西南紅層軟巖地區(qū)鐵路滑坡形成機理分析及治理措施

張玉芳

（中國鐵道科學研究院集團有限公司鐵道建筑研究所，北京 100081）

據(jù)統(tǒng)計，20世紀70年代全世界有40萬人死于自然災害，80年代已達98萬人［1］。全世界每年因自然災害造成的經濟損失達40多億美元，我國每年達1 000億元以上。我國山區(qū)和丘陵地區(qū)占國土面積的70%以上。山區(qū)地形地質條件復雜，特別是紅層軟巖地區(qū)。由于紅層軟巖具有工程性質較差、節(jié)理結構面發(fā)育、紅層邊坡風化劇烈等特點，紅層軟巖地區(qū)是滑坡等各類地質災害的多發(fā)區(qū)［2］。

隨著我國高速鐵路發(fā)展勢頭的加快，山區(qū)出現(xiàn)的邊坡問題也成為目前高速鐵路發(fā)展的絆腳石。山區(qū)邊坡問題對工程的影響非常大，邊坡問題治理費用日益增加，耽誤工程工期，損失巨大。正確認識和處理邊坡病害，成為當下我國鐵路建設的熱點問題。我國在高邊坡滑坡的形成機理、穩(wěn)定性分析、安全評估、防治措施、監(jiān)測預警等方面取得了不少成果［3］。但并不是每處邊坡病害都可以利用這些成果，邊坡病害具有特殊性，不同類型的邊坡治理有不同要求和方法，每個邊坡病害工點均有自身地質問題和誘發(fā)因素，這就要求技術人員要深入分析邊坡發(fā)生機理，采取合理的防止措施［4］。本文結合西南地區(qū)一鐵路紅層滑坡治理工程，利用該地區(qū)紅層滑坡的現(xiàn)場調查結果分析其形成機理，并論述紅層滑坡與一般滑坡的不同點。根據(jù)分析結果提出治理措施，并對治理措施進行評價。

1 紅層特性

根據(jù)程強等［5］對紅層軟巖特性的研究，可以把紅層軟巖特性總結為：巖性主要為泥巖、頁巖、粉砂質泥巖；具有透水性弱、親水性強、遇水易軟化（或膨脹）、失水易崩解（或收縮）的特點。軟硬相間的砂泥巖互層結構巖性為砂巖、粉砂巖、泥質粉砂巖、粉砂質泥巖、泥巖等，是紅層中最為普遍、最為典型的巖性組合形式。其中砂巖類構造節(jié)理發(fā)育，常成為地表水和地下水滲透的通道，而軟巖為相對不透水層且具有浸水軟化的特征，對邊坡穩(wěn)定極為不利［5-6］。

2 工程地質條件

2.1 地形地貌

該滑坡區(qū)為老滑坡堆積體，呈圈椅形，自然坡度10°～25°，局部較陡，地面有多級寬窄不一的平臺。整個坡體縱向呈折線形，局部坡度比滑坡體本身坡度大，形成多級陡坎，有2條規(guī)模較大的南北向“V”字形沖溝通過滑坡左右兩側邊緣，沖蝕切割深度3～10 m。滑坡相對高差77 m，坡度一般為10°～25°，屬緩坡、中坡，局部坡度較大，為陡坡（見圖1）。

2.2 地層巖性

根據(jù)鉆孔揭露情況和現(xiàn)場地質調繪，該滑坡上部地層巖性為第四系滑坡堆積層、崩積土等組成的覆蓋層，下部地層為泥巖、粉砂巖。下部地層巖性特點是鐵路Ⅱ號滑坡

圖1 滑坡區(qū)地形地貌

Ⅰ號滑坡均一性差，雜質含量一般為0～35%。其中泥巖遇水易軟化，失水風干易崩解，為軟巖類；（泥質、灰質）粉砂巖、細砂巖呈塊狀，為較軟巖類及較硬巖類。巖層主要為：

2）碎塊石。黃褐、褐黃，稍密～密實。碎塊石粒徑一般5～300 cm，局部大于5 m。母巖一般為強～中風化長石細（粉）砂巖、中風化長石石英細（粉）砂巖，層頂埋深平均6.80 m；揭露厚度平均7.82 m。

