云南昭通牛场滑坡形成机制分析

许定伦 唐 侃 黄 阳 邓海明 黄志刚 孔令伟

（昭通市高速公路投资发展有限责任公司，云南 昭通 657000）

0 引言

随着我国基础设施建设的稳步推进，在西部地区的高速公路工程开展建设活动。然而西部山区地质条件复杂，并且强烈的新构造运动使拟建公路通过区发育有大量结构稍密，细粒土与碎石、块石混合，颗粒分布不均匀，孔隙稍大，渗透性较好的岩溶风化残坡积物构成的堆积层（覆盖层）。由于长时间的风化、运移，这些堆积层的厚度一般较大，平均可达20m～30m，最大厚度可超过90m，为滑坡、泥石流和崩塌等各种不良地质灾害发育提供了充足的物源条件。在公路的建设施工中，强烈的工程扰动，特别是爆破、机具动荷载等作用下，这些巨厚复杂不均匀堆积层边坡可能出现较大规模的位移，导致规模性的工程滑坡。并且在雨季时，部分欠稳定边坡及新开挖边坡在公路长期营运中可能由于降雨作用导致土体自重增加、内部超孔隙水压力增大，从而导致公路边坡发生变形甚至滑坡，严重影响高速公路的长期安全运营。因此，探明该类滑坡的形成机理就显得极其重要。该文对云南省昭通至泸州（昭-泸）高速牛场互通施工过程中出现的巨厚复杂不均匀堆积层滑坡进行了工程地质勘察、形变监测、地球物理探测，分析了滑坡形成机制，并提出可靠的防治建议。研究成果对西部山区工程建设中巨厚复杂不均匀堆积层斜坡的灾害防治与风险防控有重要参考意义。

1 滑坡基本地质环境条件

图1 滑坡平面图

在滑坡发生以后，对滑坡体进行了地表裂缝调查。结果表明，滑坡体地表及上部房屋出现较多的新、老裂缝（裂缝中见有蜘蛛网），裂缝主方向平行路线，裂缝宽度一般为 2cm～10cm，并且裂缝随着斜坡施工边坡有继续发展的趋势（图2、图3）。

图2 滑坡导致墙体开裂

图3 滑坡后缘拉裂缝

2 滑坡位移监测

坡体发生明显位移以后，为了实时监测滑坡的发展状态，在滑坡体及其周围布置了近39 个观测点（图4）对滑坡进行位移监测，水平位移监测采用交汇法，垂直位移监测采用电磁波测距三角高程测量法。从监测结果来看，期内（2019 年4—6 月）滑坡主要运动方向为NE85°，坡体最大位移出现在滑坡体中部位置（Z9 附近）。监测期内滑坡的最大累计水平位移可达25.694m，竖向高差可达2.497m （图5）。在监测初期，由于滑坡趾部公路施工不断地开挖，坡体不断变形，而在监测的后期，由于采取了在滑坡体中部开挖斜拉槽的变形阻断措施，因此变形趋于稳定。

图5 Z9 监测点垂向位移

3 滑坡体地球物理探测

为进一步详细探测滑坡形成时的地质条件，采用高密度电阻法对滑坡区域进行地球物理勘探。仪器为重庆奔腾地质仪器厂生产的WDJD-3 多功能数字直流激电高密度电法仪，数据处理专用软件2dRes 是以平滑约束最小二乘法（smoothness-constrained least-squares）为基础，以拟牛顿（quasi-Newton）最佳技术为准则的最小二乘法来实现，测线布置如图4 所示。解译结果如图6、图7 所示。由解译结果可推测，在测线240m～245m、470m～540m 距地面约5m～15m深有闭合高阻，视电阻率大于2000Ω·m，推测有空洞或煤矿巷道。

图4 位移监测点为分布以及位移值

图6 测线150m～350m

图7 测线300m～600m

4 滑坡形成机制综合分析

为进一步分析坡体开挖以后可能存在的破坏模式，运用赤平投影法的动力学分析方法，并考虑地层、节理裂隙的内摩擦角，分析边坡产生顺层滑动、倾覆破坏和楔形滑动的可能性。分析方法如下：将边坡上实测的地层、节理的产状和下法线产状，以极点形式下半球投影到等角度吴氏网上，同时将边坡的坡向以及坡角以大圆形式投影在等角度吴氏网上，通过分析地层、节理（J#）和地层、节理下法线极点（N#）以及节理间组合楔形体的产状（I##）与边坡面产状的空间几何关系，确定可能的滑动模式。之后将地层、节理的内摩擦角投影到节理下法线极点周围，形成摩擦角圆，将摩擦角圆与等角度吴氏网中心点的位置关系进行对比，分析边坡的破坏模式。计算时地层、节理产状如前文第一节所述，地层的内摩擦角根据勘查资料设置为4°，节理内摩擦角为10°。结果如图8 所示。从图中可以看出，地层（J1）的极点在边坡大圆外，且该地层面下法线的内摩擦角圆未将吴氏网中心点包括在内，因此可能会发生顺层滑动破坏。而节理面J3，J4 下法线极点在吴氏网上的投影在倾覆窗口外，节理面J2 下法线极点在吴氏网上的投影在倾覆窗口内可能会导致倾覆破坏。两组节理形成的楔形体极点（I14）在边坡大圆外，且节理面下法线内摩擦角圆未将中心点包括在内，因此可能会发生楔形滑动破坏。综上所述，该处边坡可能出现顺层滑动、倾覆破坏和楔形滑动。由于上覆土层较厚，因此出现倾覆破坏和楔形滑动的可能性较小。

图8 边坡顺层滑动

5 结论

通过钻探、物探和边坡已开挖的地质情况可知，牛场汇通斜坡变形发生滑坡的主要原因：斜坡极软岩（页岩、炭质泥岩和煤层）分布较多，边坡开挖后页岩、煤层极易失水风化散裂，岩体结构松弛、层间结合变差，强度也急剧降低，坡脚极易形成溃曲变形破坏、产生坍塌，从而牵引边坡形成整体滑动；其次在斜坡上部强风化岩层开挖，边坡在一定宽度范围内会产生松动牵引变形和地层弃土沉降变形。而地下不均匀分布的采空区进一步破坏了坡体原有结构，降低了坡体自身的强度。因此，该边坡在挖高 18m无支护的情况下，就产生了大面的变形破坏发生滑坡，影响工程施工进度。经过分析，此处坡体本身开挖后就可能出现顺层滑动破坏模式。因此，对牛场互通斜坡在施工时应当边坡开挖应适当放缓边坡，加强坡面支挡防护。

我国西部山区地质条件复杂，并且强烈的新构造运动使西部山区出现巨厚复杂不均匀堆积层以及强度降低的泥岩、炭质泥岩地层。今后还可能遇到与牛场边坡相似的工程地质条件，在该情况下，应加强前期的工程地质勘查，以查明地下强度较低的土层、岩层，并采用地球物理勘查方法。

在施工过程中应当避免大爆破，坡体开挖的过程应当根据地质情况采用分级、分段开挖形式。对已经发生形变的边坡，应该适当放缓边坡，加强坡面支挡防护。