蔡家鵬 喻洪平 賀玉龍 張建文

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

在工程建設(shè)過(guò)程中經(jīng)常遇到順層邊坡，當(dāng)開(kāi)挖導(dǎo)致順層巖體臨空時(shí)，發(fā)生順層滑坡的現(xiàn)象較為普遍。目前，專家學(xué)者針對(duì)順層滑坡問(wèn)題進(jìn)行了大量研究，吳坤[1]對(duì)砂泥巖地層長(zhǎng)大順層滑坡的破壞機(jī)理進(jìn)行了研究；馮文凱[2]等對(duì)砂泥巖地層緩傾角順層高邊坡破壞機(jī)制進(jìn)行了物理模擬研究；溫樹(shù)林[3]對(duì)粉砂巖地層順層滑坡形成機(jī)理及治理措施進(jìn)行了研究；劉軼、譚冷[4]對(duì)灰?guī)r地層淺層順層滑坡的形成機(jī)制和變形破壞特征進(jìn)行了研究；劉洋[5]對(duì)泥巖泥灰?guī)r地層順層滑坡成因及整治進(jìn)行了研究；李安洪[6]等針對(duì)渝懷鐵路中順層巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性及支擋防護(hù)設(shè)計(jì)進(jìn)行了專項(xiàng)研究。這些研究多針對(duì)巖層傾角較陡或者緩傾非碳酸巖地層，對(duì)緩傾碳酸巖地層的研究較少。碳酸巖地層在西南地區(qū)分布較廣，由于碳酸巖多為硬質(zhì)巖，巖層傾角較緩時(shí)，勘察設(shè)計(jì)及施工過(guò)程中易忽視其順層危害，在工程建設(shè)過(guò)程中緩傾順層滑坡時(shí)有發(fā)生。本文結(jié)合滬昆客運(yùn)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(jī)理及其穩(wěn)定性，提出了相應(yīng)的工程整治措施，可為后續(xù)類似工點(diǎn)的預(yù)防、治理提供指導(dǎo)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(cè)邊坡坡腳設(shè)樁間擋土墻，邊坡按1∶1.25分兩級(jí)刷坡，中間設(shè)置1處平臺(tái)，邊坡采用錨桿框架梁內(nèi)噴混植生護(hù)坡，如圖1所示。施工階段因小里程端隧道涌水增設(shè)泄水洞，于路基右側(cè)紅線邊開(kāi)鑿泄水渠。

圖1 施工圖設(shè)計(jì)代表性橫斷面圖(m)

2 工程地質(zhì)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(cè)為山脊，右側(cè)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(duì)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(cè)原設(shè)計(jì)塹頂附近斜向小里程方向發(fā)育 1處充填溶槽，長(zhǎng)約150 m，寬約8 m，最深約15 m；下伏基巖為三疊系中統(tǒng)關(guān)嶺組二段(T2g2)泥質(zhì)白云巖夾泥灰?guī)r，泥質(zhì)白云巖薄至中厚層，泥灰?guī)r薄層狀，巖體差異性風(fēng)化較嚴(yán)重，泥灰?guī)r夾層多呈強(qiáng)風(fēng)化狀，層面及節(jié)理裂隙間多溶蝕充填黏土。

2.3 地質(zhì)構(gòu)造及地震動(dòng)參數(shù)

線路右側(cè)順溝槽發(fā)育1處區(qū)域性向斜，路基位于向斜南東翼，為單斜地層；DK 970+675處發(fā)育1處近垂直線路小斷層，破碎帶寬約1～2 m。該段左側(cè)邊坡層理產(chǎn)狀N20°～54°E/11°～12°NE，受構(gòu)造影響局部扭曲，發(fā)育兩組垂直節(jié)理，巖體被切割成大塊體狀。地震動(dòng)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(fā)育，主要接受大氣降雨補(bǔ)給，由于地表溶溝、溶槽及巖體節(jié)理裂隙、溶隙發(fā)育，降雨后部分下滲進(jìn)入基巖中，通過(guò)基巖裂隙、溶隙向右側(cè)低處運(yùn)移，現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)降雨后多呈股狀從路塹邊坡及泄水渠左側(cè)邊坡流出。

2.5 緩傾順層

該段左側(cè)路塹順層，巖層產(chǎn)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(tài)及成因分析

