某路塹邊坡崩塌地質災害穩定性評價及防治對策

張棋豪，張桃如

(廣東省地質局第七地質大隊，廣東 惠州 516001)

0 引 言

研究區域屬亞熱帶季風氣候，四季分明，氣候溫和濕潤，冬季多偏北風，夏季多偏南風，陽光充足，雨量充沛，夏長而無酷暑，冬季偶有陣寒的氣候特征。氣候特點表現為高溫、多雨、濕潤、霜期短，雨、旱季明顯。本區降水量充沛，具有雨量多、強度大、季節長、雨日多、時程及分布不均等特點。結合當地生產建設經驗，災害性天氣也是誘發地質災害的重要因素。應特別注意雨季臺風帶來的暴雨在短時間內降水，沖刷邊坡面，進而引發崩塌、滑坡和泥石流等地質災害[1]。

地貌類型為剝蝕殘丘，自然山體坡度為15°～40°，山體植被發育，主要為雜木及低矮灌木。后因需要建設省道，開挖形成工程邊坡?，F狀邊坡未分級放坡，一坡到底，未采取有效的治理措施，坡面植被發育弱，大部分坡面裸露。坡頂20.0 m外存在高壓電塔，坡腳道路外側為自然山體溝谷，溝谷內植被發育。該研究區整體地形地貌條件復雜程度為中等。

1 地質環境背景

研究區所在區域上出露的地層有：寒武系八村群(∈n)、泥盆系桂頭群楊溪組(Dy)、帽子峰組(DCm)、石炭系大賽壩組(C1ds)、震旦系老虎塘組(Zlh)和第四系(Q)。區域內未見有大的褶皺構造。

區內雖未見褶皺及斷裂構造，但區域上斷裂發育，受區域地應力的影響，區內淺表巖石風化較強烈，節理裂隙發育，對邊坡穩定性有一定影響，地質構造條件復雜程度為中等。

地層主要為石炭系大賽壩組(C1ds)，該區地層巖性條件復雜程度為簡單；場地距離區域構造較近，區域斷裂發育，受區域地應力的影響，區內淺表巖石風化較強烈，節理裂隙發育，研究區內地質構造條件復雜程度為中等[2]。

2 工程地質條件

根據鉆探揭露，鉆孔揭露深度內場地地基巖土層主要為粉砂巖；各巖土層按其成因分類、物質成分及工程力學強度分述如下(前面數字為層序號)：

(1)第四系人工填土層(Qml)

①素填土：褐紅色，松散，主要由粉質黏土及碎石堆填而成，堆填時間一般為3年以上，均勻性差，欠固結。主要分布于研究區坡腳道路附近，為填筑路基堆積。揭露厚度為1.40～2.00 m，平均1.43 m，頂面高程61.10～73.16 m。

(2)第四系坡殘積層(Qel+dl)

②粉質黏土：褐紅色，堅硬，含粉砂巖碎石，碎石粒徑為30～80 mm，含量約20 %，次棱角，切面稍有光澤，干強度中等，韌性中等，遇水易軟化崩解。研究區內廣泛分布。揭露厚度為0.60～4.00 m，平均1.46 m，頂面高程84.79～105.40 m。

在鉆孔揭露深度內的巖性為粉砂巖，按其風化程度/力學強度/層位關系分為強風化及中風化2個風化帶：

③1強風化粉砂巖：紫紅色，裂隙發育，巖石風化強烈，巖質軟，巖芯呈碎塊狀、碎塊夾土狀、短柱狀，巖石堅硬程度為極軟巖，巖體完整程度為極破碎，巖體基本質量等級為Ⅴ級。研究區內廣泛分布。揭露厚度為0.70～3.50 m，平均1.75 m，頂面高程80.79～110.83 m。

取21組巖石點荷載試驗數據進行統計，試驗結果表明巖石點荷載試驗差異較大，強度Is=0.40～2.60 MPa(剔除部分異常值)，平均0.90 MPa，標準值0.70 MPa，根據整個場地情況建議點荷載值0.60 MPa。

③2中風化粉砂巖：褐色、紫紅色，結構部分破壞，砂粒結構、層狀構造，風化裂隙發育，巖芯呈塊狀、短柱狀，為軟巖，RQD=30～50，巖體較破碎，巖體基本質量等級為Ⅴ級。研究區內廣泛分布。揭露厚度為3.00～13.20 m，平均6.28 m，頂面高程59.70～103.40 m。

