張家界地區不穩定斜坡及滑坡對黔張常鐵路選線的影響研究

劉衛斌

(陜西鐵道工程勘察有限公司，陜西寶雞 721001)

張家界地區不穩定斜坡及滑坡對黔張常鐵路選線的影響研究

劉衛斌

(陜西鐵道工程勘察有限公司，陜西寶雞 721001)

通過對黔張常鐵路張家界地區不穩定斜坡及滑坡的調查和分析，得出本區不穩定斜坡及滑坡的分布特點、成因機理及最主要影響因素。對邊坡進行定性穩定性分析，并選取典型剖面進行了定量分析，同時初步評價不穩定斜坡及滑坡對工程建設的影響，進一步提出在該類地區選線時應注意的問題及選線原則，為線路的優化和滑坡防治提供了堅實的理論基礎，同時希望提高對不穩定斜坡的認識和理解，引起對不穩定斜坡的重視。

鐵路選線；不穩定斜坡；滑坡；穩定性

張家界地處武陵山區，地勢由西北向東南傾斜，山脈總體走向呈北東向和北北東向，與河谷相間分布，受地形、地貌等因素的影響，境內氣候復雜多變。

黔張常鐵路所經路段大多地形復雜、地質多變，鐵路建設中必然會對原地形地貌造成破壞，特別是越嶺及河流溝谷兩側斜坡地帶，它們在形成和演變過程中，由于受地質環境、構造運動、降水以及人類活動等外在條件的影響，導致巖土體內部應力不斷調整，巖土體力學平衡逐漸被打破，引發各種不良地質作用，尤其是邊坡失穩，認識不足、處理不當，可能埋下安全隱患，將來甚至可能造成交通中斷和人員的傷亡，給人民生命和財產帶來重大損失。所以在選線時要特別注意地質敏感區及潛在地質風險點，盡量采用多種勘察手段，以查明地質條件，優化線路方案，為工程建設提供準確資料。

1 不穩定斜坡及滑坡的分布及特征

張家界地區不穩定斜坡及滑坡主要分布在唐坊至張家界非可溶巖地段約20 km范圍內，以河流兩岸、溝谷兩側、山前斜坡最為發育，本次地質調查共發現9處滑坡及不穩定坡體，大小滑坡及不穩定坡體達60多個，見表1，其中尤以土質坡體和順層基巖坡體為主，其中橋頭村滑坡、向家崗滑坡對方案影響較大。

例如張桑公路靠山側向家崗滑坡，據調查，張桑公路近4年來每年夏天雨季都會發生滑坡等地質災害，張桑公路修建前，大部分坡體處于穩定或者基本穩定狀態，但是張桑公路修建后，部分穩定坡體變成滑坡，多次出現滑動，阻斷交通及給附近村民帶來較大危害，故本次鐵路地質調查也吸取了其經驗，對不穩定斜坡也進行了詳細地質調查。因為這些不穩定斜坡有可能將導致新的滑坡，會對以后的工程建設產生較大危害，將其劃出有助于顯著減少滑坡災害的發生。

表1 本段各不穩定斜坡及滑坡分布及特征

2 不穩定斜坡及滑坡的影響因素及成因機理

滑坡是坡體因多種因素耦合而發生的形變，最終被某些誘發因素激發失穩產生滑動的一種地質災害現象。影響滑坡的因素分為內因和外因，內在因素：巖土體的性質、地質構造、巖土結構、初始應力等；外在因素：氣象因素、水的作用、地震、巖石風化、工程荷載條件及人工開挖等。但對某一特定滑坡或者不穩定斜坡總有一個或兩個因素對滑坡的發生起控制作用，可以稱它為主控因子，其他的則稱為一般因子。根據以上觀點，則對本段存在的邊坡進行了分析判定(表2)。

表2 各不穩定斜坡及滑坡影響因素判定

2.1 氣象因素

張家界屬中亞熱帶季風性濕潤氣候，雨量充沛，年平均降水量1 200～1 500 mm，年最大降雨2 251.3 mm，年平均降水150～180 d。氣象作用對滑坡的影響主要為降雨、凍融等，根據“中國地質災害數據庫”記載，1949年至1995年間發生的滑坡災害中，68.5%是由降雨誘發的[3]，因此有“大雨大滑，小雨小滑”之說。降雨是滑坡尤其是淺層堆積體滑坡發生、發展的一個重要外部條件，多數則是滑坡發生破壞的主要誘因，對堆積體的初始位移激發、間歇性蠕變、滑動變形以及失穩劇滑的各個階段都有很大影響，淺層堆積物坡體特定的物質組成以及厚度條件決定了其特殊的親雨性，故降雨是影響該地區斜坡穩定性的重要因素。

2.2 水的因素

據調查，本段多為淺層覆蓋型滑坡，滑動面多為基巖面。水對邊坡的影響主要表現在兩個方面：一是降雨入滲進入松散土體后，土體容重增加，且使接觸面巖土體軟化及潤滑，巖土體抗剪強度急劇降低，滑動面摩擦系數減小，由此形成軟弱面，穩定性急劇下降而產生位移變形，從而誘發滑坡的發生；二是降雨使得坡體內的地下潛水面抬升，產生浮托力，且當降雨時間長，強度大，雨水來不及入滲或者遇到隔水層的阻擋，會對坡面沖刷和在坡體內形成地下滲流，而一定的水力梯度形成的動水壓力增加了孔隙水滲流方向的滑動力[4]。