3.1 滑坡形成過(guò)程

2014年11月開(kāi)始進(jìn)行邊坡開(kāi)挖，2015年6月中旬開(kāi)挖至擋墻頂位置，邊坡基本成形。2015年6月18日—6月22日，當(dāng)?shù)剡B續(xù)強(qiáng)降雨，D1K 970+580～D1K 970+655段左側(cè)邊坡發(fā)生下滑，后緣錯(cuò)臺(tái)高約 2～7 m，下滑位移約16 m，主軸長(zhǎng)約70 m；并牽引造成路塹邊坡頂外10 m內(nèi)產(chǎn)生多道拉張裂縫，縫寬8～20 cm，深度10～40 cm。由于正值雨季，現(xiàn)場(chǎng)降雨頻繁，處理措施尚未來(lái)得及施作，坍滑體進(jìn)一步向前滑動(dòng)，后緣進(jìn)一步向上方擴(kuò)展，地表開(kāi)裂，最遠(yuǎn)至線路左側(cè)66 m[7]。由于該段巖體為整體滑動(dòng)，滑動(dòng)巖塊整體性較好，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)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(cè)邊坡于二級(jí)邊坡腳產(chǎn)生滑塌。2015年8月24日—8月28日，當(dāng)?shù)卦俅芜B降大雨，D1K 970+460～D1K 970+580段邊坡沿開(kāi)挖臨空面再次發(fā)生滑動(dòng)，在中線附近反翹剪出，并推動(dòng)右側(cè)泄水渠間地梁，掩埋右側(cè)泄水渠。

3.2 滑坡形態(tài)及規(guī)模

滑坡分為兩個(gè)分區(qū)，Ⅰ區(qū)位于D1K 970+ 580～D1K 970+675段，Ⅱ區(qū)位于D1K 970+460～D1K 970+580段。

Ⅰ區(qū)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(cè)滑坡邊緣明顯，主軸與線路近垂直，長(zhǎng)70 m、寬80 m，滑體厚5～16 m，約3.5萬(wàn)m3，后緣滑壁較陡，傾角55°～65°，為整體滑動(dòng)，滑動(dòng)后形成巨型巖塊，滑動(dòng)距離約25 m，滑體后緣形成寬達(dá)30 m的凹槽。

Ⅱ區(qū)滑坡平面上呈“舌”狀，前窄后寬，后緣裂縫順N85°E垂直節(jié)理拉開(kāi)，大致呈直線，滑坡后壁及兩側(cè)滑坡邊緣明顯，主軸與線路近垂直，長(zhǎng)103 m、寬125 m，滑體厚5～16 m，約12.5萬(wàn)m3，后緣順N85°E垂直節(jié)理形成近垂直后壁，滑體中上部形成多條拉張裂縫、多級(jí)錯(cuò)臺(tái)，滑坡滑動(dòng)后于中線附近隆起，并推動(dòng)中線與右側(cè)泄水渠間地梁，淹埋右側(cè)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(tǒng)關(guān)嶺組第二段(T2g2)泥質(zhì)白云巖夾泥灰?guī)r，后緣發(fā)育1處長(zhǎng)約150 m的狹長(zhǎng)溶槽，溶槽內(nèi)覆土厚2～15 m。Ⅰ區(qū)滑動(dòng)后，形成以巖塊為主的滑體，整體性好，厚 5～16 m；Ⅱ區(qū)滑動(dòng)后，巖體松散形成塊石土狀，厚 5～16 m?；翧-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(zhì)白云巖，質(zhì)較硬。Ⅰ區(qū)、Ⅱ區(qū)后緣滑動(dòng)面為溶槽低部，滑床相對(duì)較陡，Ⅰ區(qū)中部及前緣滑動(dòng)面順巖層層面，滑床傾角11°；Ⅱ區(qū)中部滑動(dòng)面大致順層面，傾角7°～12°，滑動(dòng)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?guī)r，屬夾層泥灰?guī)r遇水軟化，鉆探揭示其呈土夾角礫狀、軟塑狀，力學(xué)性質(zhì)差。

3.4 滑坡滑動(dòng)機(jī)理及影響因素分析

3.4.1 滑動(dòng)機(jī)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(kāi)挖揭示路塹邊坡巖性為泥質(zhì)白云巖夾泥灰?guī)r，塹坡基巖可見(jiàn)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(fēng)化嚴(yán)重，泥灰?guī)r夾層部分呈強(qiáng)風(fēng)化狀，巖層傾角11°～12°，邊坡巖體沿塹坡底部泥灰?guī)r夾層發(fā)生滑動(dòng)，屬典型的巖質(zhì)緩傾順層滑坡。

