臨近鐵路軟質巖邊坡滑坡成因機理及穩定性分析

劉凱銳

（中鐵第四勘察設計院集團有限公司，湖北 武漢 430063）

1 工程概況

某鐵路動車所停車場場坪標高為311.11 m，南側邊坡開挖最高標高450 m，邊坡高約140 m，共16級邊坡。底部設置一排抗滑樁（樁頂標高320 m），樁截面2.0 m×2.25 m，1級～3級邊坡設置框架錨桿，4級～16級邊坡設置噴混植生，坡率為1∶1.25，從南側至西側邊坡采用1∶1～1∶1.25。9級～16級邊坡以上地層為云母片巖全～強風化為主，5級邊坡以下為云母片巖弱風化層。

2 工程地質條件

2.1 地形地貌

邊坡區屬鄂西北構造侵蝕低山丘陵區，溝谷深切，高差較大，山坡自然坡度為30°，絕對標高310.0 m～470 m，相對高差約160 m，植被較發育，多為雜草、樹木。

2.2 地層巖性

1）第四系全新統地層（Q4）。

②9-1碎石土（Qdl4）：主要分布于邊坡中部西側表層，屬第四系崩坡積層，灰黃色，稍密，稍濕，主要成分云母石英片巖角礫，含量（質量分數）約80%，粒徑主要為2 cm～6 cm，骨架間主要充填灰色黏性土。

③1-2含碎石粉質黏土（Qdl4）：主要分布滑坡后緣未開挖削坡地帶，褐黃色，可塑，主要成分由黏性土組成，局部夾有少量碎石，含量（質量分數）20%～40%，碎石呈棱角狀，粒徑多為2 cm～8 cm，局部含塊石，其主要成分為云母石英片巖角礫、碎塊。

2）中元古界云母石英片巖（Pt）。

○408-1云母石英片巖（Pt）：灰黃色，全風化，巖石組織結構全部被破壞，僅外觀保持原巖狀態，巖石風化呈土狀、砂狀，風化裂隙很發育，含少量巖石碎塊，干燒易鉆進。坡面分布，層面埋深為0 m～3.20 m，地層厚度為1.70 m～2.00 m，屬Ⅲ類土。

○408-2云母石英片巖（Pt）：灰黃色，強風化，鱗片變晶結構，片狀構造，主要成分云母、綠泥石和石英，裂隙極發育，裂隙面可見褐色鐵錳質氧化物薄膜。巖芯極破碎，主要呈4 cm～9 cm碎塊狀、餅狀、短柱狀，少部分呈10 cm～32 cm柱狀，RQD=28%，采取率85%。層面埋深0 m～4.9 m，層厚3.00 m～18.60 m，屬Ⅳ類軟石，全場地均有分布。

○408-3云母石英片巖（Pt）：灰綠色，弱風化，鱗片變晶結構，片狀構造，主要成分云母、綠泥石和石英，裂隙較發育，巖芯較破碎，主要呈10 cm～35 cm柱狀，最長100 cm，少部分呈4 cm～8 cm碎塊狀、餅狀、短柱狀，裂隙面大部分較新鮮，RQD=60%，采取率90%。層面埋深3.00 m～18.60 m，最大揭露厚度34.78 m，屬Ⅳ類軟石，全場地均有分布。

下伏基巖平面分布較為均勻，本次工程鉆孔均揭示到該層，測區普遍分布；成分均勻性一般，且風化不均勻；基巖埋深由西向東逐漸變淺，厚度一般大于30 m。

3）礦物分析。

分別取了4孔巖芯進行礦物分析，云母含量（質量分數）15%～30%不等，差異性較大，巖層定名為云母長英片巖。云母含量差別較大，導致巖石強度差別較大。

2.3 地質構造

該區大地構造單元為秦嶺褶皺系，武當山復背斜，擬建場區位于夏家店倒轉背斜的北東翼，區域性大斷裂——公路斷裂影響帶上。公路斷裂總體上呈北西西向，長約164 km，按延伸方向可分為三段：黃龍灘以西段、黃龍灘-青徽鋪段、青徽鋪以東段，建筑場區位于黃龍灘-青徽鋪段，該段斷裂走向290°左右，斷面向北傾，傾角52°～71°，擠壓破碎帶寬度可達500 m，屬擠壓形成的正斷層。