2.3 地層巖性

巖性是滑坡形成的物質基礎，特別是巖性結構，力學性質特征等對滑坡形成起著重要作用，本段斜坡及滑坡基本上有一共同點，那就是地表坡體主要為第四系坡積土、殘積土，結構比較松散、孔隙發育、多大孔隙、滲透性比較好，在水的作用下其性質能發生較大變化，抗剪強度低，力學性質差；下伏志留系頁巖，基巖面多為第四系沉積前的侵蝕、剝蝕斜面及緩坡，與上部土體在結構上存在明顯差異，一般為隔水層，表層在一些外在因素影響下易形成軟弱面，這就為滑坡形成提供了很好的條件。

2.4 人為因素

據統計，50%以上的滑坡事件與人類活動有著直接或間接的關系[5]。人類活動能力日益劇增，在大型土工活動中，由于開挖斜坡坡腳、堆載、棄土、爆破、破壞植被等，使邊坡中的土體內部應力發生變化，或由于開挖使土體的應力發生變化，造成工程滑坡的事例比比皆是，比如上面提到的向家崗滑坡群，就是因為張桑公路修建開挖坡體及爆破所致。

2.5 地質構造

巖體構造和產狀對山坡的穩定、滑動面的形成、發展影響很大，一般堆積層和下伏巖層接觸面越陡，則其下滑力越大，滑坡發生的可能性也愈大。巖層產狀對基巖順層滑坡影響較大，尤其巖層傾角大于10°小于30°，傾向坡外且傾角略小于坡角時，更容易失穩，如唐坊滑坡就屬于基巖順層滑坡，坡體自然坡角20°～25°，巖層產狀N12°W/24°N，坡體方向同巖層傾向相同，根據赤平投影，此類邊坡穩定性較差。

2.6 地形地貌

本段地處中低山區，微地貌為山前斜坡，自然坡度15°～35°，溝谷發育，為滑坡的形成提供了有利的地形及自由空間。從局部地形可以看出，下陡中緩上陡的山坡和山坡上部成馬蹄形或簸箕狀地形，既有利于地表水匯集，又有利于地下水某一部位聚集漫延的地形地質條件，極易產生堆積滑坡。

3 不穩定斜坡及滑坡的穩定性分析

在漫長的地質歷史時期，斜坡的穩定是相對的，而不穩定是絕對的，隨著地質條件的不斷變化，巖土體內部應力不斷調整，斜坡的穩定也是不斷變化。本次地質調查將不穩定斜坡也作為重點調查對象，就是擔心其將來對工程建設造成重大影響。邊坡穩定性分析方法很多，大致可以分為兩大類：定性分析方法和定量分析方法。由于本次屬于地質選線階段，且沿線滑坡分布較多，故本文主要進行定性分析，并選取典型滑坡進行定量分析來驗證定性分析的準確性。

不穩定斜坡主要是分析其邊坡可能的變形破壞方式及失穩的力學機制和引起滑動的最主要因素。如橋頭村不穩定斜坡體，目前基本處于穩定狀態，但是外界因素改變其地質條件后，如持續降雨，雨水進入到堆積體后，受到頁巖的阻擋無法入滲，則在靠近基巖頂板附近形成上層滯水，這些水不但可以軟化頁巖，使其強度降低，而且形成靜水和動水壓力，且該部位多為坡積黏性土加少量碎石，為堆積體邊坡的軟弱地帶，斜坡的整體性及穩定性受此軟弱帶的形狀和坡度控制，因此滑坡總是沿該面滑動，其變形破壞方式則為平滑性滑動。

滑坡主要對其成因及演化歷史進行分析，從而給出被評價邊坡一個穩定性狀況及其可能發展趨勢的定性[6]。向家崗2號滑坡系工程引起的滑坡，據村民介紹，自從公路修建后，滑坡裂縫就開始出現，且逐年增多，特別是雨季時裂縫發展較快。根據現場調查，滑坡現在已經出現滑坡后壁，后壁為新鮮未風化頁巖，后緣裂縫較為發育，滑坡體張拉裂縫較多，前緣橫向裂縫較為發育，裂縫寬度1～8 cm，滑坡體上房屋開裂明顯，部分房屋已經倒塌，滑坡前緣砌筑擋土墻但未能阻止滑坡蠕動。本次通過對該滑坡的勘察、取樣及參數分析(表3)，采用geo-slope軟件[7]對向家崗2號滑坡進行計算，并通過軟件來搜索滑面以及分析其穩定性，其結果基本符合定性分析。滑坡剖面見圖1，穩定性分析結果見圖2。