取14組巖石天然抗壓強度數據進行統計，試驗結果表明巖石天然抗壓強度差異較大，強度R=8.60～24.70 MPa(剔除部分異常值)，平均16.50 MPa，標準值12.70 MPa，根據整個場地情況建議單軸抗壓強度為13.00 MPa。

研究區內巖土層種類較簡單，巖體節理裂隙發育，且同坡向結構裂隙發育，易軟化崩解，工程地質條件復雜程度為復雜。

3 崩塌地質災害特征及穩定性分析

3.1 崩塌形態特征

崩塌邊坡在平面上大致呈“U型”，總寬約280.00 m，其中Ⅰ段邊坡寬約100.00 m，最高處約26.00 m，坡向為300°，坡度為25°～40°，坡面植被較發育，以樟樹為主；Ⅱ段邊坡寬約140.00 m，最高處約40.00 m，坡向為330°，坡度為60°～70°，大部分坡面裸露，見有雨水沖刷痕跡，坡頂見少許低矮灌木；Ⅲ段邊坡寬約40.00 m，自然坡度較緩，約20°～30°，植被發育，以松樹、樟樹為主，底部可見低矮灌木。邊坡坡腳為省道，距離道路最近處約0.5 m。

據現場調查及前期資料收集，已發生的崩塌主要位于Ⅰ、Ⅱ段邊坡，崩塌方向為300°～330°，崩塌厚度約0.50～2.00 m，崩塌體積約200.00 m3，部分崩塌物仍堆積于坡腳。

通過Ⅰ、Ⅱ段已發生的崩塌地質災害分析，從崩塌邊坡整體地形地貌、地質條件等因素綜合分析，受地質災害影響邊坡長度約280.00 m，整體大致軸向為330°。崩塌按形成機理屬于滑移式崩塌，按規模屬于中型崩塌。根據物質組成及物質來源，崩塌體自上而下主要為：黃褐色、紅褐色，堅硬坡殘積粉質黏土；紫紅色、紅褐色土夾碎塊狀強風化粉砂巖。

崩塌體主要位于邊坡中部，也是邊坡最高處，崩塌巖土體為邊坡表層土體，以坡殘積粉質黏土及強風化粉砂巖為主，崩塌規模相對較小，大致為200.00 m3。坡面雜草叢生，局部可見風化裂隙，因雨水的進入，導致裂隙變寬，暴雨狀態下對邊坡的穩定性非常不利，有再次發生崩塌的可能性[3]。

3.2 崩塌邊坡破壞模式及破壞方向分析評價

(1)巖土體順層滑動

邊坡區出露為粉砂巖，砂粒結構，層狀構造，層面間為軟弱結構面，雨季時大氣降水滲入巖體中，順層面向坡腳運移，軟化粉砂巖，其力學強度降低，巖體可能順層面產生滑動。

(2)巖土體沿節理裂隙組合破裂面滑移崩塌

邊坡區巖體中節理裂隙十分發育，現場調查主要發育節理有5組，產狀為100°∠26°、305°∠30°、265°∠75°等，一般為1～3條/m；其延伸長度較長，其它節理受切割影響，一般延伸均較短，延伸約20～40 cm，節理面粗糙微張，張開度約1 mm。聯通性好，由黏土、碎石等充填。依據其失穩機理，現采用赤平投影進行邊坡穩定性定性分析。由赤平投影圖可知：對邊坡穩定性最不利的是J0、J3切割體，其與坡向夾角為5.8°，為順向坡，傾角為52.9°，傾角大且小于坡面傾角，在震動、暴雨等工況條件下，切割體易崩滑。

3.3 崩塌邊坡穩定性分析

崩塌邊坡的穩定性分析，以定性分析與定量計算相結合，綜合評價其穩定狀態。

根據現場調查，崩塌發生時間已較久，周界清晰，坡腳設置簡易派水溝，坡面未進行任何支護。坡面自上而下巖土體主要為坡殘積粉質黏土，強風化、中風化粉砂巖。且該邊坡為順層邊坡，若遇暴雨或長期降雨的影響，水沿松散土體或破碎巖體下滲，降低土體抗剪強度，崩塌邊坡再次崩塌或引發更大規模崩塌或滑坡等地質災害的可能性較大，將嚴重威脅崩塌邊坡坡腳過往車輛及行人生命財產安全。

穩定性的判別標準主要參考《建筑邊坡工程技術規范》(GB 50330-2013)有關穩定狀態劃分的規定，邊坡穩定安全系數Fst應按表1確定，當邊坡穩定性系數小于邊坡穩定安全系數時應對邊坡進行處理[4]。