根據現場測繪調查，邊坡場區東側、前緣巖層片理產狀260°∠75°，中部片理面陡傾。節理裂隙走向玫瑰花圖見圖1。

圖1 節理裂隙走向玫瑰花圖

根據現場調查結果，滑坡區主要發育4組節理，巖層片巖、節理均為陡傾狀，各組節理發育情況如下：

①產狀73°∠72°，一組兩條，節理面平直，較光滑，微張，泥質充填；

②產狀30°∠87°，一組三條，節理面折線狀，較粗糙，微張，無充填；

③產狀3°∠83°，一組三條，節理面較平直，較粗糙，微張，無充填，局部被拉裂張開，呈20 cm～50 cm裂縫；

④產狀340°∠79°，一組三條～四條，節理面較平直，較粗糙，微張，無充填，局部被拉裂張開形成裂縫。

2.4 水文地質條件

區域地表水系主要為神定河，位于邊坡西1.5 km。地下水按含水介質特征劃分為松散堆積層孔隙水、變質巖裂隙水兩種類型。

1）松散堆積層孔隙水。

主要分布于勘查區中上部的含碎石粉質黏土和碎石土中。由于滑體物質結構及厚度上存在較大的差異，滑坡區由于所處部位不同，巖性及厚度變化較大，不同區段地下水賦水性各具特點。含碎石粉質黏土構成的滑體物質為弱～中等透水，受雨季降水影響大，久雨后可飽水，暴雨期間房屋后坡腳有地下水滲出。勘查期間地下水位埋深在16.70 m～20.80 m不等。

2）基巖裂隙水。

主要分布片巖強風化帶中，因巖體遭受風化作用強烈，其節理裂隙較發育，巖體被切割破碎后形成含水層，具弱透水性，地下水主要接受大氣降水及上部第四系松散層地下水的入滲補給，在基巖風化帶附近呈層狀分布。沿裂隙面向下運移，其排泄基準面受河流及深切溝谷制約。

3）地下水的補給、徑流及排泄。

滑坡區地下水的補、徑、排條件主要受本區的地形、地貌、地層巖性制約。植被發育，地形切割強烈、坡度較陡，降水順坡流失快，地下水徑流途徑短，排泄條件好，多以側向排泄補給溝谷、沖溝的形式排泄。降雨是本區地下水的主要補給來源，地下水動態受降水影響較為明顯。

4）巖土體滲透性。

勘查期間表層（0.3 m～0.4 m）松散體做簡易試坑滲水試驗2次，試驗土體為滑體表層含碎石粉質黏土結構松散，結合經驗，滲透系數（K）為2.6×10-3cm/s～6.9×10-3cm/s，為中等透水。

滑體中全風化云母石英片巖、強風化云母石英片巖，因云母含量較大，具弱透水性，邊坡變形后，局部裂隙張開較大，形成滲水通道，可視為透水層；滑體下伏弱風化云母石英片巖，節理裂隙少量發育，巖體較完整，可視為相對隔水層。

5）水化學特征。

本次勘查在ZK2，ZK4鉆孔取水樣兩組，依據GB 50021—2001（2009版）巖土工程勘察規范的有關規定，場地環境類型屬Ⅰ類，經試驗檢驗，根據GB 50021—2001判定，地下水對混凝土結構在Ⅰ類環境有弱腐蝕，其他環境有微腐蝕；對鋼筋混凝土結構中的鋼筋有微腐蝕。

3 滑坡形成機制及工程地質評價

3.1 施工病害情況

動車所停車場高邊坡共16級，土石方開挖于1月啟動，于3月12日挖至八級邊坡，正線里程DK444+300左側第9級、10級邊坡處出現局部滑塌，邊坡其他觀測樁數據正常。

5月10日現場已開挖至4級邊坡，局部開挖至1級，弱風化巖層需放炮開挖。16日～18日下雨，局部邊坡出現裂縫，23日坡頂20 m～30 m后緣出現裂縫，最大寬度25 cm，6級～16級邊坡坡面裂縫、錯臺嚴重，局部錯臺高達1.5 m。根據施工監測數據坡面每天有位移變化（見圖2，圖3）。

圖2 現場滑坡分布圖

圖3 現場滑坡后緣拉裂圖

各類變形現象遍布整個滑體，在強降雨后期已接近臨界滑動狀態。滑坡變形呈現如下特征：后緣拉裂，裂縫寬且延伸長，裂縫深；滑體中前部裂縫多、塌滑體面積大；滑坡體前緣剪出變形明顯，總體呈現多級推移式變形特征（見圖4）。

圖4 滑坡平面分布圖

滑坡體中部塌滑開裂遍布滑坡體。具體特征見表1。

表1 滑坡中后部主要變形特征

滑坡中前緣主要變形如表2所示。

表2 滑坡前緣一帶主要變形特征

3.2 滑坡體形態及物質組成

滑體形態主要為近南北向分布，南北向長230 m，東西向寬90 m，面積約2.07×104m2，滑坡厚度3.00 m～18.00 m，平均厚度11.0 m，滑坡體體積22.7×104m3，屬中型中層巖質滑坡。11級以上邊坡滑移方向25°～36°，9級邊坡以下變形方向49°～66°，總體方向由北北東過渡北東東向。