地質(zhì)調(diào)查及鉆探表明，本段路基基巖層間普遍夾泥灰?guī)r，屬典型的軟弱夾層，該層為相對(duì)隔水層；同時(shí)滑坡后緣發(fā)育1處長(zhǎng)約150 m、寬約8 m、最深約 15 m的充填型狹長(zhǎng)溶槽。降雨后滑坡后緣溶槽充水形成靜水壓力，同時(shí)由于邊坡巖體裂隙發(fā)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(yùn)移，于路塹開(kāi)挖坡腳、泄水渠邊坡處流出，形成降雨期間地下水的臨時(shí)排泄通道，地下水滲流過(guò)程造成泥灰?guī)r軟化，甚至泥化。

根據(jù)工程勘查資料以及現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查情況，確定該滑坡的滑坡機(jī)理。由泥質(zhì)白云層中夾泥灰?guī)r所控制的順層滑坡，在邊坡開(kāi)挖以后，形成開(kāi)挖臨空面，降雨后巖土體飽水自重增大，后緣溶槽充水產(chǎn)生靜水壓力，加大了下滑力；雨水滲流中軟化了泥灰?guī)r夾層，抗滑力減小，從而導(dǎo)致受垂直節(jié)理切割呈大塊狀的邊坡巖體沿開(kāi)挖臨空面底部產(chǎn)生順層滑動(dòng)。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(fā)育，多沿兩組構(gòu)造裂隙發(fā)育而成，尤其在滑坡后緣發(fā)育1處長(zhǎng)達(dá)150 m的狹長(zhǎng)溶槽。邊坡開(kāi)挖揭示，巖體結(jié)構(gòu)面受水的溶蝕作用部分發(fā)展成溶隙，其間多充填有黃色軟～硬塑狀粘土。這些巖溶現(xiàn)象均利于地表水下滲、運(yùn)移，在降雨后邊坡腳有多處股狀水流出，說(shuō)明巖溶裂隙連續(xù)性、貫通性較好。

(2)工程活動(dòng)

本段路基一、二級(jí)邊坡開(kāi)挖形成有效臨空面，臨空面形成后邊坡加固、防護(hù)措施未及時(shí)施作，邊坡暴露時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，且因附近隧道涌水在坡體前緣增設(shè)了泄水渠，泄水渠的開(kāi)挖一方面在前緣形成了更低一級(jí)的臨空面，另一方面降低了地下水排泄標(biāo)高，致使Ⅱ區(qū)滑動(dòng)面再次下降。

(3)水的作用

降雨是影響斜坡穩(wěn)定的自然因素中最經(jīng)常發(fā)生的和最直接的因素，雨水滲入對(duì)巖土體的不利因素主要可歸納為兩個(gè)方面：一方面，水對(duì)巖體的物理化學(xué)作用將引起巖石體積的膨脹或收縮，從而導(dǎo)致巖體松散破碎，強(qiáng)度降低，尤其水作為層間潤(rùn)滑介質(zhì)，造成軟弱夾層強(qiáng)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(duì)巖土體內(nèi)部孔隙壓力有影響[9]，對(duì)邊坡巖體產(chǎn)生浮托力、裂隙靜水壓力和滲透動(dòng)水壓力等附加荷載作用。

3.5 滑動(dòng)面參數(shù)

根據(jù)順層滑坡工程經(jīng)驗(yàn)取值，順層層面力學(xué)指標(biāo)應(yīng)采用綜合內(nèi)摩擦角[10]。本工點(diǎn)為順層滑坡，由于泥灰?guī)r層薄，受現(xiàn)場(chǎng)條件及工期影響未能現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)取得滑動(dòng)面及層間參數(shù)，經(jīng)過(guò)對(duì)滑坡主軸斷面按滑動(dòng)前和滑動(dòng)后兩種情況下進(jìn)行穩(wěn)定性反演分析，結(jié)合工程經(jīng)驗(yàn)確定滑動(dòng)帶綜合值φ取10°，巖層層間綜合值φ取12°。

