西南某全强风化玄武岩边坡失稳机制分析

薛　伟　欧跃洪

(中国电建集团昆明勘测设计研究院有限公司，云南 昆明　650051)

0　引言

西南地区尤其是云南地区公路建设逐年增加，加之云南地区玄武岩分布较广，在玄武岩地区建设的公路越来越多，玄武岩边坡也越来越多。由于玄武岩节理裂隙发育，特别是柱状节理发育，故风化作用强烈、强风化厚度大。其风化后呈碎块状，斜坡地上常有大量坡积物且厚度大，易引发崩塌、滑坡等地质灾害，对公路建设与运营安全造成较大威胁。本文选取云南某高速公路玄武岩边坡作为研究对象，通过一系列的方法，对其失稳机制进行分析，对下阶段的相同性质的边坡处置作为依据。

1　边坡工程地质条件

边坡原始地貌属构造剥蚀山前残丘地貌,山丘低矮,山顶浑圆,周边山顶高程1 750 m～1 870 m,山丘总体呈北东—南西向展布，其东南侧为构造剥蚀中山区，北西侧为山间宽缓盆地，谷盆底海拔高程一般1 630 m～1 680 m。滑坡区所处缓丘顶长约155 m，高程1 776 m～1 778 m，呈北东—南西向延伸，南侧70 m处为鞍部(高程1 762 m)，顶部宽缓，宽20 m～55 m，坡度2°～7°。南东侧斜坡平缓绵长，斜坡总体倾向南东，坡度10°～30°，长400 m～485 m；北西侧斜坡相对短陡，坡脚高程1 704 m左右，斜坡总体倾向北西，坡度20°～35°，长120 m～160 m，往北西为平坦盆地。斜坡纵横向起伏不大，局部发育次级冲沟，冲沟总体呈近东西向展布，多呈“U”形，沟底纵坡一般10°～25°，局部略陡，沟底宽2 m～6 m，沟岸坡度20°～35°，均为雨季降雨坡面流水冲蚀形成，无长流水，沟岸稳定。周边200 m范围内无地表水体，外围零星分布有水塘。勘察区植被极差，大面积分布旱地，沟岸附近分布有杂草间灌木。高速公路从北西侧斜坡脚附近呈北东—南西向穿过，路线方向基本与地形线平行，滑坡南西侧150 m处为服务区，北东侧为深挖路堑。

勘察区及周围出露地层为第四系全新统冲洪积层(Qhal+pl)、第四系更新统蛇山组(Qpsh)半成岩、中生界三叠系上统白土庙组(T3ba)、古生界二叠系下统玄武岩系(Pβ)地层及燕山期碱性岩浆岩。

①第四系全新统冲洪积层(Qhal+pl)：分布于勘察区北西侧1.0 km外大营街盆地中，为砂砾石及黏性土等松散堆积物，区域厚度0 m～50 m。

②第四系更新统蛇山组(Qpsh)：分布于勘察区北东侧3.0 km以外大营河Ⅱ级阶地，为灰黄、绿色半胶结的粉砂、细砂岩，夹灰白色黏土层。区域厚度约100 m。

③中生界三叠系上统白土庙组(T3ba)：分布于勘察区东侧2.5 km外，为灰色含长石石英砂岩、粉砂岩夹页岩及煤层。区域厚度811 m。

④古生界二叠系下统玄武岩系(Pβ)：在勘察区大面积分布，主要分布一段～五段：

五段(Pβ5)：灰黑色柑斑玄武岩夹杏仁状玄武岩、凝灰岩。区域厚度294 m。

四段(Pβ4)：致密状、杏仁状玄武岩夹紫灰色凝灰岩，底部为黄绿色斜长斑状玄武岩夹数层凝灰岩。区域厚度870 m。

三段(Pβ3)：致密状辉斑玄武岩、杏仁状玄武岩及角砾状玄武岩夹石灰岩透镜体。区域厚度872 m。

二段(Pβ2)：灰绿色角砾状玄武岩，石英脉发育。区域厚度793 m。

一段(Pβ1)：角砾状、致密状、杏仁状玄武岩。底部有数十米黄绿色凝灰岩、凝灰质砂岩，夹3层～4层角砾状灰岩小透镜体及硅质岩。区域厚度1 139 m，断层破坏明显。

场地位于炼洞街宽缓褶皱小区，无断层通过，地质构造简单，局部发育小褶曲，受周边构造的影响，附近出露基岩节理裂隙发育，主要有以下几组：

第一组(J1)：倾向0°～36°，平均16°，倾角45°～81°，平均59°。节理面平直，光滑，闭合，无充填，单条延伸长度5 m～15 m，密度5条/m～8条/m。

第二组(J2)：倾向101°～128°，平均110°，倾角64°～87°，平均74°。节理面平直，光滑，闭合～微张，无充填或少量铁锰质充填，单条延伸长度8 m～25 m，密度3条/m～6条/m。

