1. 引言
随着我国工程建设的不断推进，边坡滑坡灾害已成为影响项目安全与建设进度的重要因素，特别是在山区和高原地带，软硬互层岩质高边坡的稳定性问题日益凸显。软硬互层岩质边坡由于其特殊的层理结构和强度差异，往往比单一岩性边坡更容易发生滑坡，特别是在降水、地震和人为干扰等外部因素的影响下。切层滑坡作为一种典型的滑坡类型，通常发生在软层与硬层之间的交界处，其灾变演化过程复杂，且具有强烈的局部性和突发性[1]。因此，深入研究软硬互层岩质高边坡切层滑坡的灾变演化机制，不仅能够提升滑坡灾害的预测精度，还能为相应的防治措施提供理论支持。
2. 软硬互层岩质高边坡的地址特征与控制作用
软硬互层岩质高边坡切层滑坡的发生，从根本上来说是受制于当地边坡固有的地质结构，其地质特征主要体现在岩性组合的“二元性”与结构面的“多尺度性”两个方面。
2.1. 岩性组合的“二元性”
这是软硬岩相互作用体系中最核心的特征。软岩(如泥岩、页岩)通常具有强度低、易风化、遇水易软化或泥化、变形模量小等特点，力学行为主要表现为塑性变形；而硬岩(如砂岩、石灰岩)则强度高、抗风化能力强、变形模量大，力学行为主要表现为脆性。两者在力学性质上的显著差异，导致在外部荷载(如重力、工程扰动等)作用下，岩体内部的应力与应变分布极不均衡，极易在软硬岩接触带或软岩内部形成应力集中及变形不协调，从而影响岩体的整体稳定性与变形响应机制。
2.2. 结构面的“多尺度性”
边坡岩体的稳定性在很大程度上受其内部结构面的控制，这些结构面构成了潜在的破坏边界。主要包括以下三类。
2.2.1. 原生软弱夹层
多形成于软硬岩岩性交替的界面处，受沉积环境变迁或后期构造挤压作用影响，其厚度可从数毫米至数十厘米不等。该夹层物质组成以泥质、炭质为主，强度极低(内摩擦角常低于10˚，黏聚力近乎为零)，是岩体中最薄弱的环节[2]。作为控制边坡滑移的关键性结构面，其分布与特性直接决定了潜在滑裂面的位置与形态。
2.2.2. 构造裂隙
由区域构造运动在硬岩层中形成的密集节理与裂隙，将原本完整的岩体切割成碎裂状或块状结构，严重破坏了硬岩的整体性和承载力。这些裂隙不仅是岩体变形的主要补偿空间，更构成了地下水下渗的优势通道，显著加剧了岩体的软化和渗透变形风险。
2.2.3. 风化卸荷裂隙
在自然边坡卸荷或人工开挖后，应力重分布于坡体浅表引发张拉破坏，从而形成此类裂隙，在性脆的硬岩中尤为发育。它们往往与深部的原生软弱夹层或构造裂隙相互串联，共同构成贯通性良好的破裂网络，极大提高了岩体的渗透性与变形能力，是控制边坡浅层解体与深层复合破坏的重要诱因。
这些结构面相互交织、组合，共同控制了边坡的变形破坏机制与整体稳定性。
3. 软硬互层岩质高边坡发生切层滑坡的力学机制
3.1. 应力分异与软岩塑性流动
边坡的形成(无论是自然演化还是人工开挖)打破了岩体原有的应力平衡，导致应力重分布，尤其在坡脚形成剪应力集中区。下伏的软岩(如泥岩、页岩)在该持续高剪应力作用下，发生显著的塑性流动或蠕变。这一过程如同“釜底抽薪”，不断削弱其对上覆硬岩的支撑，同时软岩自身强度因流变而衰减，并在软硬岩接触面产生持续的剪切应力，驱动软弱夹层发生剪切蠕变，为潜在滑移面的形成奠定了基础。
3.2. 硬岩的“悬臂梁”效应与“锁固段”的宏观作用
随着下伏软岩的流变与支撑力丧失，上覆硬岩层在坡体后缘未完全切断的情况下，前部临空，呈现出“悬臂梁”的力学行为。该“悬臂梁”在自重与上覆岩体压力作用下发生弯曲、下沉，导致其根部(与后部稳定岩体连接处)产生拉应力集中，促使后缘张裂隙从坡面向深部逐渐扩展[3]。
与此同时，在潜在滑面的中前部，常存在一个由完整硬岩构成的“锁固段”。该段岩体因强度高，在滑坡演化的早期阶段承担了绝大部分抗滑力[4]，是维持坡体暂时稳定的核心构件。因此，滑坡的最终启动，在力学上本质上是此“锁固段”在累进性损伤后发生突发性脆性断裂的结果[5]。
3.3. 水–岩相互作用
