某高速公路边坡地质灾害发育特征及防治措施

时间：2024-07-28

王宇，罗贵强

（1.地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室（成都理工大学），成都610059；2.成都理工大学环境与土木工程学院，成都610059；3.中铁十一局集团第五工程有限公司，重庆400037）

某高速公路位于四川省境内，全长240km，是京昆高速公路的重要组成部分。该条高速公路横穿西南地区典型的深山峡谷，沿线复杂的地质环境、陡峭的地形特征、丰富的降雨条件，加之建设过程中的开挖卸荷影响，导致沿途边坡存在安全隐患，尤其在K16～K33段沿线经常发生各类边坡地质灾害，严重威胁着道路行车安全，亟待解决。因此，开展关于这条高速公路K16～K33段沿线边坡地质灾害的研究工作，对保障该路段的安全运营具有重要意义。

目前，有关公路边坡地质灾害的研究成果虽然颇为丰富，但不同地区的公路边坡由于地质环境、气候条件及开挖情况等因素的不同，其灾害特征和类型均有所不同，因而其防治措施也有所不同。尹超等［1］以永蓝高速公路边坡为研究对象，通过现场调查发现，沿线边坡地质灾害主要为滑坡和崩塌两类；胡朝旭［2］通过对汶川～马尔康高速公路边坡的研究指出，沿线地质灾害类型主要有岩体变形、剥蚀及溯源侵蚀、滑移、倾倒及坠落，并针对这些灾害提出用明洞、拦挡及主动加固等方式进行防治；王斌俊等［3］提出襄十高速公路边坡地质灾害具有时间特征，即集中群发性、周期性及时间周期不规则性；彭社琴等［4］通过对浙江某公路边坡地质灾害特征的分析指出，研究区西部～中部～东部的灾害类型依次为滑坡、崩塌及蠕动变形，并提出采用重力式挡墙、喷锚、抗滑桩等方式进行防治；段磊［5］通过对高速汉中西段地质灾害进行调查和分析指出，研究区地质灾害类型主要有坡积/堆积/残积层滑坡、膨胀土滑坡、岩体崩塌、岩质边坡滑坡等，并针对各类灾害提出了相应的防治建议；岳平七等［6］通过现场地质调查指出，陕南公路边坡地质灾害发育特征为受人类工程活动影响大、新建路段易发生灾害、边坡稳定性受坡体结构控制、多为中小型浅表层滑坡；周美珍等［7］以铅山县紫桐公路边坡为研究对象，通过现场调查和分析指出，沿线边坡地质灾害以滑坡和崩塌为主，同时针对悬空或倒角岩体提出采用爆破清除的方式进行防治。

鉴于此，笔者采用现场调查的方式，对某高速公路K16～K33段沿线边坡地质灾害发育特征展开研究，并对边坡已有支护措施效用进行评价，在此基础上，分析灾害规模、危险等级，提出相应的防治建议，并确定治理紧迫程度。此次研究不仅有助于山区公路边坡地质灾害问题的进一步研究，而且对该路段沿线边坡地质灾害防治工作的展开也有一定的指导作用，具有重要的理论和实际研究价值。

1 工程地质概况

1.1 地形地貌

研究区地处四川盆地西南缘向高原的过渡带，地形起伏，为中切割中低山—单面山宽谷地貌山地高程600～1000m，切割深度小于500m，主要山脊、河流走向与构造线相近，呈SN向，山脊线平缓，河流切割不深。自然坡角19°～70°。