滑坡周界清楚，后緣張拉裂縫清晰，側部剪切裂縫發育、中部臺階及平臺裂縫密集，下部鼓掌裂縫、剪切裂縫及反翹現象明顯。邊坡滑坡體后緣呈弧形，位于坡頂鞍部緩平臺部位，受后緣推移拉裂，裂縫寬30 cm～50 cm，深4 m～5 m，延伸西側至沖溝漸滅，東側順坡向轉向漸滅?；挛鱾染壥軟_溝控制，東側緣位于坡向轉折部位。滑坡在前緣西側、東側及中前部剪出。

滑體物質主要為全～強風化云母石英片巖為主，局部表層為碎石土、粉質黏土。邊坡中部西側表層碎石土、粉質黏土主要分布于滑坡后緣未開挖削坡地帶，厚2 m～3 m。滑坡體整體分布強風化云母石英片巖（Pt），層面埋深0 m～4.9 m，層厚3.00 m～18.60 m，屬Ⅳ類軟石，全場地均有分布。滑體厚度在縱向上中后部厚，厚度6.0 m～18.0 m，前緣東側受剪出位置約束，相對較薄，厚度僅3.0 m左右。

3.3 滑面的確定

滑坡滑面確定至關重要，根據現場調查、地質鉆探、地表沉降觀測、鉆孔測斜儀等綜合勘察手段分析確定滑面的深度及形狀。

1）鉆探。

共布置鉆孔9個，沿著主滑方向布設，鉆探揭示其中全風化厚2 m～3 m，強風化層6 m～18.0 m，其中ZK3，ZK8孔在強風化中鉆探揭示破碎帶位置，厚1 m～1.4 m，埋深分別為10.6 m，6.5 m?？膳袛嗷嫔钗闯^強風化層與弱風化分界面，滑坡下緣在上部滑體推動下局部切入弱風化層（見圖5）。

2）孔內測斜。

鉆孔完成9孔，埋設測斜儀9孔（人工監測），從最早6月2日開始監測數據，每日兩次，其中ZK10，ZK8，ZK1滑移位置分別為5 m，18 m，9 m。其中ZK8，ZK1孔位置與強、弱風化層分界線基本一致。

5月29日設置27個觀測樁，每天測一次水平及沉降位移，至6月14日觀測情況如下：

16級邊坡最大累計沉降-518 mm，位移765 mm；

15級邊坡最大累計沉降-232 mm，位移502 mm；

14級邊坡最大累計沉降-974 mm，位移1 607 mm；

13級邊坡最大累計沉降-545 mm，位移1 319 mm；

11級邊坡最大累計沉降-623 mm，位移1 396 mm；

10級邊坡最大累計沉降-444 mm，位移1 181 mm；

9級邊坡最大累計沉降-151 mm，位移1 129 mm；

8級邊坡最大累計沉降-278 mm，位移997 mm；

6級邊坡最大累計沉降-136 mm，位移712 mm；

4級邊坡最大累計沉降6 mm，位移233 mm。

其中4-1，4-2，4-3，9-1，10-1等坡面監測點存在上拱，與現場測繪滑坡東側邊緣及前緣受擠壓一致，并可以判斷為滑坡剪出口。14-3監測點豎向沉降及水平位移最大，所有監測數據顯示水平位移均大于豎向位移。

通過上述綜合分析得出：滑面主要位于巖層的強風化和弱風化分界線處，滑體物質主要為全～強風化云母石英片巖，局部表層為碎石土、粉質黏土；滑帶主要發育在強風化云母石英片巖中；滑床物質成分主要為弱風化云母石英片巖?；麦w呈長舌形，屬中型中層巖質滑坡。主滑方向為49°～66°，北東東向。典型斷面的滑面位置如圖6所示。

圖5滑帶位于強風化云母石英片巖(ZK8)

圖6 典型斷面滑面分布圖

3.4 滑坡原因分析

滑坡是在特定的自然與地質環境條件下形成和發生的，其形成主要受地形地貌、地層巖性、地質構造、特殊天氣以及人類活動等多方面的因素綜合作用、相互影響、相互疊加后形成。

該滑坡地層巖性以云母石英片巖強風化為主，屬于軟質巖，云母含量較高，其強度較低，抗風化能力弱，遇水軟化嚴重；巖層節理裂隙極其發育，均為陡傾狀，巖體極其破碎；邊坡高度達140 m，開挖坡度38°～45°，較陡，開挖后應力釋放造成局部傾倒、垮塌及蠕變變形；該處施工環境復雜（臨近施工較多、爆破施工），影響因素較多；該地區每年3月～5月份連續降雨，由于邊坡開挖，邊坡裸露，降雨沿坡體不斷垂直下滲，整體山體含水量在短時間驟增，內摩擦角突降，下滑力加大，抗滑力減少，滑坡穩定系數在短時間內降低，邊坡可能失穩。