水是触发切层滑坡最关键的外部诱发因素，其通过多种物理化学机制耦合作用，显著改变边坡的力学平衡。其作用过程主要表现为：地下水渗入坡体，首先对控制性软弱夹层产生软化与泥化作用，使其抗剪强度参数(尤其是黏聚力c值)急剧衰减，直接导致潜在滑面的抗滑能力大幅降低[6]。与此同时，大气降雨入渗使后缘张性裂隙充水，产生指向临空面的静水压力，从而构成额外的下滑推力。在渗流过程中，地下水还对岩体颗粒施加动水压力，不仅加剧了应力状态的恶化，还促进了细小颗粒的迁移与潜蚀。更为关键的是，抬升的地下水位将对滑体产生显著的浮托力，有效降低了滑面上的法向应力，进而显著削弱了由摩擦阻力构成的核心抗滑力[7]。上述多种水–岩相互作用机制相互促进、协同叠加，共同驱动边坡稳定性持续恶化，并最终诱发失稳破坏。
综合来看，切层滑坡的启动是坡体内部结构弱化与关键承载单元破坏这两个过程相互耦合、最终达到临界点的结果，其必须满足以下两个关键条件：
其一，是软弱结构的“弱化贯通”。在应力重分布与地下水环境的长期作用下，下伏软岩发生持续的塑性流动，同时软弱夹层经历剪切蠕变与物理化学软化，其强度参数(如黏聚力c、内摩擦角φ)随之显著衰减。这一系列渐进性破坏过程，最终在坡体深部塑造出一个抗剪强度极低、在空间上近乎连续的潜在滑移软弱带，为滑坡提供了主要的运移通道。
其二，是锁固段的“累进性破坏”。作为坡体最主要的抗滑构件，锁固段在滑坡演化前期承担了绝大部分的剪切应力。在持续增加的荷载作用下，其内部微裂纹经历了一个从萌生、稳定扩展到非稳定贯通直至宏观断裂的累进性破坏过程。一旦损伤积累达到临界阈值，锁固段便会发生突发性的脆性断裂，导致其提供的抗滑力瞬间崩溃，从而直接触发滑坡的整体性失稳。
这两个条件在时序上相互促进，在力学上紧密耦合：软弱带的形成为应力向锁固段转移创造了条件[8]，而锁固段的累进性损伤则最终决定了滑坡发生的确切时机。
4. 工程案例分析
4.1. 工程概况
该边坡位于济南绕城高速K35 + 500~K36 + 080南侧，坡脚位置由于高速公路施工开挖，形成一高陡临空面，最大高差85 m，坡脚出露开挖面长度约580 m，下部开挖面平均坡度42˚，上部原始坡度22˚，开挖位置主要为原山体山脊及其两侧位置。且该段边坡为半裸楼的岩质边坡，上部为原始斜坡，岩性石灰岩；下部为公路修建开挖出的临空面，如图1所示。
Figure 1. Overview of the Slope
图1. 边坡全貌图
坡脚位置见上段页岩夹薄层状灰岩出露，页岩为软岩，岩层扰动较为明显，局部发育有小范围的褶曲，产状差异较大，如图2所示。坡腰及坡顶主要为中层灰岩夹薄层灰岩，如图3所示。
Figure 2. Minor folds in shale at the toe of the slope
图2. 坡脚页岩小型褶曲
Figure 3. Limestone rock mass in the mid-slope region
图3. 坡腰灰岩岩体
4.2. 边坡发生切层滑坡原因分析
通过对该边坡进行地质调查以及监测数据的分析，该岩质高边坡发生切层滑坡的原因如下。
4.2.1. 地质因素的影响
岩层各层抗风化能力差异较大，薄层灰岩风化程度远大于中层，临空面卸荷作用更加明显，造成薄层段岩体破碎，局部发生小范围崩解，形成凹腔。中层青灰色灰岩段抗风化能力较强，岩体相对较为完整。但岩体内部发育陡倾裂隙，且随着荷载的不断增加，裂隙会持续扩展，锁固段达到临界阈值[9]，发生突发性的脆性破坏，造成边坡发生向临空面的小距离滑坡。边坡岩体破碎情况如表1所示。
Table 1. Surrounding rock grading table
表1. 围岩分级表
分段 |
岩性 |
结构面结合程度 |
岩体完整程度 |
中层灰岩 |
灰岩 |
较差 |
较破碎 |
薄层灰岩 |
灰岩 |
较差 |
较破碎 |
页岩 |
页岩 |
较差 |
破碎 |
4.2.2. 施工因素的影响
