211128081_湖南省“红层”边坡失稳地质灾害分析探讨

价值工程
0引言
湖南省范围内分布丰富的晚白垩系及早第三系陆相
沉积泥质粉砂岩、
泥岩等地层，因岩石为红色、褐红色等，工程领域将其统称作红层。

由于其是在干燥炎热等特殊条件下形成的，又经过强烈风化及氧化作用，
具有特殊的工程特性，是岩石地层较为典型的易滑地层，
在暴雨等外界条件影响下极易引发的滑坡灾害。

因此，
深入研究建设场地边坡红层的边坡稳定性问题及时采取针对性强的各种
防治措施，可达到防灾、
减灾和治灾的目的。

1红层边坡稳定性影响因素分析与研究
红层地区边坡失稳的影响因素比较复杂。

分内因和外在两个方面，
内因包括红层地区边坡的地形地貌、地质构造、
地层岩性、岩体结构及特征等，其影响是持久且缓慢的，
也是边坡失稳破坏的主要条件，它们直接决定了边坡破坏的类型和规模；外因包括工程建设对自然边坡的破坏、
暴雨引起的地下水位改变、岩层风化等，它们对边坡的变形破坏影响强烈而迅速。

外因也是通过内因影响边坡稳定的，
或推动着边坡失稳的发生与发展。

1.1红层地区边坡稳定内在因素的研究
1.1.1地层岩性、
岩层产状边坡岩体地层岩性特征对边坡稳定性的影响非常重要，
不同岩石因所含矿物成分不同会呈现出截然不同的变形破坏方式。

因岩石组成矿物成分不同，
其物理特性和力学强度等特征不同。

含粘土矿物较多的泥岩、
泥质粉砂岩等，易风化，且在遇水后易膨胀、崩解，水稳性很差，而由硅质、铁质胶结的砂岩强度较高，水稳性较好。

不同岩性组合也是影响边坡稳定性的重要因素。

在红层地区的边坡岩体上，最常见以下几种岩性组合类型：
①巨厚层砂岩边坡；该类边坡较稳定。

②上部巨厚层砂岩，底部为泥质岩石、砂岩互层的边坡；该类边坡底部泥质岩石易风化形成软弱结构面，可造成崩塌和顺层滑坡。

③以
泥岩为主，夹有砂岩、
粉砂岩的边坡。

该类边坡易风化，易形成崩塌和圆弧滑坡。

④强风化砂岩、泥岩或粉砂岩、泥质粉砂岩软弱互层的红层岩质边坡，
易发生沿软弱结构面的滑坡。

⑤上部为较厚的黏土层，下部为泥岩、泥质粉砂岩等软岩的边坡。

多发生崩塌地质灾害。

岩石产状与边坡的坡向、倾向等的关系对边坡的稳定
性影响也很重要。

岩层倾向与边坡坡向反向时，
边坡较为稳定；当岩层倾向与边坡坡向一致即顺层时，
该边坡易沿软弱结构或层面发生顺层滑动。

岩层倾角大小对边坡的稳定性及失稳破坏形式有着很重要的影响。

当岩层较平缓时，边坡岩体的下滑力就较小，边坡较为稳定，
该类红层边坡易发生受节理裂隙及层面影响的小规模失稳滑动；当岩层倾角逐渐大时，
失稳边坡岩体的下滑力显著增加，边坡的破坏还是沿岩体中的软弱结构面或层面顺层滑动；
当开挖坡面角等于岩层倾角时，
此时的边坡岩体没有下滑的空间，
边坡处于较为稳定状态。

1.1.2岩体结构与岩体结构面特性
各类岩体都是有其结构特征，
其变形和破坏与其岩体结构有关。

影响岩体结构稳定的主要因素是结构面。

包括岩层面、断层面、节理裂隙面、风化界面、
岩体中的软弱面等。

由于各结构面切割岩体，且结构面强度比岩体本身的强度低，所以红层岩体中结构面的存在会极大降低岩体的
整体强度，
增加了岩体的变形性能、边坡岩石各向异性和非连续性等性能。

工程实践证明，
许多红层边坡失稳都是各种结构面或其组合面造成的。

所以边坡勘察时，
需为边坡治理提供较为准确的结构面情况及其力学性质。

总体来说，岩体结构面对边坡的稳定性影响有以下几个规律：
①结构面的倾向和倾角：
在顺层岩质边坡中，结构面的倾角越缓，边坡的稳定性就越好，倾角越陡，边坡越易顺
层滑动。

