大理市某工程搬遷項目邊坡變形特征分析

張 華，張雪芹，楊 波

(1.云南南方地勘工程有限公司，云南 大理 671000；2.云南省地質礦產勘查院，云南 昆明 650051；3.云南地礦工程勘察集團有限公司 云南 昆明 650051)

紅層是一種外觀以紅色為主色調的陸相碎屑沉積建造，滇西紅層主要為云南西部地區侏羅系及白堊系碎屑沉積建造。巖性多以紫紅色泥巖、粉砂質泥巖、粉砂巖及細砂巖等為主，具有透水性弱、親水性強，遇水易軟化、塑變，抗風化能力弱，易崩解等特性。主要分布于蘭坪-思茅一帶，呈北西-東南向展布，分為北區及南區。北區主要分布于瀾滄江以東蘭坪、劍川、永平及大理一帶[1]。滇西紅層工程性質差，極易產生邊坡滑移、垮塌失穩，場區擾動后形成滑坡、泥石流及堆積體的風險較高，易于發生地質災害。

大理市殯儀館搬遷項目邊坡區為典型的滇西碎屑沉積建造。通過對項目邊坡現場調查和地質勘察，分析該邊坡(1#～4#邊坡)的工程地質條件、水文地質條件、巖土體結構和工程地質特性及變形破壞跡象、邊坡變形破壞模式，提出了合理的邊坡治理方案，旨在為滇西紅層區邊坡破壞分析提供理論分析及實際工程中邊坡治理提供參考。

1 邊坡區特征分析

1.1 邊坡區工程地質條件

研究區位于大理盆地南東部，洱海南東岸關巍公路5.5Km處，處于三江褶皺系結合部的臺緣凹陷最南端，西洱海斷裂及獅子山斷裂挾持帶內。屬構造剝蝕低中山斜坡地貌，山體自然坡度8°～35°。區內雨量充沛，多年平均降雨量1051.1mm，雨季集中在6～9月，占全年降雨量的84%以上。巖體在干濕交替的作用下膨脹和開裂，強度降低，為滇西紅層地質災害的高發期。

擬建場地占地面積約67322.67m2，建筑面積約24000m2，場地規劃整體呈臺階狀，處于陡坡上，地形地貌復雜，用地面積有限，規劃建筑較密集，高邊坡所占比例較大。斜坡地形坡度約25°～35°，坡頂位于分水嶺，高程2325m，前緣溝谷平緩，寬度50m～80m，高差190m，斜坡長約610m，寬約225m。擬建場地位于斜坡中部(圖1、圖2)，地形較緩，局部為緩坡平臺，斜坡上部、下部坡度較陡，呈上陡，中緩，下陡地形。大部分基巖出露，局部覆蓋層2m～7m，主要由碎石土、粉質黏土組成，基巖為侏羅系上統壩注路組(J3b)泥巖、粉砂巖、砂巖等。據斜坡區主要巖土參數(表1)，工程地質特性：①巖體風化強烈，風化物多呈紅色，膠結物以鈣質、鐵質為主，膠結程度差；②含黏土礦物，具有脹縮性，親水性較強，透水性較弱，遇水易軟化、膨脹，易崩解、開裂。為典型滇西紅層工程地質特性[2]。

表1 擬建場區主要巖土參數表Tab 1.Main Geotechnique Parameter of Draft Construction Field

圖1 勘察工作平面布置圖Fig 1.Exploration Arrangement Map1-勘察剖面及編號；2-鉆孔編號及深度(m)；3-邊坡及編號；4-沖溝及編號；5-用地紅線；6-地下室范圍；7-規劃建筑；8-規劃道路；9-鋪磚；10-室內±0.00標高；11-規劃設計擋土墻；12-侏羅系上統壩注路組；13-泉點及編號

圖2 4-4典型剖面邊坡變形特征斷面圖Fig 2.Typical Section4-4 of Side Slope Deformation Characteristics1-殘坡積土；2-泥巖；3-粉砂巖；4-砂巖；5-地層編號；6-第四系殘坡積層；7-侏羅系上統壩注路組；8-邊坡范圍及編號；9-鉆孔編號及深度(m)；10-剖面走向；11-巖層產狀；12-地形線；13-巖層界線及分層厚度；14-水位線及水位深度；15-取樣及取樣深度；16-預計邊坡坡面線

