滬昆客運專線路塹緩傾順層滑坡分析

蔡家鵬 喻洪平 賀玉龍 張建文

(1.中鐵二院工程集團有限責任公司， 成都 610031；2.西南交通大學， 成都 610031)

在工程建設過程中經常遇到順層邊坡，當開挖導致順層巖體臨空時，發生順層滑坡的現象較為普遍。目前，專家學者針對順層滑坡問題進行了大量研究，吳坤[1]對砂泥巖地層長大順層滑坡的破壞機理進行了研究；馮文凱[2]等對砂泥巖地層緩傾角順層高邊坡破壞機制進行了物理模擬研究；溫樹林[3]對粉砂巖地層順層滑坡形成機理及治理措施進行了研究；劉軼、譚冷[4]對灰巖地層淺層順層滑坡的形成機制和變形破壞特征進行了研究；劉洋[5]對泥巖泥灰巖地層順層滑坡成因及整治進行了研究；李安洪[6]等針對渝懷鐵路中順層巖質邊坡穩定性及支擋防護設計進行了專項研究。這些研究多針對巖層傾角較陡或者緩傾非碳酸巖地層，對緩傾碳酸巖地層的研究較少。碳酸巖地層在西南地區分布較廣，由于碳酸巖多為硬質巖，巖層傾角較緩時，勘察設計及施工過程中易忽視其順層危害，在工程建設過程中緩傾順層滑坡時有發生。本文結合滬昆客運專線1處典型的碳酸巖地層緩傾角順層滑坡工程整治工程，深入分析了滑坡機理及其穩定性，提出了相應的工程整治措施，可為后續類似工點的預防、治理提供指導和參考。

1 工程概況

D1K 970+460～D1K 970+675段為挖方路基，中心最大挖高約25 m，左側邊坡坡腳設樁間擋土墻，邊坡按1∶1.25分兩級刷坡，中間設置1處平臺，邊坡采用錨桿框架梁內噴混植生護坡，如圖1所示。施工階段因小里程端隧道涌水增設泄水洞，于路基右側紅線邊開鑿泄水渠。

圖1 施工圖設計代表性橫斷面圖(m)

2 工程地質條件

2.1 地貌特性

此段路基穿越一單面斜坡，地形左高右低，地面坡度5°～25°，左側為山脊，右側溝槽毗鄰村莊，距村民房屋最近4.1 m；地面高程 1 720～1 805 m，相對高差85 m。

2.2 地層巖性

邊坡上覆坡殘積紅黏土，厚度0～4 m，屬弱膨脹土，線路左側原設計塹頂附近斜向小里程方向發育 1處充填溶槽，長約150 m，寬約8 m，最深約15 m；下伏基巖為三疊系中統關嶺組二段(T2g2)泥質白云巖夾泥灰巖，泥質白云巖薄至中厚層，泥灰巖薄層狀，巖體差異性風化較嚴重，泥灰巖夾層多呈強風化狀，層面及節理裂隙間多溶蝕充填黏土。

2.3 地質構造及地震動參數

線路右側順溝槽發育1處區域性向斜，路基位于向斜南東翼，為單斜地層；DK 970+675處發育1處近垂直線路小斷層，破碎帶寬約1～2 m。該段左側邊坡層理產狀N20°～54°E/11°～12°NE，受構造影響局部扭曲，發育兩組垂直節理，巖體被切割成大塊體狀。地震動峰值加速度0.113 g。

2.4 地下水

地下水主要為土層中孔隙水及巖溶裂隙水。黏性土層中孔隙水貧乏，巖溶裂隙水較發育，主要接受大氣降雨補給，由于地表溶溝、溶槽及巖體節理裂隙、溶隙發育，降雨后部分下滲進入基巖中，通過基巖裂隙、溶隙向右側低處運移，現場調查發現降雨后多呈股狀從路塹邊坡及泄水渠左側邊坡流出。

