公路缓倾内层状边坡失稳模式研究

杨佳佳

1 引言

缓倾内层状边坡主要分布在川东、重庆、滇西、贵州等地方，以侏罗纪、白垩纪为主，并含有少量第三纪地层。一般由红色砂岩、砂泥岩、粉砂岩、砂质页岩和泥岩等交互组成，岩层产状平缓，倾角多集中在0～20°。程强[1～2]介绍了红层软岩主要为红层中的泥岩、页岩、粉砂质泥岩等泥质岩，具有弱透水性、较强亲水性，易于在水的作用下软化，脱水状态时易收缩崩解，岩性较弱的特点。

2 工程地质条件

2.1 地形地貌

研究区最高高程在陡斜坡山顶为667m，最低高程在前河河谷为278m，其相对高差约389m，属于剥蚀-侵蚀中低山峡谷地貌类型，溪沟纵横交叉，河谷深切，岸坡地形坡度陡峭，坡度均在60°以上。

2.2 地层岩性

出露地层为第四系残坡积层（Q4dl+ell）、侏罗系上统蓬莱镇组（J3p），分述如下：

（1）第四系残坡积层（Q4dl+el）：主要分布于河岸斜坡上部表层，厚度0～1.5m，黄褐、褐红色粉质粘土及崩落堆积层，粉质粘土；崩落堆积层主要在斜坡下部堆积，结构较松散，厚为0～3m。

（2）侏罗系上统蓬莱镇组（J3p）：分布于整个研究区，暗紫色夹紫灰、绿灰色细粒砂岩与暗紫、紫红色泥岩不等厚互层，砂岩多呈厚层状及巨厚层状。

2.3 边坡概况

经过详细的野外地质调查，旺隆边坡整体呈砂泥岩互层，软硬岩相间分布，坡向50°，岩层产状195°∠4°，发育两组节理裂隙，一组陡倾节理近平行于坡向，J1：45°∠72°，J2：130°∠80°。边坡底部靠公路边有一些泥岩风化堆积体，见风化球现象，上部较厚砂岩见坠落、拉裂、掉块现象，表层的耕植土已发生滑动变形现象。

3 影响因素分析

该边坡的变形破坏特征是由地形地貌、岩土体特征、卸荷风化、降雨等多因素相互作用的成果。地形地貌、水文地质、地层岩性、地质构造、岩体结构特征等是内在条件；风化、降雨、开挖卸荷是主要外在因素。

3.1 内在条件

（1）岩性组合：为厚层砂岩与薄层泥岩不等厚互层产出。这种特殊的“软硬岩相间、互层”的组合结构由于岩体间的差异风化，使软质泥岩部分产生剥落，上部硬质砂岩底部失去支撑而悬空，其次由于泥岩因压缩变形而在砂岩顶部产生集中拉应力，使坡表面形成倾坡外的卸荷裂隙，在降雨、地下水入渗等外界因素下诱发岩体失稳。

（2）坡体结构：缓倾内斜坡结构，岩层产状较平缓，一般倾角为5～10°，砂岩相对厚度较大，为20～150cm，泥岩相对厚度较小，为5～10m。构造裂隙和卸荷裂隙较发育，两组节理裂隙切割块体，加剧了岩体的破碎程度。

3.2 外在因素

（1）降雨

研究区平均降雨量为1286.8mm，且集中在5～9月，边坡常常在暴雨或连续降雨的促发下出现急剧变形。由于边坡陡倾裂隙发育，雨季来临时，集中的降雨会沿着已有节理裂隙面渗入岩体，不仅冲刷坡体、使其处在饱水状态而降低岩土体强度，也使下滑力增大。

（2）差异风化

风化作用在缓倾坡内层状边坡表现非常明显。斜坡为砂泥岩软硬互层的组合结构，因岩性不同表现为不同的风化特点。风化作用主要沿已有结构面、层间剪切带等进行。由于差异风化，使砂岩风化较慢，泥岩风化较快，在雨水侵蚀下碎裂并风化成土，剥落于坡脚处。

4 形成机理分析

缓倾内边坡岩层倾角较小，常常认为边坡整体稳定性较好。当在地下水、降雨和气温等风化因子作用下，岩层面或夹层逐渐被软化甚至泥化而形成软弱面和泥化夹层，随之结构面的变形模量逐渐降低，直到岩体底部软夹层变形模量过于低而引发较大的压缩变形后，突出岩体将从较稳定的缓倾内结构过渡到较不稳定的缓倾外结构（缓倾边坡小危岩体形成与发展标志），并在降雨、地震和开挖卸荷等诱发下，进一步发生转动崩落或沿夹层面而滑移崩落。其失稳破坏模式可概化为倾倒一崩落。具体分析如下：

（1）公路修建过程中因开挖卸荷产生了临空面，坡体发生应力重分布和应力集中现象，再加上岩体表面节理裂隙发育，且主要以垂直和陡倾节理裂隙为主，节理裂隙的走向主要有两个方向，即45°方向和130°方向，这两个方向上的节理裂隙呈“X”型共轭交叉，有利于切割分解岩体。

（2）随着陡倾裂缝沿着结构面的扩展，两种岩性不同的岩石抗风化能力不同，在岩体表层形成明显的差异风化，泥岩风化速率快，发生崩解剥落，堆积于坡脚处，使上部砂岩悬空而在重力作用下发生拉裂变形、掉块现象。

（3）两种岩性的软硬程度不同，下部是较软泥岩、上部是较厚砂岩，在自重作用下发生压缩～倾倒破坏。且泥岩相对砂岩为隔水层，地表水沿着节理裂缝渗流，在泥岩层发生堵塞淤积，产生浮托力和水压力，近水平的坡体逐渐发展为平推式滑坡。

5 结论

（1）通过详细野外调查，查明边坡发育的地质背景条件。阐述边坡的基本特征、变形破坏特征等，旺隆边坡是贵州红层地区缓倾内上硬下软型高陡坡+开挖卸荷控制的典型边坡，边坡内在条件是砂泥岩不等厚互层的岩性组合、上硬下软缓倾内的坡体结构，差异风化和水的作用是重要的影响因素。

（2）根据现有的变形破坏特征判断其形成机理为：开挖卸荷→陡立裂缝沿结构面扩展→软岩风化剥落→硬岩拉裂、坠落（倾倒）、局部掉块（小破坏）→水体沿节理裂隙下渗→坡体沿下伏软岩蠕滑→整体剪出（大破坏）。

[1]程 强，周永江，等.近水平红层开挖边坡变形破坏特征[J].岩土力学，2004，25（8）.

[2]程强.红层软岩开挖边坡致灾机理及防治技术研究[D].成都，西南交通大学，2008.