達萬鐵路K78滑坡分析及治理

曹劍波，張劍彪

（中鐵二院重慶勘察設計研究院有限責任公司，重慶 400023）

達萬鐵路K78滑坡分析及治理

曹劍波，張劍彪

（中鐵二院重慶勘察設計研究院有限責任公司，重慶 400023）

滑坡是工程中一種常見的地質災害，嚴重影響鐵路運營安全。通過分析達萬鐵路K78滑坡特征、變形原因，進行了穩定性計算，然后對滑坡提出了治理措施，鐵路運營過程中未出現變形破壞。

基坑；有限元；樁錨支護；變形

達萬鐵路K78+230-300位于梁平縣文化鎮，鐵路在該段以路塹通過，左側為順層邊坡，前緣已采用擋墻支護。2009年對坡面進行掛網噴漿封閉，這些年該邊坡一直有變形跡象，砼護坡多次發生修補后變形開裂。2012年雨季變形進一步加劇，擋墻后側砼護坡產生了貫通性的裂縫，擋墻局部也發生外擠和開裂。文章對順層滑坡的產生、特征、穩定性進行了分析，并提出了相應的工程治理措施。

1 工程地質概況

1.1 地形地貌

滑坡區為構造剝蝕低山丘陵地貌，地面高程420～520m，相對高差約100m，自然橫坡10～30°。滑坡處于斜坡的中上部，前緣由于修鐵路時人工開挖為陡坎，中后緣斜坡相對較緩，坡度約為35°，坡面局部存在小的陡壁和小平臺。

1.2 地層巖性

滑坡區地層巖性總體較為簡單，上覆土層為第四系全新統殘坡積層下伏基巖為侏羅系沙溪廟組（J2s）的泥巖、砂巖為主，現將滑坡區的地層由新至老簡述如下：

（2）侏羅系沙溪廟組（J2s）。①泥巖：紫紅色夾灰綠色條帶及團塊，泥質結構，中厚層狀構造。主要由粘土礦物組成，局部含粉砂質條帶。強風化帶風化較為強烈，表層局部呈土狀；巖芯破碎多呈碎塊狀、碎屑狀，少量呈短柱狀，質軟；該層厚2.1～4.6m，中風化巖體完整，石質新鮮，相對強度較高，巖芯呈完整短柱狀、長柱狀，巖體產狀315°∠43°，該層在場地均有分布；②砂巖：灰白色、淺灰色，主要由石英、長石、云母等礦物組成。細～中粒結構，中厚層狀構造，鈣泥質膠結，強風化層巖體呈碎塊狀，強度低，輕敲易碎，局部成砂狀；中風化層巖質新鮮，巖芯連續完整，呈柱狀、長柱狀，巖質較硬。

1.3 地質構造及地震

滑坡區位于任市向斜北西翼，為簡單的單斜構造。巖層呈順坡向傾斜，巖層產狀305°∠43°，有多組節理發育，133°∠80°、248°∠84°、189°∠76°、220°∠76°。節理面順直且基本無沖填，裂寬1～3mm，延伸長度在0.5～32m。根據國家地震局《中國地震動峰值加速度區劃圖》（1∶40萬），該區地震動峰值加速度值為0.05g，地震動反應譜特征周期值為0.25s。

1.4 水文地質條件

地下水為松散土層孔隙水和基巖裂隙水。松散層孔隙水主要賦存于第四系殘坡積粉質粘性土夾碎塊石中。第四系土層厚度較小且排泄條件較好，該層賦水性較差，地下水不發育。基巖裂隙水主要賦存于風化裂隙和砂巖層內，由于泥巖為相對隔水層且排泄條件較好，泥巖中地下水不發育；砂巖賦水性較好，但由于場地砂巖上覆泥巖，砂巖內地下水受泥巖阻隔與地面連通性差，且前緣排泄條件較好，故砂巖中地下水也較貧乏，前緣的小河溝為地下水的最低排泄基準面。