2.5 緩傾順層

該段左側路塹順層，巖層產狀N20°～54°E/11～12°NW，與線路夾角18°～52°，視傾角6.8°～11.4°。

3 滑坡形態及成因分析

3.1 滑坡形成過程

2014年11月開始進行邊坡開挖，2015年6月中旬開挖至擋墻頂位置，邊坡基本成形。2015年6月18日—6月22日，當地連續強降雨，D1K 970+580～D1K 970+655段左側邊坡發生下滑，后緣錯臺高約 2～7 m，下滑位移約16 m，主軸長約70 m；并牽引造成路塹邊坡頂外10 m內產生多道拉張裂縫，縫寬8～20 cm，深度10～40 cm。由于正值雨季，現場降雨頻繁，處理措施尚未來得及施作，坍滑體進一步向前滑動，后緣進一步向上方擴展，地表開裂，最遠至線路左側66 m[7]。由于該段巖體為整體滑動，滑動巖塊整體性較好，現場測得滑塊巖層傾角為12°。

在2015年7月2日降雨后，D1K 970+460～D1K 970+490段左側邊坡于二級邊坡腳產生滑塌。2015年8月24日—8月28日，當地再次連降大雨，D1K 970+460～D1K 970+580段邊坡沿開挖臨空面再次發生滑動，在中線附近反翹剪出，并推動右側泄水渠間地梁，掩埋右側泄水渠。

3.2 滑坡形態及規模

滑坡分為兩個分區，Ⅰ區位于D1K 970+ 580～D1K 970+675段，Ⅱ區位于D1K 970+460～D1K 970+580段。

Ⅰ區滑坡平面上呈“舌”狀，前寬后窄，后緣呈明顯圈椅狀，滑坡后壁及兩側滑坡邊緣明顯，主軸與線路近垂直，長70 m、寬80 m，滑體厚5～16 m，約3.5萬m3，后緣滑壁較陡，傾角55°～65°，為整體滑動，滑動后形成巨型巖塊，滑動距離約25 m，滑體后緣形成寬達30 m的凹槽。

Ⅱ區滑坡平面上呈“舌”狀，前窄后寬，后緣裂縫順N85°E垂直節理拉開，大致呈直線，滑坡后壁及兩側滑坡邊緣明顯，主軸與線路近垂直，長103 m、寬125 m，滑體厚5～16 m，約12.5萬m3，后緣順N85°E垂直節理形成近垂直后壁，滑體中上部形成多條拉張裂縫、多級錯臺，滑坡滑動后于中線附近隆起，并推動中線與右側泄水渠間地梁，淹埋右側泄水渠。

3.3 滑體、滑床及滑帶特征

滑坡自然邊坡5°～25°，滑體原為三疊系中統關嶺組第二段(T2g2)泥質白云巖夾泥灰巖，后緣發育1處長約150 m的狹長溶槽，溶槽內覆土厚2～15 m。Ⅰ區滑動后，形成以巖塊為主的滑體，整體性好，厚 5～16 m；Ⅱ區滑動后，巖體松散形成塊石土狀，厚 5～16 m。滑坡A-A主軸斷面如圖2所示。

圖2 滑坡A-A＇主軸斷面圖

滑床為泥質白云巖，質較硬。Ⅰ區、Ⅱ區后緣滑動面為溶槽低部，滑床相對較陡，Ⅰ區中部及前緣滑動面順巖層層面，滑床傾角11°；Ⅱ區中部滑動面大致順層面，傾角7°～12°，滑動后前緣受泄水渠地梁阻擋局部反翹。