1.2 地层岩性

边坡地层岩性较为简单，覆盖层主要为崩坡积碎块石土和残坡积黏土及粉土、含碎石黏土等，厚度5～10m，稳定性较差。下伏基岩以砂岩、泥岩为主，其出露主要地层为：

1.2.1 须家河组（T3x）

陆相含煤碎屑岩，岩性为砂岩、粉砂岩、粉砂质泥岩夹煤线及可采煤层，厚290～860m，与下伏雷口坡组地层呈假整合接触。

1.2.2 沙溪庙组（J2S）

河湖相沉积，岩性为粉砂质泥岩、泥质粉砂岩夹含岩屑长石石英砂岩，呈紫红色、黄灰色、黄灰绿色等杂色状。厚227～997m，与自流井组呈整合接触。

1.2.3 遂宁组（J2sn）

湖相沉积，岩性为泥岩、粉砂质泥岩、泥质粉砂岩、粉砂岩夹少量砂岩，呈鲜红色、紫红色。厚385～1719m，与沙溪庙组呈整合接触。

1.2.4 蓬莱镇组（J3P）

湖相沉积，岩性为泥岩、粉砂岩夹砂岩等，呈紫红色、杂色。厚847～882m，与遂宁组呈整合接触。

1.3 地质构造

研究区在新华夏系构造、青藏“歹”字形构造的复合部位，地质构造复杂，相关构造体系有：

1.3.1 新华夏系构造体系

新华夏构造体系发育于测区东北部，构成雅安～荥经构造带。其中宽缓褶皱较发育，断裂较少，总体走向N20°～25°E。由雅安～石滓向斜、香樟岩背斜、羊子岭背斜及花滩断裂等组成。

1.3.2 “歹”字型构造体系

路线处于“歹”字型构造体系中的大相岭构造带及青龙构造带。大相岭构造带界于金坪断裂和保新厂～凰仪断裂之间，走向北30°～40°西，由保新厂～凰仪断裂、施查沟断裂、罗锅坪断裂和宽缓的宜东向斜、大相岭背斜组成；青龙构造带处于“歹”字型构造体系的应力场东边，由青龙断裂和NNW向宽缓的碗旦坪背斜组成。

1.3.3 新构造运动

区域内挽近构造活动比较活跃，体现为间歇性强烈上升，伴随大量的新生带断裂等。主要表现为大相岭山脊保留了2900～3200m 夷平面，两侧还有1900，2200，2500m等三级残留剥蚀面，代表青藏高原间歇性抬升过程中相对稳定的剥蚀阶段。荥经河两岸有多级阶地和剥蚀平面，以中更新世抬升较为强烈，全新世趋于缓和，形成陡峻山势，“V”型沟谷发育，切割较强烈。

1.4 水文地质条件

1.4.1 地表水

区域水网密集，各主要河流与其次级支流呈树枝状分布。一般河流下游河谷开阔，中上游狭窄，主要接受降雨补给。各支流为测区地表、地下水汇集、排泄通道，同时也为地表水侵蚀、地下水排泄的基准面。

1.4.2 地下水

地下水十分发育，主要有第四系堆积层孔隙潜水、碎屑岩孔隙裂隙水、基岩构造裂隙水、基岩风化带网状裂隙水、碳酸盐岩裂隙溶洞水等5类。地下水以重碳酸钙、重碳酸钙镁型水为主，pH值5～6.4，一般矿化度小于0.3g/l，属弱酸性的低矿化度淡水，对混凝土无侵蚀性。

1.5 地震作用

研究区位于四川西南边境，该区域内地震基本烈度7°，地震动峰值加速度0.15g，地震动反应谱特征周期0.45s。

2 边坡地质灾害发育特征

2.1 边坡地质灾害概况

本次研究范围为某高速K16～K33段，全长17km。现场地质灾害调查发现，该区域内共发育有15个边坡地质灾害点，各灾害点的具体情况如表1。

表1 研究区边坡地质灾害发育情况

续表1

2.2 边坡地质灾害类型

2.2.1 块体崩落

此类变形破坏一般发生于具有不少于3组结构面且临空条件较好的边坡，岩体受多组结构面的强烈切割作用，呈块体状，这些块状岩体在自身重力作用下，易向临空条件较好的一侧（一般为开挖面）产生崩落破坏，最终在坡表形成大小不一、形状不规则的空腔。

典型实例位于K22+540～K22+605，该处边坡岩性为紫红色砂岩、粉砂岩、粉砂质泥岩，岩层面倾向坡外，产状为313°∠48°，层厚15～45cm不等，除层面外，坡体主要发育两组优势结构面J1和J2，J1产状为221°∠79°，J2产状为130°∠41°，J1和J2多为闭合结构面，与层面近似垂直，如图1。坡表岩体受这三组结构面的切割作用，呈块体状，并在自身重力作用下发生崩落，形成空腔，如图2。