2 滑坡工程地質特征

2.1 滑坡形態特征

滑坡地貌形態呈臺階狀起伏，滑坡后緣與兩側穩定地段均有基巖出露，左側為緩溝，右側為山脊；滑體中后緣斜坡坡度均較陡，地面縱向坡度在35°左右，局部存在小的平臺與陡壁，前緣經修鐵路時的人工開挖并修筑人工護墻，護墻坡度約85°。

滑體平面形態略呈半長圓型，中前緣較寬，后緣稍窄，后緣邊界呈圓弧形（見圖1）。后緣最高516.14m，前緣高477.75m，縱向最長約67m，橫向最寬約70m，面積5850m2；滑體厚度一般0～6.2m，平均厚度在4.0m左右，該滑坡的滑體體積為2.34×104m3。滑動變形方向263°。該滑坡為前緣牽引式巖質滑坡（見圖1）。

圖1 達萬鐵路K78+230-300左側滑坡工點平面圖

2.2 滑體物質組成

滑體物質主要由粉質粘土、強風化的泥巖和砂巖碎裂巖塊組成，粉質粘土呈黃褐色、淺紫紅色夾少量砂泥巖風化碎石。土體多呈硬塑狀，碎石分布不均，含量一般10%～25%，多呈棱角狀～次棱角狀，該層在場地中后緣有分布，最厚約1.4m。

強風化巖和砂巖碎裂巖塊多呈碎塊狀，風化裂隙和構造節理極為發育。經測繪場地內有5組節理發育，133°∠80°、248°∠84°、189°∠76°、312°∠70°、220°∠76°，巖體多被切割成塊狀，部份泥巖強風化呈土狀，風化層厚度不一，一般在2.1～4.7m，據勘察揭露該層與下伏基巖中風化層界面處局部有擦痕。

3 滑坡變形歷史及變形特征

3.1 滑坡變形歷史

滑坡前緣護墻在修建時期曾出現過變形，后施工單位在局部護墻地段增設了錨桿。2009年雨季該處護墻又有變形跡象，護墻后側邊坡出現開裂，工務段對后側巖體邊坡進行了掛網噴漿護面。但掛網噴漿后不久，砼護坡面又出現了新的變形。這幾年來經過多次修補，裂縫反復產生，護墻的變形也進一步加大，墻面出現垂直和水平方向的多處裂縫，部份墻面擠壓外鼓。

3.2 滑坡變形特征

滑坡目前處于蠕動變形階段。滑體中前緣變形嚴重，護墻有多條縱向和橫向的裂縫產生，縱向裂縫基本貫通于整體護墻，最長約5.4m；橫向裂縫平行于鐵路方向，最長延伸約7.2m。護墻被擠壓后多處外鼓導致目前護墻墻面極不規則，局部有剪出現象，最大剪出位移約5cm。同時由于護墻外鼓造成墻體砂巖塊石多處存在崩脫現象；根據竣工資料原護墻設計坡率為1：0.25，約76°，經現場實測目前護墻極不規則，護墻面傾角從83.3°～85.6°不等。護墻實測數據及變形（見圖2）。

圖2 邊坡既有護墻立面圖

護墻后側變形特別明顯，護坡中前緣形成延伸長約80m的橫向貫通裂縫，發育于邊坡基巖陡壁與護墻后較緩斜坡交界處。該裂縫經施工單位多次處理，目前又全部外擠剪出，砼護坡最大外擠在20cm以上，掛網噴漿砼護坡面局部從護墻頂部剪出。同時護坡形成多條縱向的裂縫，護墻頂部附近的砼護坡基本脫離下部巖體。

滑坡后緣后側緩坡地表為殘坡積層覆蓋，覆蓋層表面全為樹葉、雜草，加之邊坡處于蠕動變形階段。故目前后緣可見變形不明顯，僅斜坡表面局部可見土體呈臺階狀；中后緣邊坡頂部溝底與溝壁均產生了開裂現象，裂縫長在3～5m，寬2～5mm，略向外傾，局部內側溝壁有外擠變形；水溝后側邊坡表層土體與底部巖體脫開，明顯有外擠剪出跡象。