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—作者简介:杨艳琼（1972-），女，湖南湘潭人，
本科，高级工程师。

湖南省“红层”边坡失稳地质灾害分析探讨
Analysis and Discussion on Geological Hazards of "Red Bed"Slope Instability in Hunan Province
杨艳琼YANG Yan-qiong
（湖南省农林工业勘察设计研究总院，
长沙410007）（Hunan Agricultural and Forestry Industry Survey ，Design and Research Institute ，Changsha 410007，China ）
摘要:红层在湖南省分布广泛，其具有膨胀崩解的特性，软化系数较低的特征。

因此红层边坡中易产生崩塌落石、风化剥落及滑
坡等地质灾害，通过多年红层地区边坡支护治理经验总结红层地区的地层特性及红层地区地质灾害特点，对红层边坡的变形破坏机制、地质灾害防治等进行了较为全面的分析和研究。

Abstract:Red beds are widely distributed in Hunan Province,characterized by swelling and disintegration,and low softening coefficients.Therefore,geological disasters such as collapse,rockfall,weathering,and landslide are prone to occur in red bed slopes.Based on many years of experience in slope support and treatment in red bed areas,this paper summarizes the stratigraphic characteristics and geological disaster characteristics of red bed areas,and conducts a comprehensive analysis and research on the deformation and failure mechanism of high and steep red bed rock slopes,as well as geological disaster prevention and control.
关键词:红层；工程地质性质；变形破坏；稳定性；防治措施
Key words:red layer ；engineering geological properties ；deformation and damage ；stability ；prevention measures 中图分类号:U416.1+4文献标识码:A 文章编号:1006-4311（2023）11-140-03doi:10.3969/j.issn.1006-4311.2023.11.041
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②结构面的组数和数量：
一组结构面最典型的红层的层面。

如前所述，
反向坡为稳定边坡，同向坡则为易失稳边坡；当层面与边坡走向斜交时，
有一直立并垂直于结构面的最小抗切面则边坡可能发生破坏。

岩体中有两组结构面时，此时主要考虑结构面交线与边坡的关系，
如交线的倾向与边坡倾向相反时，
此时边坡为最稳定边坡状态；如结构面的交线与坡面同向时，
当交线倾角大于边坡面的倾角时为稳定状态。

当结构面的组合导致边坡岩体有临空面存在时，边坡为不稳定状态。

其他情况则介于稳定与不稳定
之间。

三组或多组结构面组成的边坡，
其情况与两组结构面相似。

③结构面的结合情况及结构面之间填充物：
结构面的结合状况、之间的填充物质及其厚度对结构面的抗剪强度有很大影响，结构面是闭合的强度高于结构面张开的，结构面张开且有充填物时的强度取决于结构表面起伏度和
充填物的厚度，
以及充填物的成分与物理力学性质。

1.2红层地区影响边坡稳定的外界条件研究
1.2.1地形、
地貌边坡场地地形地貌特征决定着边坡形态，
对边坡的稳定性有直接影响。

边坡高度：
边坡高度较小，通常只会发生小规模的边坡变形或边坡表层破坏。

边坡高度越大越易引发大规模、
深层的失稳破坏的，
而且破坏形式也越复杂。

所以工程建设时尽量不形成高陡边坡。

坡度：通常较平缓的边坡不易变形，
而较陡的边坡则易变形破坏。

采用有限元法分析，边坡随坡角的变陡，坡面的径向应力和坡顶面的切向应力均转为拉应力，
从而形成张力带，张力带的范围随坡角增大有所增加，
最大拉应力区通常发生在离坡脚三分之二的坡高处及斜坡上缘，
在坡脚处形成剪应力集中，
这些地段是坡体中最易发生变形和破坏的地方。