3）粉砂質泥巖。褐色、灰色，少量淺灰，泥質、粉砂質、灰質等雜質含量變化大，均一性差，雜質含量一般為0～35%。巖石風化程度：①中風化粉砂質泥巖。其中碎屑成分以黏土礦物為主，粉砂含量約15%。巖石失水風干易崩解，層理面與軸心夾角30°～35°。揭露厚度平均28.13 m。②強風化粉砂質泥巖。泥質結構，碎屑成分以黏土礦物為主，粉砂含量15%～20%。巖石節(jié)理裂隙發(fā)育，經機械振動易沿節(jié)理或層理面剝裂，失水風干易崩解。巖芯基本呈碎石、碎塊狀。揭露厚度平均4.78 m。③全風化粉砂質泥巖。巖質多為可塑狀，局部硬塑狀。原巖結構完全破壞或基本破壞，有一定殘余強度。層頂埋深平均15.81 m；揭露厚度平均1.72 m。

2.3 地質構造

根據(jù)現(xiàn)場調繪，該邊坡經受多次復雜的構造變動，并造就了不同的構造體系，其中弧形構造為區(qū)內的主導構造。弧形構造區(qū)內有大規(guī)模的褶皺。北翼較陡，巖層傾向S或SE，傾角40°～70°，南翼相對較緩，傾向N或NE，傾角15°～40°。位于弧形構造的東北段，斷層延伸超過30 km，平面上呈舒緩波狀。斷裂在地貌上表現(xiàn)為向南微傾的斷裂陡崖，陡崖之下堆積有大量的斷裂角礫巖。上盤出露法郎組上段砂巖、頁巖；下盤為法郎組下段及個舊組地層，表現(xiàn)出上盤下降的張扭性特征。這種現(xiàn)象可能是該斷裂多次活動造成的（見圖2）。

圖2 滑坡區(qū)區(qū)域地質構造圖

2.4 氣象水文

區(qū)內條帶嶺谷型水文地質特征較為顯著。地表水勘察區(qū)及周邊地表水體主要為滑坡坡腳的喜舊溪河，其為黃泥河支流，屬于南盤江水系。喜舊溪河集水面積5 220 km2，最大流量1 490 m3/s，最小流量8.2 m3/s，平均113.9 m3/s，有較為強烈的下切和溯源侵蝕作用。地下水主要是松散巖類孔隙水，包括上第三系以后之半成巖，第四系更新世、全新世洪積、沖積及坡殘積層中所含地下水。在喜舊溪河段以沖洪積物為主，基巖地下水可直接補給松散層，并常與河水緊密相連。其動態(tài)特征與季節(jié)關系密切。其他大部分地段，因分布范圍狹小，無實際供水意義。局部地段含有較豐富的孔隙潛水，流量為1.96 L/s，富水程度中等。在斜坡體上以坡殘積物為主，植被茂密地段，偶見小泉出露。整體富水情況受地形或季節(jié)影響較大，為弱透水含水巖組。基巖裂隙水以淺部風化帶為主要儲水空間，與植被關系密切，在植被繁茂的背向溝谷坡腳部位可見脈狀水流浸出，屬于風化型基巖裂隙水。地下水對滑坡穩(wěn)定性影響較大［7］。

3 滑坡特征分析

3.1 滑坡形態(tài)特征

該滑坡病害位于該鐵路K535+620—K535+750段內，滑坡前緣為G324國道左側路塹坡腳，標高約1 240 m，后緣標高約1 295 m，滑坡前、后緣相對高差約55 m，坡體表面多呈臺階狀，并發(fā)育多級寬窄不一的平臺。斜坡自然坡度10°～35°，平均約20°，上部平緩，下部較陡，坡腳因G324國道左側路塹開挖形成垂直高度15 m、坡率1∶1.25的臨空面。滑坡體橫向寬約200 m，縱向主軸長約160 m，平面面積3.31萬m2，滑坡主滑方向10°，滑面深度6～15 m，滑坡平均厚度約11 m，滑坡體體積約36.41萬m3，為中型牽引式滑坡（見圖3）。

圖3 滑坡體平面示意

3.2 滑面特征

根據(jù)勘探及監(jiān)測數(shù)據(jù)揭示，滑移面位于第四系滑坡堆積層內，滑移面呈折線形。該滑坡滑面中上部陡，下部較緩，牽引段滑面與水平面夾角約64°，主滑段滑面與水平面夾角11°～17°，抗滑段與水平面夾角約6°，滑面深度6～15 m。

3.3 滑床特征

滑床為第四系滑坡堆積層、崩積土等，成分主要為含碎石角礫砂質黏土、含砂質黏土塊石。軟硬互層結構發(fā)育，層間有容易發(fā)生錯動的軟弱錯動帶，構造節(jié)理發(fā)育，有斷層、風化裂隙、風化作用下產生的破碎結構面和危巖等。地下水系對軟弱層強度影響較大，因下部臨空導致逐級牽引形成滑動［8］。