邊坡不同的巖性結構的巖土體其含水透水性各異，對斜坡穩定性的影響程度也各具特點［1-2］?；w表層碎石土受中部強風化云母石英片巖阻隔透水飽水是引起中部西側滑體表層局部滑塌的原因（塌滑處）。中部強風化云母石英片巖裂隙發育分布不均勻，裂隙貫通區域的雨水在長時間降雨受下伏弱風化云母石英片巖阻隔，會向下補給滑帶巖土層，是引起滑坡整體滑移的原因。

綜上所述，滑坡的形成與演變，屬于特定地質條件下，受外界因素干擾，雨水天氣為外界的綜合誘導因素多重作用下而形成。

3.5 滑坡穩定性分析評價

巖質邊坡的破壞大多是沿著巖體中軟弱結構面發生的，主要是沿著層面、節理裂隙面、軟弱層面或斷裂破碎帶剪切滑移、拉裂和整體累積變形與破裂［3-5］（見表3），因此從巖體結構面發育、產狀及其與臨空面的組合關系上進行分析，可以初步定性判斷巖體的穩定性，對該邊坡采用赤平投影法進行綜合定性分析（見圖7）。

圖7 邊坡穩定性赤平投影分析

表3 裂隙、結構面傾向傾角一覽表

通過各單一結構面和各組合結構面對邊坡穩定性影響進行分析：

1）單一結構面分析：節理J②，J③，J④與坡面斜交夾角（分別為24°，33°，34°）小于40°外傾，邊坡整體失穩的可能性較小，但可能產生局部滑動；節理J①與坡面近似同向，且傾角大于坡度，滑動可能性較??；巖層D相對邊坡內傾，穩定，滑動可能性小。

2）多組結構面組合分析：J①-J②，J①-J③，J①-J④，J①-D交棱線交點與邊坡投影弧在同一側，且在cs（開挖坡面）內側，說明結構面組合交線的傾向與坡面傾向一致，但傾角大于整體坡面坡角，結構面交線在開挖坡面坡腳沒有出露，在后緣較緩的部位如坡頂緩平臺出露，屬于穩定結構狀態；J②-J③，J②-J④，J③-J④，J①-D＼J②-D，J③-D，J④-JD交棱線交點與邊坡投影弧在對側，屬于最穩定狀態。

結合現場情況，中后緣均發現拉裂的裂縫，中前部坍塌，前緣未剪出，與分析情況相符。

雖然通過赤平投影法分析該邊坡結構較為穩定，但滑坡體主要為云母石英片巖強風化層，多為散體結構，邊坡整體較高，當存在局部陡于節理傾角開挖臨空面時，依然會發生垮塌及傾倒，進一步牽引上部松散體，最終導致整個邊坡的滑移。正是因為有利結構面的存在，邊坡坡面變形巨大的情況下依然未整體滑動。

4 結論

1）滑坡滑體物質主要為全～強風化云母石英片巖，局部表層為碎石土、粉質黏土；滑帶主要發育在強風化云母石英片巖（Pt）中；滑床物質成分主要為弱風化云母石英片巖?；揖G色，鱗片變晶結構，片狀構造，節理裂隙少量發育。滑坡體呈長舌形，屬中型中層巖質滑坡。主滑方向為49°～66°，北東東向。

2）滑體表層（第四系地層、全風化）受中部強風化云母石英片巖阻隔透水飽水是引起中部西側滑體表層局部滑塌的原因（塌滑處）。中部強風化云母石英片巖裂隙發育分布不均勻，裂隙貫通區域的雨水在長時間降雨受下伏弱風化云母石英片巖阻隔，后會向下補給滑帶巖土層，是引起滑坡整體滑移的原因?；碌男纬膳c演變，屬于特定地質條件下，受外界因素干擾，雨水天氣為外界的綜合誘導因素多重作用下而形成。

3）雖然通過赤平投影法分析該邊坡結構較為穩定，但滑坡體主要為云母石英片巖強風化層，多為散體結構，邊坡整體較高，當存在局部陡于節理傾角開挖臨空面時，依然會發生垮塌及傾倒，進一步牽引上部松散體，最終導致整個邊坡的滑移。

4）后續滑坡治理可根據滑坡、滑體、滑床等勘察成果資料，采取刷方減載、支擋加固等措施予以治理［6］。