由此可见坡度对边坡变形起着极其重要的制约作用。

工程建设中如场地条件允许，一般都首选放坡。

坡面几何形态：
由于边坡建设场地不同，所以边坡坡面形状也不同，有平面、
凹面、凸面三种最基本形状；坡面形态有平面型、溪沟型、
脊梁型和集水型等。

不同形态的坡面产生变形破坏是不同的。

调查统计与研究发现：下降型、脊梁型坡较陡峭，
利于崩塌的发育，上升型、溪沟型和集水型坡大多是古崩塌的残留后壁，
利于地表水、地下水汇集，易诱发边坡崩塌。

溪沟型出现崩塌概率最高，
其次是脊梁型边坡，平面型边坡崩塌概率最小。

1.2.2地质构造
地质构造对红层岩质边坡稳定的影响也非常重要，
包括区域构造特征、
褶皱、断层以及节理裂隙的发育程度及分布规律等。

①褶皱。

岩体发生褶皱或扭曲的部位，
地应力相对集中，次级张节理和剪节理较发育，
岩体较为破碎，在外力或降雨的影响下，边坡极易失稳。

一般来说，
根据褶皱的特征，位于褶皱轴部的边坡稳定性相对较差；
而位于褶皱翼部的边坡的整体稳定性比较好。

②断层。

断层是岩层或岩体沿破裂面发生较大位移的构造。

断层发育地段，岩石破碎，
节理裂隙发育，且一般发育有断层破碎带或断层泥等，在雨水及其它外力影响下，边坡极易
形成沿断层破碎带或断层泥软弱带的滑坡，
造成边坡失稳。

1.2.3水文地质作用
水文地质条件是造成边坡变形的一个重要外因，水可以改变边坡的外形，
也可以迅速改变岩土体的性质，降低其抗剪强度。

大量工程实践证明，
大部分边坡变形破坏均与水的活动有关。

地下水或降雨通过降低岩石本身的抗剪强度直接影响边坡的变形破坏。

下面通过某经层地区工程边坡岩石直剪试验，
分析岩石含水量对岩石粘聚力C 和内摩擦角ϕ值的影响（如表1、表2）。

通过实验结合以往的工程经验得出：
随着含水量的增加，红砂岩的抗剪强度显著降低。

2红层边坡灾害治理方法研究
红层地区岩质边坡的灾害治理，
首先要了解边坡岩体本身会变形破坏的内在条件，其次找到引发地质灾害发生
表1SY1-1试样物理力学指标
试样号含水量%比重密度g/cm 3
C （kPa ）ϕ（°）1234567
10131516192025
2.632.632.632.632.632.632.63
2.16
2.142.222.252.212.212.0858.256.455.932.815.79.37.8
34.123.713.6105.63.80
表2SY1-2试样物理力学指标
试样号含水量%比重密度g/cm 3
C （kPa ）ϕ（°）1234567
9121517192125
2.682.682.682.682.682.682.68
2.042.142.222.202.232.222.14
57.655.854.232.316.08.47.2
33.430.125.621.812.36.80
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的外因。

治理措施既不能因分析判断不准，稳定性计算模型的建立及设计参数选取盲目，使支挡结构失效，不仅造成较大的经济损失，而且还严重影响建设工期；也不能过于保守不经济。

尽管红层地区大部分边坡的变形失稳是渐变的，难以预测防范。

但还是有许多红层边坡治理措施与方法值得借鉴。

2.1近水平红层边坡破坏模式及治理措施
风化剥落：风化剥落是红层软岩地区边坡破坏的一种常见灾害，一般处治措施坡面防护，植草或喷砼浆。

错落平推滑坡：是指岩层产状近水平，但是由于层间存在软弱夹层，坡体后部出现高倾角结构面，当降雨或地下水沿结构面渗入，使岩层面的抗剪强度降低，易使坡后部高大的岩体向下有错落性的移动，从而对边坡前段的岩体产生水平向的挤压，一旦在施工切割边坡前缘抗滑段岩体，边坡体就会发生错落性平推滑动。

该类型滑坡采取治理措施主要是卸荷和抗滑桩板墙进行整治。

崩塌破坏：对于崩塌的治理首先考虑清除危岩，降低边坡的下滑力；其次可采用拦石墙等进行拦截，对于危害大的可修明峒或峒棚，对于危岩节理裂隙发育风化严重的地区，还可采用注浆方法处理措施。