第三组(J3)：倾向153°～183°，平均132°，倾角54°～68°，平均67°。节理面平直、光滑，闭合～张开，一般无充填，单条延伸长度10 m～30 m，密度1条/m～3条/m。结构面结合差。

第四组(J4)：倾向248°～267°，平均244°，倾角41°～57°，平均49°。节理面平直、光滑，闭合～张开1 mm～3 mm，无充填或2 mm～3 mm厚硅质、铁锰质充填，单条延伸长度5 m～25 m，密度8条/m～12条/m。结构面结合差。

第五组(J5)：节理倾向311°～351°，平均304°，倾角68°～81°，平均73°。节理面光滑，闭合～张开2 mm～3 mm，少量泥质、铁锰质、硅质充填，单条延伸长度15 m～20 m，密度3条/m～7条/m。结构面结合差。

受区域构造影响，岩体挤压强烈，结构面均为压性，两侧从数毫米到几十厘米范围可见岩石破碎呈鳞片状～碎石状。同时由于风化作用，结构面上风化强烈，普遍分布有灰白、灰黄、灰绿等色的黏土，厚度一般小于3 mm。

以上节理裂隙与岩层面组合，将岩体切割破碎，呈碎石状～碎块状，破坏了岩体完整性，降低了岩体力学强度，岩体呈碎裂结构，区内构造活动强烈。

根据地质调查，场地内岩层产状变化不大：岩层倾向52°～70°，平均55°，倾角47°～54°，平均51°，相对变化不大。

2　边坡变形特征

本路段边坡自2016年6月25日开始从上往下开挖，至2016年10月23日3级～7级边坡开挖结束，其中5级～7级边坡于2016年7月21日坡面防护工程(锚杆、锚索框格梁)施工结束，其余边坡未防护结束。2级边坡基本开挖到位，1级边坡至今未开挖到位。2016年11月22日，2级～6级边坡上出现开裂变形，11月23日K25+650右侧坡口线外地面发现裂缝，2016年11月26日1级边坡出现开裂变形，2016年12月11日7级边坡上出现开裂变形。边坡出现开裂变形后，施工方于2016年11月27日对整个边坡共布设34个监测点，至勘察结束时共进行了两次观测，根据观测结果，垂直错落位移量0.1 cm～13.2 cm，水平位移量1.1 cm～21.0 cm，隆起4 mm～105 mm。2017年1月19日，滑坡后缘及右侧发现裂缝L1，但后缘及右侧断续；2017年2月3日，滑坡左侧后部地面发现裂缝L1～L6；2017年1月19日坡脚路面上隆起不明显，到2月3日起，隆起越来越明显，左右两侧先隆起，TC10右侧坡脚弱风化岩体中于2月15日起剪出隆起明显。目前滑坡周界清楚：1)滑坡左侧下部K25+803～K25+810右侧边坡上，坡体剪出明显，从坡脚到4级坡口连续贯通(L62裂缝)，裂宽3 cm～5 cm，坡体剪出10 cm～20 cm，坡口附近扦插深度50 cm～73 cm，平面上裂缝延伸方向与路线近于垂直。上部自然斜坡上发育L1,L2,L3,L6等近平行羽状裂缝，裂缝间距4 m～10 m不等，宽6 cm～32 cm，错落3 cm～12 cm，扦插深度70 cm～135 cm，最大扦插深度170 cm，裂缝基本顺坡向发育；2)滑坡后缘沿边坡中部坡口线外围地面发育三条裂缝(L1,L5,L7)，宽2 cm～25 cm，最宽40 cm，错落3 cm～10 cm，扦插深度75 cm～160 cm；3)滑坡右侧发育L1裂缝，从坡脚到山顶连续贯通，裂缝宽10 cm～80 cm，错落高度3 cm～35 cm，最大错落高度45 cm，可见深度70 cm～100 cm，扦插深度120 cm～160 cm。上段斜切地形、横穿山脊后向下延伸，下段表现为K25+615～K25+628左侧坡面明显剪出45 cm～65 cm；4)滑坡前缘表现为地面鼓张、隆起，K25+620～K25+640混凝土地坪上发育与路线近平行的L75裂缝及与之垂直的数条裂缝，L75裂缝宽2.5 cm～4.1 cm，混凝土地板鼓张，破裂，隆起高度2 cm～5 cm；TC10右侧坡脚岩体明显剪出；K25+730～K25+805右侧坡脚连续鼓张，特别是右侧较明显，L71裂缝隆起高度3 cm～18 cm，外移约3 cm～6 cm，同时发育数条与之近垂直的裂缝；滑坡左—后—右边界裂缝基本连续贯通，前缘断续隆起剪出。

根据图1～图8，结合前期变形历史，可分析得出：

1)从发现坡体变形(2016年11月23日)到2017年2月6日，累计最大位移量42 cm～114.5 cm，位移量及速率相对小，大致从2月6日后位移速率明显增大(达6.3 cm/d)且呈上升趋势。