图1 岩体结构面发育情况

图2 块体崩落破坏形成空腔

2.2.2 滚石

滚石危害主要发生于高陡边坡，坡表孤石在地震、风荷载及降雨冲刷等不良作用下，容易从坡表滚落，尤其是位于坡体中上部的孤石，由于具有较大势能，滚落过程中势能转化为强大的动能，可能滚落至路面，危险过往车辆的安全。

典型案例位于K23+780～K24+150，该处边坡为土质斜坡，坡体中上部残积少量形状不规则的孤石（图3），直径从10～50cm不等，部分孤石在不良作用的影响下，已发生滚落，杂乱堆积于坡脚处（图4）。

正确处理好支持人大代表依法监督与保护法官独立行使审判权的关系，是司法监督的关键。代表法第3条第3款规定：人大代表享有提出对各方面工作的建议、批评和意见的权利。监督法第5条规定：各级人民代表大会常务委员会对本级人民政府、人民法院和人民检察院的工作实施监督，促进依法行政、公正司法。可见，人大常委会组织人大代表对法院庭审工作进行旁听，是法律规定的监督职责和权利所在。与此同时，宪法第131条规定，“人民法院依照法律规定独立行使审判权，不受行政机关、社会团体和个人的干涉”。

图3 坡体中上部孤石

图4 坡角堆积的滚石

2.2.3 剪切滑移

此类失稳发生的两个必要条件为：

（1）坡体具有中缓倾坡外的岩层面或软弱结构面；

（2）岩层面或软弱结构面倾角小于边坡坡角，即边坡失稳岩体下部具有良好的剪切空间。当边坡具备上述条件时，在强降雨作用下，雨水渗透进入坡体内部，浸润岩层面或软弱结构面，弱化其抗剪参数，使得其抗剪强度降低，导致岩体在自身重力驱使下易沿这两类结构面发生剪切滑移破坏。

典型案例位于K23+260～K23+460，该处边坡岩性为须家河组（T3x）陆相含煤碎屑岩，含砂岩、粉砂岩、粉砂质泥岩夹煤线，与下伏雷口坡组地层呈假整合接触。边坡为顺层坡，顺层面节理极发育，节理面平直光滑，产状为40°∠20°，除层面外，坡体发育一条中缓倾坡外的碎裂岩体夹层，且其倾角小于坡角，如图5。当遇强降雨作用时，夹层上伏岩体在自身重力下，可能沿该夹层发生如图6的剪切滑移失稳。

图5 潜在剪切滑移失稳岩体

图6 失稳示意图

2.2.4 浅表层滑塌

此类变形破坏模式主要发生在土质边坡和浅表层为松散堆积的残坡积土的岩质边坡中，坡体浅表部土体或松散覆盖层受强降雨影响，在土体或者覆盖层内部发生圆弧状滑塌破坏，或沿基岩和覆盖层的交界面发生滑塌破坏。

典型案例位于K23+780～K24+150，该处边坡主要为第四系残坡积块、碎石土层，土层厚度较大，土体松散，未见基岩裸露。在强降雨过后，该处出现多处小规模滑塌，其中一处规模相对较大的滑塌为圆弧状滑塌，如图7，滑面长4.5m，宽4m，深3m，滑塌体积10m3。

图7 浅表层圆弧状滑塌破坏

2.3 边坡地质灾害影响因素

基于上述边坡地质灾害类型的分析发现，不同类型的边坡灾害的影响因素也有所不同，其中块体崩落破坏主要受结构面的发育情况和坡体临空条件的影响，结构面越发育，坡面临空条件越好，越容易发生块体崩落破坏；滚石危害主要受其所处高程、边坡坡角及地震等因素影响，孤石所处位置越高，坡角越大，越易出现滚石灾害；剪切滑移破坏主要受中缓倾坡外结构面及其与坡角的相对大小控制，且降雨是这类破坏发生的重要诱发因素；浅表层滑塌主要受土体或覆盖层的密实度和降雨影响，密实度越小，在降雨作用下越易产生滑塌破坏。