滑帶土為磚紅色、灰黃色泥灰巖，屬夾層泥灰巖遇水軟化，鉆探揭示其呈土夾角礫狀、軟塑狀，力學性質差。

3.4 滑坡滑動機理及影響因素分析

3.4.1 滑動機理

巖體變形破壞主要有滑移-拉裂、滑移-壓致拉裂、塑流-拉裂、滑移-彎曲、彎曲-拉裂型5種破壞模式[8]。

施工開挖揭示路塹邊坡巖性為泥質白云巖夾泥灰巖，塹坡基巖可見多層薄層狀的軟弱夾層，邊坡巖體呈硬夾軟狀，巖層差異性風化嚴重，泥灰巖夾層部分呈強風化狀，巖層傾角11°～12°，邊坡巖體沿塹坡底部泥灰巖夾層發生滑動，屬典型的巖質緩傾順層滑坡。

地質調查及鉆探表明，本段路基基巖層間普遍夾泥灰巖，屬典型的軟弱夾層，該層為相對隔水層；同時滑坡后緣發育1處長約150 m、寬約8 m、最深約 15 m的充填型狹長溶槽。降雨后滑坡后緣溶槽充水形成靜水壓力，同時由于邊坡巖體裂隙發育，貫穿性好，有利于水的下滲，雨水滲入坡體后易在夾層處富集，并順層面向前緣運移，于路塹開挖坡腳、泄水渠邊坡處流出，形成降雨期間地下水的臨時排泄通道，地下水滲流過程造成泥灰巖軟化，甚至泥化。

根據工程勘查資料以及現場調查情況，確定該滑坡的滑坡機理。由泥質白云層中夾泥灰巖所控制的順層滑坡，在邊坡開挖以后，形成開挖臨空面，降雨后巖土體飽水自重增大，后緣溶槽充水產生靜水壓力，加大了下滑力；雨水滲流中軟化了泥灰巖夾層，抗滑力減小，從而導致受垂直節理切割呈大塊狀的邊坡巖體沿開挖臨空面底部產生順層滑動。該滑坡屬于典型的順層滑移-壓致拉裂型破壞。

3.4.2 影響因素分析

(1)巖溶

地表溶溝、溶槽極為發育，多沿兩組構造裂隙發育而成，尤其在滑坡后緣發育1處長達150 m的狹長溶槽。邊坡開挖揭示，巖體結構面受水的溶蝕作用部分發展成溶隙，其間多充填有黃色軟～硬塑狀粘土。這些巖溶現象均利于地表水下滲、運移，在降雨后邊坡腳有多處股狀水流出，說明巖溶裂隙連續性、貫通性較好。

(2)工程活動

本段路基一、二級邊坡開挖形成有效臨空面，臨空面形成后邊坡加固、防護措施未及時施作，邊坡暴露時間過長，且因附近隧道涌水在坡體前緣增設了泄水渠，泄水渠的開挖一方面在前緣形成了更低一級的臨空面，另一方面降低了地下水排泄標高，致使Ⅱ區滑動面再次下降。

(3)水的作用

降雨是影響斜坡穩定的自然因素中最經常發生的和最直接的因素，雨水滲入對巖土體的不利因素主要可歸納為兩個方面：一方面，水對巖體的物理化學作用將引起巖石體積的膨脹或收縮，從而導致巖體松散破碎，強度降低，尤其水作為層間潤滑介質，造成軟弱夾層強度急劇下降，從而大幅降低邊坡的抗滑能力；另一方面，雨水滲入對巖土體內部孔隙壓力有影響[9]，對邊坡巖體產生浮托力、裂隙靜水壓力和滲透動水壓力等附加荷載作用。

3.5 滑動面參數

根據順層滑坡工程經驗取值，順層層面力學指標應采用綜合內摩擦角[10]。本工點為順層滑坡，由于泥灰巖層薄，受現場條件及工期影響未能現場試驗取得滑動面及層間參數，經過對滑坡主軸斷面按滑動前和滑動后兩種情況下進行穩定性反演分析，結合工程經驗確定滑動帶綜合值φ取10°，巖層層間綜合值φ取12°。