表3 向家崗2號滑坡物理力學參數及穩定系數

圖1 向家崗2號滑坡剖面示意

圖2 Geo-slope向家崗2號滑坡穩定性分析

通過上述實例可以看出，水對該滑坡影響很大，在降雨條件下，滑坡處于極限平衡狀態，且滑坡穩定系數較天然狀態下下降較多，這也就驗證了定性分析以及調查時雨季滑坡裂縫發展較快的結論，因此只有找出影響滑坡的主要因素，并采取相應措施，則能起到事半功倍的效果，同時滑坡分析應結合地形地貌、堆積土的成分及構造，地質構造和人為因素等，綜合分析邊坡的歷史過程，給出穩定現狀評價。

4 不穩定斜坡及滑坡對鐵路選線影響

由于斜坡的穩定性對鐵路的修建以及后期運營有極大影響，所以鐵路工程對地基及邊坡的穩定性要求較高，故鐵路修建應盡量避開大型不穩定斜坡及滑坡。本地段不穩定斜坡一般安全系數較低，如果在此類斜坡上修建工程，不管是路基、橋梁或者隧道，都會對其造成影響，比如施工開挖坡腳會造成抗滑力降低，爆破振動會影響巖土體的結構等等，都會不同程度的改變斜坡的原有地質環境，再加上一些外在因素，則很可能會造成工程滑坡，對工程修建造成極大危害。

5 合理的選線原則

山區鐵路的地質選線一直是鐵路選線的難點，特別是不良地質發育地段，更是難中之難，所以選線時，最重要的一點就是要加強地質工作，進行詳細的野外地質調查和資料分析，采用多種方法對斜坡的穩定性評價，分析斜坡對鐵路修建的影響，根據其特點，規律等，選擇相應的處理方法。選線時應注意以下幾點。

(1)對于分布較多，規模較大、工程地質條件差、施工難以處理或者對后期運營危害較大的不穩定斜坡或者滑坡，線路要堅決予以繞避。

(2)在越嶺、河谷地段選線，一般滑坡、崩塌、順層等不良地質發育，如將線路選在不良地質和潛在不穩定斜坡地帶，可能會造成線路改線或者施工、運營中造成重大人員傷亡，所以在前期方案選線時，要高度重視，仔細調查，選擇技術上可行，經濟合理的方案。如初測本段線路部分路基以及隧道口位于不穩定斜坡及滑坡上，當通過詳細地質調查和分析后，判定此不穩定斜坡及滑坡會對將來施工造成重大影響，所以定測進行了改線，對此兩處滑坡進行了繞避(圖3)。

圖3 黔張常鐵路局部地段選線示意

(3)選線時應盡量考慮各種工程設置的特點，盡量避免大開大挖，堅決禁止開挖坡腳或者在坡體上方加載等不適當的施工措施，應考慮當環境發生變化時斜坡的穩定性以及斜坡對工程修建的影響[8]。

(4)工程選線階段的地質工作必須達到足夠深度，尤其復雜的山區選線，地質情況多隱蔽地下，不投入應有的工作量和進行較為細致的研究是難以查清的，對重要問題一旦有所疏漏，常常會造成嚴重后果。所以要采用多種方法來探明各種地質體的規律、成因、特點，評價對其線路的影響程度，對方案有控制作用的不良地質發育地段，加強地質調查，一定要查清其地質條件和不良地質發育規律，給線路提供一個安全的地質廊道。

6 結論

根據對黔張常鐵路的地質調查和分析，充分認識本地區不穩定斜坡及滑坡的特點和穩定性，根據其形成成因、物質成分、地層結構、力學特性及變形特點，并考慮了工程建設及以后運行期可能改變邊坡穩定邊界條件的各種因素，綜合分析斜坡的歷史過程及自然邊坡穩定現狀，找出影響邊坡穩定的最主要因素，為線路的優化和滑坡的防治提供了可靠依據，進而提出了在該類地區選線時應注意的問題及選線原則，對工程進行合理設置或治理都有重要的現實意義。

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Influence of Zhangjiajie Area Unstable Slope and Landslide on Qianzhangchang Railway Route Selection

LIU Wei-bin

(Shaanxi Railway Engineering Survey Co.， Ltd.， Baoji 721001)

Through researching and analyzing of the unstable slope and landslide of zhangjiajie area along Qianzhangchang railway， this paper summarizes the distribution characteristics of the unstable slope and landslide， the formation mechanism and the main influencing factors. A stability analysis of the side slope， and a quantitative analysis of selected a typical profile are carried out. Meanwhile preliminary evaluation of the influence of the unstable slope and landside on engineering construction is conducted. Furthermore， forwarded are issues to be addressed and route selection principle observed. These have provided a solid theoretical foundation for the railway optimization and landslide prevention. At the same time， it is hoped that recognizing and understanding of the unstable lope will be consolidated and great attention drawn to it．

Railway route selection; Unstable slope; landslide; stability

2013-11-13；

：2014-01-03

劉衛斌(1984—)，男，工程師，2008年畢業于長安大學，工學學士，E-mail：liuweibin-1984@163.com。

1004-2954(2014)09-0001-04

U238； U212.32

：A

10.13238/j.issn.1004-2954.2014.09.001