4 滑坡發(fā)生特征

該滑坡累積位移量為20.13～40.33 mm。滑坡前緣位于G324國道靠山側路塹邊坡，坡腳路塹混凝土擋土墻伸縮縫外錯，錯距達10～20 cm，擋墻大里程端墻背與土體分離距離達25 cm，墻體向河側傾斜嚴重。滑坡體地表林地、耕地裂縫數(shù)量多、延伸長、裂縫寬、深度大，折線形、直線形、弧線形均有分布。滑坡體中部ZK2-9附近平行發(fā)育3條地裂縫，間距分別為1.1，2.1 m，最大一條延伸方向345°，延伸長度大于3.5 m，裂縫寬10～140 cm，深度0.70～1.50 m。在ZK3-8附近耕地里可見弧形地裂縫展布，其延伸長度大于5 m，裂縫寬10～20 cm，且部分地段裂口有錯落臺階，階高10～40 cm，可見深度0.5～1.0 m。拉裂方向20°～70°。該滑坡體上裂縫數(shù)量多，規(guī)模大，標高1 245～1 284 m，為多級滑坡，公路左側路塹擋墻等支擋結構物及林地、耕地均遭受不同程度的破壞［9］。

甲狀腺癌是常見的內分泌腫瘤之一，通常情況下，甲狀腺組織中的惡性結節(jié)硬度比正常組織的硬度及良性組織的硬度要大[1]，在對甲狀腺癌患者進行診斷時通過超聲彈性成像技術，對組織硬度的具體情況進行分析，對傳統(tǒng)超聲檢查中的不足進行彌補改善，應用價值較高，基于此，對甲狀腺癌的超聲診斷的具體價值進行分析，現(xiàn)就分析結果作如下報道。

5 滑坡形成機理分析

通過對紅層滑坡的特點，對該滑坡的地層巖性、水文地質條件、地形地貌、人為因素影響及深孔位移進行分析，總結得出滑坡滑動原因如下：

1）從地層巖性上看，滑坡體上覆蓋大量老滑坡堆積體，這些堆積物呈松散狀，有利于地表水下滲，匯集的地下水會對上覆巖土體產生浮托力，增加土體重量，降低土體物理力學性質，并大致沿坡體方向徑流排泄，客觀上促成了滑帶的進一步形成。邊坡中的泥巖、粉砂質泥巖風化程度高，容易形成破碎結構面，加速邊坡的破壞。

2）從水文地質條件看，該區(qū)氣候濕潤，降雨量大，充沛的降雨所產生的斜坡坡面流通過覆蓋層孔隙和基巖節(jié)理裂隙向下滲透。風化泥巖、粉砂質泥巖遇水易軟化，失水易崩解，滲透水還提高了覆蓋層的飽和度，使巖土體結構進一步松弛并增加了巖土體的自重，另外地下水位的上升促成了巖土體孔隙水壓力的提高，從而加劇了滑坡體的向下滑動。

3）從地形地貌上看，滑坡體坡體表面多呈臺階狀，并發(fā)育多級寬窄不一的平臺，斜坡自然坡度10°～35°，平均約20°，呈明顯老滑坡地貌。

4）從人為因素看，于2015年開通的G324國道在滑坡體下段開挖坡腳、形成垂直高度15 m的路塹邊坡導致老滑坡體下部臨空，后部坡體失去支撐，破壞了原坡體的應力平衡狀態(tài)。在自重應力和地表水下滲軟化作用下第四系覆蓋層碎石土層產生應力松馳，誘發(fā)滑坡。

綜上所述，該邊坡坡體巖性復雜，風化程度高，土體物理力學特性差。坡體中軟硬相間的砂泥巖互層結構明顯，軟弱夾層遇水易發(fā)育成滑帶。節(jié)理裂隙發(fā)育，結構面開裂，邊坡風化程度高，水流易滲透弱化邊坡巖層力學性能。其中紅層軟巖的巖性組合多是不同巖性的互層；紅層巖體的改造比一般巖體的改造容易［2］；水對紅層巖層的影響比一般巖層大，是紅層滑坡與一般滑坡的主要不同點。

6 治理措施

6.1 錨固抗滑治理措施

1）K535+631.0—K535+685.8段采用錨索框架梁進行支護。靠山側已建擋墻采用7φs15.2 mm、長39 m的預應力錨索地梁進行加固，錨索布置1排，列距3.0 m。地梁截面尺寸為40 cm×50 cm；第二級土質裸坡采用7φs15.2 mm、長39 m的預應力錨索框架梁進行加固，截面尺寸為40 cm×50 cm，入土深度30 cm，排距2 m（垂向），列距3.0 m（見圖4）。