3.6 滑坡穩定性分析

(1)滑坡滑動后，滑體仍處于欠穩定狀態，在雨水浸潤下，滑體飽和重度進一步增大，滑面力學性質降低，滑坡有再次復活可能。

(2)滑坡后壁基巖臨空，后壁基巖與滑體屬同性質巖體，巖層產狀基本一致，仍屬緩傾順層，在雨水浸潤下，軟弱夾層力學性質降低后，滑坡后壁存在進一步順層滑動可能。

(3)滑坡前緣即為路塹及泄水渠邊坡開挖面，路塹已開挖至 1 746 m，設計基底高程約 1 740 m，按施工圖設計還需向下開挖6 m，繼續直接開挖可能引起更大規模的深層順層滑坡，同時左側泄水渠邊坡臨空亦對順層路塹穩定不利。

綜合上述三種不利情況，對該段路塹邊坡進行穩定性檢算。結果顯示，已滑動部分滑體剩余下滑力較小，故對邊坡分上部(滑坡后壁)、下部(路塹坡腳)按順層進行穩定性檢算，不考慮地震影響安全系數取1.3，考慮地震影響安全系數取1.15，順層體后緣計算長度按50 m考慮。代表性斷面計算結果如表1所示，上排樁處最大下滑力為 1 012 kN/m，下排樁處最大下滑力為336 kN/m。

表1 代表性斷面計算結果表

4 主要工程處理措施

以B-B＇整治斷面為例(如圖3所示)，滑坡主要工程處理措施如下。

(1)對滑體進行部分清除。

(2)左側路塹坡腳設錨固樁，樁間距均為6.0 m，樁截面1.75 m×2.5 m，樁長15～18 m，共42根。路塹邊坡第二級平臺處設第二排錨固樁，樁間距均為 6 m，樁截面1.75 m×2.5 m、2.0 m×3.0 m，樁長14～24 m，共41根。樁間內置擋土板，掛板高度4～10 m。其中錨索樁72根，錨索樁上各設2孔錨索，共154孔，錨索長28～35 m。

圖3 滑坡B-B＇整治斷面圖

(3)路塹坡腳設重力式路塹擋土墻，墻高4～8 m。墻頂第一級邊坡按1∶5～1∶2坡率清方，邊坡采用人字型截水骨架護坡結合錨桿框架梁護坡防護；第二排錨固樁頂以上邊坡按1∶2～1∶1.75坡率開挖，邊坡采用錨桿框架梁護坡防護。墻頂及墻頂以上各級邊坡平臺設0.4 m×0.4 m的截水溝排水，沿擋墻、坡面布置深層毛細透排水管。

(4)右側泄水渠邊坡設側向約束樁，樁間距均為6.0 m，樁截面1.5 m×1.75 m，樁長10 m，共37根。

(5)路塹坡頂設0.8 m×0.8 m梯形及1.0 m×1.0 m矩形天溝。

5 結束語

本文通過對滬混客運專線D1K 970+460～D1K 970+675段路塹順層滑坡進行研究，得出以下主要結論：

(1)對碳酸鹽巖地區緩傾順層而言，巖溶溶槽、溶隙發育，邊坡巖體呈軟硬相間或硬夾弱是緩傾順層滑坡發育的物質基礎。降雨后溶槽、溶隙充水產生靜水壓力，雨水下滲沿相對隔水的軟弱夾層富集并向邊坡低處滲流，軟化軟弱夾層，導致邊坡臨空后順軟弱夾層產生順層滑坡，屬順層滑移-壓致拉裂型破壞。

(2)綜合考慮影響滑坡穩定性的各種因素，最終確定采用卸載、錨固樁、錨索樁等措施對滑坡及后壁順層進行綜合治理，滬昆客運專線開通運營已5年，治理效果良好。

(3)本滑坡工點順層傾角較緩，路塹開挖后在雨水的作用下，發生了多次順層滑動，通過反演分析滑動面綜合值φ僅為10°，在山區類似順層工點需引起重視。