暂状态考虑暴雨；偶然状况为基本组合+地震荷载，地震加速度取为0.15 g地震烈度为Ⅶ度.

水平距离m

表2是采用极限平衡法计算不同工况下加固前和加固后的安全系数.由计算结果可见，加固后安全系数总体能满足规范要求.表3是采用强度折减法加固中的锚杆和锚索选用Cable单元模拟计算不同工况下加固前和加固后的安全系数.该滑坡受结构面控制，在偶然地震工况下，加固效果明显.最大位移大幅降低，达到工程要求限值.模拟结果说明地震对该滑坡的安全影响极大.

表2极限平衡法安全系数计算成果

加固后各安全系数均得到提高，满足规范要求.二维极限平衡法与强度折减法的计算成果基本一致，表明计算成果及加固措施是合理的.

4结论

该岩质边坡事故形成机制主要受控于以下两个因素：①浅表生改造；②缓倾角结构面控制的平面滑坡.滑坡在表生蠕动改造过程中形成基本的地形地貌，在缓倾角结构面发育过程中发生整体破坏.边坡变形破坏分为大规模的平面切层滑动和小规模的楔形体破坏.

采用二维极限平衡法及强度折减法对滑坡稳定性进行综合评价、复核，二者结果相当：滑坡在持久状况、短暂状况和偶然状况下的安全系数均不满足规范要求.

建议锚索+格构对滑坡加固，支护范围为公路高程至575 m，建议预应力锚索的锚固力1 500 kN，间、排距5 m ，锚索俯角15°.加固后滑坡在3种状况下的安全系数均满足规范要求.

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