2.2倾斜红层边坡破坏模式及治理措施
顺层红层边坡：从目前的调查来看，顺层边坡是最易发生滑坡等地质灾害的边坡。

由硬岩或坚硬岩组成的边坡，主要发生崩塌或滑劈破坏；对于软硬岩石互层或软岩组成的边坡，主要发生沿软弱结构面的滑坡。

反倾红层边坡：该类边坡一般较为稳定。

该类边坡易发生倾倒塌滑破坏，破坏一般发育在陡立外倾层状体中，由于施工或天然形成的中-极陡坡形。

斜交红层边坡：斜交结构边坡最为复杂，根据与边坡走向交角的不同，有顺层斜交、反倾斜交、近于正交等多种形式。

该类边坡破坏主要为各类结构面切割块体而使边坡失稳定破坏，但很少发生边坡的整体破坏情况。

对上述边坡失稳地质灾害的治理加固主要还是采取主动防护的支护支挡措施。

如浆砌片石护坡、喷锚防护、挡土墙、抗滑桩或预应力锚索加（钢筋混凝土）护面墙等。

同时加强在治理过程防水、排水措施。

2.3不同风化红层地层边坡破坏模式及治理方法
全风化带—强风化带及残积土-全风化带：该带主要为半岩半土或相当于一般的粘性土，其岩土体特征与土体相似，该类边坡破坏变形主要发生在坡脚，在降雨等外力作用下，导致坡脚岩土体压溃，从而使边坡沿滑裂面发生圆弧滑动破坏。

对该边坡支护加固时，可参考土质边坡治理方法，采用分级放坡，高度控制在10m以内，坡率控制在1∶1.25-1∶1.75，由于岩石风化与土体力学性质相当，且厚度变化大，尽量避免采用锚索，可在坡脚设挡土墙或台阶处设加固桩，坡面进行防护。

强风化-中风化带或中风化带-微风化带：该类岩石承载力较高，强风化-中风化岩体内层理和裂隙较发育，边坡施祼
工后，岩石露，在地下水交替循环作用下，易发生沿软弱结构面顺层滑动，导致边坡破坏。

有时也会形成书页状的崩塌剥离。

在这类边坡的加固中，也宜采用分级放坡，每级高度应控制在10-15m，坡率控制在1∶1.00-1∶1.25，坡面多采用预应力锚索，锚索节点采用网格梁支护。

3红层地区实际工程边坡灾害治理
通过上述一系列研究，我们对红层地区的工程特性、灾害机理、针对性的防治技术等有了一定深入了解，然后针对多个院内的边坡灾害治理项目进行实例研究与运用。

工程实践：《XX高速公路边坡工程》。

拟建场地岩性为砂岩夹泥质粉砂岩、页岩，上部有5-6m的黏性土。

边坡最大高度大于40m；原边坡护坡措施：分四级放坡，自下往上每级高度分别为10m左右，其中一、二级放坡1∶1.75，第三级放坡坡比1∶2.75，第四级放坡坡度1∶1.2，一、二、三级之间设宽3m的台阶，每级坡面均设格构网骨架植草护坡；三、四级之间设一排1.8m×2.5m 抗滑桩，桩长一般20m左右；坡脚为钢筋砼矮挡墙；坡顶以上自然斜坡，植被很发育，以乔木为主。

一场暴雨，边坡失稳，底部挡土墙冲跨，上部抗滑桩倾斜破坏。

通过对现场重新勘查，边坡为岩土结合边坡，上段砂岩、页岩、泥质粉砂岩互层，下部为硬质砂岩，虽然岩层产状近水平，但边坡场地有区域断层通过（原有地质资料未发现），断层产状与主滑方向一致，由于断层的影响岩体节理裂隙极发育，边坡岩石破碎。

边坡体岩层遇水易软化，久露易崩解特征。

根据重新勘查的资料对边坡重新加固，仍采用四级放坡，只是在一、二级处加一排抗滑桩，原有抗滑桩位于滑动面之上没有起到加固作用。

本项目岩体产状近水平有利于边坡稳定，但没有全面考虑影响边坡稳定的所有因素，因此，原有支护措施失效。

重新加固后，增加的抗滑桩起到了抗滑加固作用，该边坡最终方案安全经济。

4结论
①红层边坡治理，首先要找到病害原因，充分了解影响边坡变形破坏的内因与外因，然后对边坡破坏变形作出合理分析评价，采取经济有效的防治措施，并应进行多方案比选。

②红层地层具有易崩解和软化特性，遇水易软化，其抗剪强度降低。

对红层边坡的滑动潜势要有充分认识。

③红层的边坡破坏变形是较缓慢的。

当边坡上有重要建筑时，在变形的发生阶段，应尽早采取加固整治措施，减少滑坡造成的生命、财产损失。

参考文献:
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