表1 邊坡穩定安全系數Fst表Tab.1 Slope Stability Safety Factor(Fst)

研究區邊坡類型主要為類土質邊坡，現狀坡面無任何支護措施，邊坡破壞形式主要考慮沿巖土體內部最不利方向滑動的可能性。該邊坡工程安全等級為二級，Fst=1.30。

崩塌后邊坡巖土體主要為坡殘積粉質黏土、節理裂隙極發育的強風化粉砂巖，強風化巖芯大部分為土夾碎塊狀，局部為碎塊狀，性質類似于土質邊坡或類土質邊坡，極易沿風化裂隙面發生崩塌或形成弧形滑動的滑坡。因此，使用正版理正6.5巖土計算軟件，進行自動搜索潛在最危險滑動面，計算邊坡整體或局部的穩定性。

選取剖面典型進行計算剖面，經過上述典型剖面計算，崩塌后邊坡工況1：穩定系數Fs=1.032；工況2：穩定系數Fs=0.934，崩塌邊坡天然狀態下欠穩定，暴雨狀態下不穩定，各分段邊坡選取剖面進行邊坡穩定性計算結果見表2。

表2 選取崩塌邊坡穩定性計算結果表Tab.2 Stability Calculation Results of Selected Collapsed Slope

3.4 邊坡穩定性綜合分析評價

根據現場調查，崩塌邊坡周界清晰，崩塌邊坡坡頂未設置截水溝，僅坡腳設置簡易排水溝，坡面未有任何支護措施，若遇暴雨或長期降雨的影響，雨水沿松散土體或破碎巖體下滲，降低土體抗剪強度，崩塌邊坡再次崩塌或引發更大規模地質災害的可能性較大，將嚴重威脅崩塌邊坡坡腳行人及坡頂高壓電塔運行的安全，因此崩塌邊坡穩定性定性分析為欠穩定狀態，再次發生可能性較大。

4 防治對策

惠城區該路塹邊坡為早期修建省道開挖山體形成，邊坡寬約280 m，高5.0～40.0 m，坡向330°～350°，坡度40°～70°，屬于類土質邊坡?，F狀邊坡已發2處崩塌地質災害，崩塌規模為中型。根據場地的地質環境條件及災害的特征，邊坡崩塌地質災害形成的條件及影響因素主要有：

(1)地形地貌：發育該崩塌的斜坡，坡度較陡，約40°～70°，而巖層產狀為350°∠50°，為滑移式崩塌較易發育的順層邊坡。

(2)巖土結構：邊坡巖土體為第四系人工填土層、坡殘積粉質黏土層、強風化粉砂巖及中風化粉砂巖。強風化粉砂巖風化劇烈，呈土夾碎塊狀、碎塊狀，巖體飽水易崩解軟化，邊坡巖體受節理裂隙切割，巖體完整性差，局部呈碎裂結構，為崩塌的形成提供了物質基礎。

(3)降雨：邊坡坡面匯水面積約55 000 m2，研究區雨季降雨集中，強度大，水流沖刷能力強，巖土體結構較為松散，在強降雨(連續降雨)作用下地表水較易入滲到斜坡內。流向邊坡坡面的地表水及降落的雨水滲入邊坡巖土體后，增大了巖土體的含水率，邊坡土體處于飽和狀態，既增加坡體的重度又降低巖土體的抗剪強度。地表水的沖刷、溶解和軟化裂隙充填物形成軟弱面，成為滑移式崩塌發生的控滑結構面，土體在本身重力和降雨的激發作用下極易引起崩塌。

(4)人類工程活動：前期修筑省道人工開挖該斜坡坡腳，破壞了坡體的原始平衡狀態，為崩塌的主要誘發因素。

5 結 語

研究區地貌類型為為剝蝕殘丘，自然山體坡度為15°～40°，山體植被發育，主要為雜木及低矮灌木。后因建設省道，開挖形成工程邊坡?，F狀邊坡未分級放坡，未采取有效的治理措施，坡面植被發育弱，大部分坡面裸露。坡頂20.0 m外存在高壓電塔。該研究區整體地形地貌條件復雜程度為中等。研究區內巖土層分類較少，但巖體節理裂隙發育，易軟化崩解，為順層邊坡，工程地質條件復雜程度為復雜。該路塹邊坡崩塌形成的影響因素為地形地貌、巖土結構、降雨及人類工程活動，人類工程活動是崩塌主要的誘發因素。