4 滑體穩定性分析

4.1 滑坡原因分析

邊坡表層巖體破碎且有不利結構面存在，表層破碎巖體透水性好，底部的完整巖體為相對阻水層。地表水下滲后直接沿底部完整基巖面向下徑流。在地下水的逕流過程中，破碎巖體與完整巖體間緩慢形成了軟弱面。當地雨量主要集中在5到9月份，雨水入滲使巖土軟化，強度指標急劇降低，另外產生動水壓力和浮托力使滑體正應力下降；同時地表水入滲土體增大了滑坡體重量，降低了滑動面的抗剪強度，增大了下滑力。

該處原始地貌為緩斜坡，修建達萬鐵路時大開挖形成最高約27m的路塹邊坡，在施工爆破震動力作用下造成巖體部份閉合的節理張開，節理間的粘接力降低。同時邊坡巖體開挖后在前緣形成80°左右的巖石邊坡，巖體邊坡由強—中風化的泥巖組成，邊坡巖體自身的穩定性不足，而外側僅修建了護墻，不能對邊坡起到支撐作用，造成了邊坡前緣形成了高的臨空面，為邊坡提供了變形的空間。

4.2 滑坡穩定性計算

計算方法：根據滑坡體性質，破壞機理，采用極限剛體平衡理論的折線滑動法，即傳遞系數法來計算滑坡穩定性，計算公式如下：

式中：Fs為滑坡穩定性系數；ψj為傳遞系數；Ri為第i計算條塊的滑體抗滑力（kN/m）；Ti為作用于第i條塊滑體下滑力（kN/m）；Ni為第i條塊滑動面的法向上的反力（kN/m）；ci為第i條塊的粘聚力（kPa）；φi為第i條塊滑帶土的內摩擦角標準值（°）；Li為第i條塊滑動面的長度（m）；ai為第i計算條塊地下水流線平均傾角；為第i計算條塊單位寬度有效壓力（kN）；為第i計算條塊單位寬度總壓力（kN）；θi為第i條塊底面傾角（°）；反傾時取負值，PWi為第i計算條塊單位寬度的滲透壓力；作用方向傾角為ai（kN/m）。

圖3 滑坡驗算主軸斷面圖

將滑體分為4個滑塊，采用勘察得出滑動面進行穩定性分析及下滑力計算，滑坡主軸斷面（見圖3）。分天然狀態和長期降雨或暴雨兩種工況進行計算，根據室內試驗及參數反演，天然狀態下取C=31.0KPa，φ=22°，重度24.4kN/m3：長期降雨或暴雨狀態下取C=30.0KPa，φ=18°，重度24.7kN/m3。計算結果如表1所示，從表中可以看出，天然狀態下滑坡穩定系數Fs=1.17，滑坡處于穩定狀態；長期降雨或暴雨狀態Fs=1.02，滑坡處于欠穩定狀態。

表1 滑坡穩定性計算成果

5 滑坡整治措施

在達萬線K78+235～+300段新建C30鋼筋砼樁11根對該段坡面進行加固。樁間距中-中6.0m,樁身截面為1.5m×2.0m、1.5m×2.25m及1.75m×2.5m，樁長為15.3～21.9m。新建墻帶溝36m；新建天溝為135m。

6 結論

通過對達萬鐵路K78滑坡進行特征和穩定性分析，可以得到如下結論：①達萬鐵路K78滑坡為前緣牽引式巖質滑坡，地下水是主要誘因；②天然狀態下滑坡穩定系數Fs=1.17，滑坡處于穩定狀態；長期降雨或暴雨狀態Fs=1.02，滑坡處于欠穩定狀態；③既有鐵路滑坡病害治特征及穩定性分析是治理的依據，文章中的工程實例能為工程設計及施工提供類似參考。

[1]王恭先.滑坡與滑坡防止技術[M].北京:中國鐵道出版社,2004.

[2]鐵道部第一勘察設計院,鐵路工程地質手冊[M].北京:中國鐵道出版社,1999.

[3]喬建平,降雨滑坡預警的概率分析方法[J].工程地質學報,2009

[4]唐紅梅.重慶地區降雨型滑坡相關性分析及預報模型[J].中國地質災害與防治學報,2013.

TU94+3.2

A

2096-2789（2016）12-0023-03

曹劍波（1984-），男，湖南郴州人，研究方向：巖土工程勘察設計。