该边坡的失稳事件，其直接诱因为坡脚部位的道路开挖工程。开挖作业形成了显著的临空面，引发了强烈的卸荷作用，同时施工中的机械振动进一步加剧了边坡岩体的结构破碎。从岩体结构来看，该边坡呈现出典型的“上硬下软”特征：坡脚出露的页岩力学强度低，属相对软弱岩层；而上部坡体则由强度较高岩构成。开挖后，底部软岩在卸荷与振动联合作用下破碎程度急剧增高，其承载力显著弱化，无法有效支撑上覆硬岩荷载，遂产生塑性变形。这一变形过程持续发展，最终导致上部岩体沿软弱基底发生整体性下沉错动，形成一次典型的错落式滑坡。鉴于滑坡滑动面切穿了不同岩性地层，该滑坡在类型上可进一步判定为切层滑坡。
4.2.3. 地下水位的影响
研究区域地下水主要为土层内的上层滞水和基岩裂隙水，其中对边坡稳定起主要影响的是基岩裂隙水，从地质调查情况来看，岩体内部裂隙较为发育，这些裂隙不仅构成了地下水运移的优势通道，也为地表水入渗提供了潜在路径。此外，坡体中灰岩与页岩呈互层或穿插状产出，两种岩性接触界面因抗风化能力差异，常在地下水长期溶蚀及风化作用下形成软化带，进而演化为控制边坡稳定性的不利软弱结构面。研究区域地下水主要接受大气降水补给，降水一部分沿坡面径流汇集，另一部分则沿上述裂隙及软弱界面下渗，在岩体浅部形成季节性动态变化的裂隙水。尽管地下水位埋藏较深，但其动态受大气降水影响显著，这种波动的水压力会软化裂隙面上的岩土体、降低其抗剪强度，并对潜在滑动面产生动水压力，从而导致切层滑坡的发生。
5. 软硬互层岩质高边坡切层滑坡的防治措施
针对该边坡的失稳机制与地质条件，在开挖临空面位置实施系统性的综合治理工程。该治理体系遵循“固脚强腰、排水为先”的原则，构成了一个由坡面加固、深层锚固与有效排水相结合的立体防护系统，具体措施如下。
5.1. 坡面整形与阶地卸荷
首先对坡面进行了削坡整形，清除了表层松动的危岩体，使坡面达到平滑顺直。削坡坡率设计为1:0.35至1:1.3，并在垂直方向上每降低约10米设置一道马道，共计五道。此举有效降低了边坡的整体坡角与重心，并通过设置平台实现了荷载的分级传递，起到了关键的卸荷与阻滑作用。
5.2. 深层锚固与坡面封闭
为增强岩体的整体性与稳定性，坡面实施了密集的岩石锚喷工程。深层加固采用最多17排的预应力锚索，以2.5 m × 2.5 m至5.0 m × 5.0 m的间距网格状布置，锚索长度18.0 m至45.0 m，旨在穿透潜在滑动面，将不稳定岩体锚固至深部稳定岩层。同时，坡面布设了间距2.5 m × 2.5 m的粘结锚杆，长度为9.0 m至14.0 m，以加固浅层岩体。最后，在整个坡面上喷射12 cm厚的C25混凝土，形成一层封闭的保护层，有效防止了风化剥落与地表水入渗。
5.3. 坡脚抗滑与支挡结构
在稳定性最为关键的第1级平台以下坡脚部位，采用了锚拉抗滑桩这一强效的支挡结构。抗滑桩截面尺寸为2.0 m × 1.5 m，桩间距4.0 m，桩长16.0 m。为增强其抗倾覆与抗滑移能力，在距桩顶1.0 m处设置了长度为25.0 m的预应力锚索，形成“锚拉”结构。桩间则采用10 cm厚的毛石混凝土护面墙进行封闭，共同构成一道坚固的底部挡土屏障。
5.4. 截排水系统
考虑到地下水的不利影响，专项设置了排水工程。在边坡后缘布置了截排水沟，用以拦截和引排坡体以外的地表径流，减少水体入渗。同时，在坡体内部布设了泄水孔，为已下渗的地下水提供预设的排泄通道，有效降低坡体内的孔隙水压力。
综上所述，该治理工程通过“削坡卸荷–锚喷护面–抗滑桩支挡–综合排水”的多重手段，构成了一个针对性强、协同作用显著的防护体系，旨在从根源上改善边坡的长期稳定性。
6. 结论
软硬互层岩质高边坡切层滑坡的灾变演化受控于地质结构，触发于水岩相互作用，其过程呈现清晰的阶段性特征。研究揭示：地质上，软硬岩“二元”结构及多尺度结构面控制了滑坡发育模式；力学上，“软岩塑性流动–硬岩悬臂梁弯曲–锁固段累进性破坏”构成核心机制，地下水起关键催化作用[10]；基于此，未来灾害防控应将物理机理与数据驱动的智能监测预测的方法相结合[11]，通过数值模拟定量揭示灾变全过程与锁固段破裂机理，并利用机器学习从多源监测数据中挖掘了滑坡演化的非线性前兆特征与临界判据[12]。从而建立起从精细勘察、工程加固到智能监测预测的全过程体系。
基金项目
重庆科技大学硕士研究生创新计划项目(项目批准编号：YKJCX2420616)。