3.6 滑坡穩(wěn)定性分析

(1)滑坡滑動(dòng)后，滑體仍處于欠穩(wěn)定狀態(tài)，在雨水浸潤(rùn)下，滑體飽和重度進(jìn)一步增大，滑面力學(xué)性質(zhì)降低，滑坡有再次復(fù)活可能。

(2)滑坡后壁基巖臨空，后壁基巖與滑體屬同性質(zhì)巖體，巖層產(chǎn)狀基本一致，仍屬緩傾順層，在雨水浸潤(rùn)下，軟弱夾層力學(xué)性質(zhì)降低后，滑坡后壁存在進(jìn)一步順層滑動(dòng)可能。

(3)滑坡前緣即為路塹及泄水渠邊坡開(kāi)挖面，路塹已開(kāi)挖至 1 746 m，設(shè)計(jì)基底高程約 1 740 m，按施工圖設(shè)計(jì)還需向下開(kāi)挖6 m，繼續(xù)直接開(kāi)挖可能引起更大規(guī)模的深層順層滑坡，同時(shí)左側(cè)泄水渠邊坡臨空亦對(duì)順層路塹穩(wěn)定不利。

綜合上述三種不利情況，對(duì)該段路塹邊坡進(jìn)行穩(wěn)定性檢算。結(jié)果顯示，已滑動(dòng)部分滑體剩余下滑力較小，故對(duì)邊坡分上部(滑坡后壁)、下部(路塹坡腳)按順層進(jìn)行穩(wěn)定性檢算，不考慮地震影響安全系數(shù)取1.3，考慮地震影響安全系數(shù)取1.15，順層體后緣計(jì)算長(zhǎng)度按50 m考慮。代表性斷面計(jì)算結(jié)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(jì)算結(jié)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(duì)滑體進(jìn)行部分清除。

(2)左側(cè)路塹坡腳設(shè)錨固樁，樁間距均為6.0 m，樁截面1.75 m×2.5 m，樁長(zhǎng)15～18 m，共42根。路塹邊坡第二級(jí)平臺(tái)處設(shè)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(zhǎng)14～24 m，共41根。樁間內(nèi)置擋土板，掛板高度4～10 m。其中錨索樁72根，錨索樁上各設(shè)2孔錨索，共154孔，錨索長(zhǎng)28～35 m。

圖3 滑坡B-B＇整治斷面圖

(3)路塹坡腳設(shè)重力式路塹擋土墻，墻高4～8 m。墻頂?shù)谝患?jí)邊坡按1∶5～1∶2坡率清方，邊坡采用人字型截水骨架護(hù)坡結(jié)合錨桿框架梁護(hù)坡防護(hù)；第二排錨固樁頂以上邊坡按1∶2～1∶1.75坡率開(kāi)挖，邊坡采用錨桿框架梁護(hù)坡防護(hù)。墻頂及墻頂以上各級(jí)邊坡平臺(tái)設(shè)0.4 m×0.4 m的截水溝排水，沿?fù)鯄Α⑵旅娌贾蒙顚用?xì)透排水管。

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

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

5 結(jié)束語(yǔ)

本文通過(guò)對(duì)滬混客運(yùn)專線D1K 970+460～D1K 970+675段路塹順層滑坡進(jìn)行研究，得出以下主要結(jié)論：

(1)對(duì)碳酸鹽巖地區(qū)緩傾順層而言，巖溶溶槽、溶隙發(fā)育，邊坡巖體呈軟硬相間或硬夾弱是緩傾順層滑坡發(fā)育的物質(zhì)基礎(chǔ)。降雨后溶槽、溶隙充水產(chǎn)生靜水壓力，雨水下滲沿相對(duì)隔水的軟弱夾層富集并向邊坡低處滲流，軟化軟弱夾層，導(dǎo)致邊坡臨空后順軟弱夾層產(chǎn)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(wěn)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(duì)滑坡及后壁順層進(jìn)行綜合治理，滬昆客運(yùn)專線開(kāi)通運(yùn)營(yíng)已5年，治理效果良好。

(3)本滑坡工點(diǎn)順層傾角較緩，路塹開(kāi)挖后在雨水的作用下，發(fā)生了多次順層滑動(dòng)，通過(guò)反演分析滑動(dòng)面綜合值φ僅為10°，在山區(qū)類似順層工點(diǎn)需引起重視。