圖4 K535+631.0—K535+685.8段滑坡治理工程示意

2）K535+627—K535+660右側段采用D型錨索抗滑樁進行支護。在該段軌道右側7 m處設置1排抗滑樁（D1～D6），樁頂面與地面平齊，樁長42 m，樁中心距6 m，樁身截面尺寸3.0 m×4.0 m。在距抗滑樁樁頂2 m處設置第1排7φs15.2mm、長45 m的預應力錨索；在距抗滑樁樁頂4.5 m處設置第2排7φs15.2mm、長42 m的預應力錨索。錨索共布置2列，排距2.5 m，列距1.0 m，見圖5。

圖5 K535+627—K535+660右側段滑坡治理工程示意

3）K535+660—K535+750右側段采用E型錨索抗滑樁進行支護。在該段軌道右側6～8 m處設置1排抗滑樁（E1～E15），樁頂面與地面平齊，樁長45 m，樁中心距6 m，樁身截面尺寸3.0 m×4.0 m。在距抗滑樁樁頂2 m處設置第1排7φs15.2 mm、長53 m的預應力錨索；在距抗滑樁樁頂4.5 m處設置第2排7φs15.2 mm、長50 m的預應力錨索。錨索共布置2列，排距2.5 m，列距1.0 m，見圖6。

圖6 K535+660—K535+750右側段滑坡治理工程示意

6.2 疏排水治理工程

1）K535+627—K535+750段右側抗滑樁附近設環(huán)形密井暗管。做法是在抗滑樁相應位置的護壁超挖0.2 m，上下端開挖坡率1∶1，與上下護壁銜接，形成高2.0 m、凈空0.2 m環(huán)抗滑樁樁身密井。在抗滑樁護壁布設仰斜泄水孔，收集抗滑樁周圍地下水，靠山側泄水孔單孔長2.0 m，相鄰抗滑樁之間泄水孔單孔長1.0 m，孔徑110 mm。

2）對密井暗管超挖部分進行小孔超前注漿。做法是在抗滑樁開挖至密井上方0.5 m處，采用孔徑49 mm的鉆孔向下呈45°角鉆進，長2.0 m，鉆孔之間水平間距0.5 m。在鉆孔內插入φ49 mm PVC注漿管，注漿水泥用量按1 t/孔計。

3）相鄰兩根抗滑樁密井設暗管聯(lián)通。暗管采用直徑140.0 mm鍍鋅鋼管連接，鍍鋅鋼管單根長2.8 m，兩段各搭接0.5 m，共18根。暗管的縱向坡率0.5%，共2排9列。

4）泄水洞采用預制鋼筋混凝土圓管頂管作業(yè)，泄水洞縱向坡率5%，長48 m。混凝土圓管型號為φ220×22 cm F頂管，圓管內徑2.2 m，壁厚0.22 m。上游端頭聯(lián)通D1抗滑樁密井暗管。

5）泄水洞下游出口處采用頂進法施工工作井。工作井尺寸為10.0 m（長）×4.5 m（高）×6.0 m（寬），施工完成后還可作為泄水洞出口處沉淀池。

6.3 治理措施評價

利用此措施進行治理，通過局部加固和疏排水，恢復了邊坡的整體穩(wěn)定。此類滑坡在進行錨索治理時錨固力容易損失［10］。治理后后級滑坡穩(wěn)定，滑坡附近未出現(xiàn)新的變形。

7 結論

1）該滑坡屬于紅層滑坡，坡體中軟硬相間的砂泥巖互層結構明顯，軟弱夾層遇水易發(fā)育成滑帶。在治理設計中應該從地層巖性、氣象水文、變形特征等多方面進行深入探討，深入了解此類滑坡的形成機理，采取合理的治理措施。

2）地層巖性、地質水文、人為因素是觸發(fā)該滑坡的直接因素。其中紅層軟巖遇水易軟化、失水易崩解的特點是導致滑坡的主要原因。

3）針對該滑坡特點，按照對癥下藥、綜合治理、力求根治、不留后患的滑坡治理原則，從抗滑和疏排水2方面出發(fā)，采用錨索框架梁+錨索抗滑樁+預應力錨索+密井暗管+泄水洞等多種防護措施對滑坡進行分級綜合支擋。措施實施后效果良好，可為類似滑坡的設計提供思路。