2)本次观测期内位移速率明显增大，特别是2月17～18日增速最大。

3)本次观测期内滑坡在左～中部后缘变形相对较弱，G1～G5累计位移3.5 cm～6.8 cm(仅G2点达13.6 cm)；而滑坡右侧后缘变形相对强烈迅速，G6～G8累计位移12.9 cm～28.9 cm，这与坡脚剪出强烈是相应的。

4)在所设观测点中，G1,G3～G5位置所对应坡脚附近均分布有强度相对较高的弱风化玄武岩体；而变形较大的其余点所对应坡脚则为强风化玄武岩，右侧边缘地带风化相对较强。

3　滑坡破坏模式及变形机制

3.1　破坏模式

勘察区坡体岩性较单一，以玄武岩为主夹凝灰岩夹层，自然地表分布少量(厚度小于1.0 m)含碎石粉质黏土。岩土界限顺自然斜坡分布且倾角较陡，但土体较薄不会发生滑坡，从周边调查可证实，不具备岩土界面控制下的滑坡条件。

玄武岩以强风化为主，坡脚局部有弱风化玄武岩分布，风化界面高低起伏大，不易发生沿风化界面的滑动破坏。

玄武岩中夹凝灰岩软弱夹层，但层面倾向与边坡倾向反向大角度相交，倾角较陡，不会发生顺层面的滑动破坏。

岩体节理裂隙发育，但大多与坡面大角度(大于50°)相交或反向，倾角均较陡，仅倾向北西的节理与坡向基本一致，但倾角陡(68°～81°)，不存在圆形破坏，现场实际变形情况无圆弧形破坏的变形特征。

滑坡区裂缝展布与结构面具高度吻合性：1)延伸方向与坡向近平行的系列裂缝基本沿J1节理产生；2)延伸方向呈近SN，NW—SE向的裂缝基本沿层面、J3节理、J4节理产生；3)延伸方向呈近EW向的裂缝基本沿J2节理产生；4)顺坡向的系列裂缝沿J5产生。由于无连续贯通的外倾软弱结构面，单一结构面对滑坡变形起主导控制作用的迹象不明显。主要的结构面都影响和控制了滑坡裂缝。综合上述分析，坡体无连续贯通的软弱结构面，影响坡体稳定的主要是岩层面(特别是凝灰岩软弱夹层)和5组节理面，节理面发育且连续贯通性好，坡面未见剪出迹象，坡体破坏模式为风化玄武岩在结构面组合控制下发生从坡脚剪出的整体滑动，滑动面呈折线形。在坡体变形滑移过程中，局部会发生楔形破坏，沿相对较软弱的结构面(如凝灰岩夹层)变形相对较强。

3.2　变形机制

虽然岩石力学性能较好，坡体无连续贯通的外倾软弱结构面，但层间存在软弱凝灰岩夹层，岩体节理裂隙发育、连通贯通性好、结合较差，结构面组合为坡体破坏提供了有利条件。开挖边坡形成高陡临空面，破坏了坡体原始平衡条件，滑坡体呈头重脚轻之势，坡脚应力集中且地下水作用较强，后部坡体在前缘支撑减弱的条件下发生滑动破坏。边坡在雨季开挖，雨季末期开挖到现状并发现坡体变形，其间降雨入渗起了一定促滑作用。

2级～6级坡面先发生开裂变形，随后1级、7级坡面出现变形，相隔时间甚短，坡口线外围自然坡面基本上在同一时段发生变形，坡脚变形在后。坡体中～后部变形相对强烈，裂缝连续贯通性好，而坡脚变形相对弱，连续贯通性差，变形速率较后部小。中～前部裂缝多紧闭，平行边坡延伸方向的裂缝多呈倒锯齿形。总体上变形具有中～后部变形早且变形强烈、下部变形略晚且较弱的特点，滑坡力学性质为推移式。

4　结论及建议

1)滑坡平面形态呈“撮箕”形，平均长约170 m，平均宽168 m，面积2.86×104m2。滑坡体平均厚19.5 m，体积约54.6×104m3，滑坡体主要为强、弱风化玄武岩，属中层大型岩质滑坡，滑坡主滑方向平行于边坡坡向(304°)。

2)滑体物质主要为强～弱风化玄武岩，变形强烈。滑动带(面)沿层面、节理面等软弱结构面发育，呈折线形。滑床主要由强～弱风化玄武岩构成。

3)滑坡地形条件、岩土条件、构造条件(结构面)、水文地质条件是滑坡发生的基础条件，其中地形因素及软弱结构面是重要影响因素。滑坡诱发因素主要是公路建设深切开挖。

4)滑坡破坏模式为风化玄武岩体沿软弱结构面发生从坡脚剪出的整体滑动，在整体变形过程中，局部坡面会发生楔形破坏，滑坡力学性质为推移式。

5)目前滑坡处于初滑阶段，滑坡整体不稳定，局部欠稳定，滑坡易向剧滑方向发展，扩大滑坡范围及规模，加大危害性及治理难度，应及早治理。

6)滑坡直接对公路路段造成破坏和掩埋，危害性大，滑坡防治工程等级属Ⅰ级。