根據勘查結果，邊坡范圍內分布主要為第四系全新統人工堆積填土、殘坡積含角礫粉質粘土及侏羅系上統壩注路組全風化泥質、粉砂巖及砂巖。以各巖土體分界面及巖層內軟弱面作為潛在滑動面邊坡穩定性評價。各邊坡工程地質特征如下：

1#邊坡：土、巖體結構挖方邊坡，位于擬建場地最高點(東側)。地形坡度約45°，高差6.1m～11.5m，坡向274°，平面為弧形。邊坡坡長約5.5m～12.2m，寬約91.2m，面積816m2，潛在滑移體厚2.5m～4.5m，體積約0.29×104m3。

2#邊坡：土、巖體結構挖方邊坡。開挖后地形坡度約59°，高差9.02m～15.41m，坡向274°，平面為直線。邊坡坡長約10m～20m，寬約64.1m，面積961.5m2，潛在滑移體厚2.5m～5.5m，體積約0.38×104m3。

3#邊坡為擬建場地中部，為一挖方邊坡，坡頂距上方建筑區距離較遠，存在較大的削坡空間。開挖后地形坡度約59°，高差7.4m～16.3m，坡向274°，平面為直線。坡長約18.1m～27.0m，寬約215.80m，面積4866.29m2，潛在滑移體厚3.2m～8.4m，體積約2.82×104m3。

4#邊坡：開挖后邊坡垂直高差7.3m～12.3m，坡向274°，平面為直線。邊坡坡長約8.1m～10.5m，寬約189.4 m，面積1761.42m2，潛在滑移體厚4.8 m～7.2m，體積約1.06×104m3。

1.2 邊坡穩定性分析

評價邊坡穩定性主要有極限平衡法、有限單元法、離散單元法及概率分析法，其中以極限平衡分析法在工程實踐中使用最多。其要點是：首先根據具體情況假定破壞面(滑面)形狀，而不是按塑性理論計算得到；其次破壞面內巖土體不需要滿足塑性條件，僅需在滑動面上滿足塑性條件即可(亦即把坡體當作剛體來處理)，而不是塑性理論要求坡體內部每一點均需滿足塑性條件。對巖土體進行穩定性評價時，首先假設滑面，可為各種形態；然后根據滑面確定極限抗力，再求得穩定系數。由于滑面是假設的，具有較大的不確定性，各個滑面所求得的安全系數可能會有較大差異，其最小值最接近于問題的解答，相應破壞面就是該坡最危險滑面。規范推薦和生產實際中常用的方法有一般條分法、簡布(Janbu)法和不平衡推力法等。

假定滑面后，滑面的幾何參數、物理力學參數都為已知值。因此，為了達到平衡并能求得穩定性系數，需要求得的未知量有：每一層土條滑面上的豎向作用力、土條之間的作用力等。如果考慮條間水平和豎直作用力的作用，則坡體穩定性計算變為超靜定問題，欲求得穩定性系數必須引入合理的假設或者適當的協調條件，如土體的應力-應變關系，而土體的應力應變關系較為復雜，不便于工程應用，通常的穩定性評價都是通過簡化假設以減少未知量，這類假設大致有以下三種。

①假定條間的豎向作用力為零，較為典型的有畢肖普法；

②假定條間作用力方向，如不平衡推力傳遞法、斯賓塞法、薩爾瑪法；

③假定條間力作用點的位置，如Janbu法等。

通過以上假設，超靜定問題轉化為靜定問題，求得穩定性系數。

研究區1#-4#邊坡最不利，工況破裂面主要位于全風化基巖層以及巖土界面。采用圓弧法、折線法進行穩定性分析及推力計算，計算時取滑塊單寬為1.0m，簡化為二維問題進行計算。

圓弧法(簡化Bishop)穩定系數

整體斜坡：一般工況下穩定系數Kf=1.35～1.51，處于穩定狀態；暴雨工況下穩定系數Kf=1.05～1.15，處于基本穩定-穩定狀態。即整個山坡一般工況下穩定，在特殊暴雨天氣下基本穩定-穩定。山坡自身穩定性較好，無需進行整治。

1#邊坡：一般工況下穩定系數Kf=1.021～1.166，處于欠穩定-基本穩定狀態。

2#邊坡：一般工況下穩定系數Kf=0.836，處于不穩定狀態。

2#-1和2#-2邊坡：整體深層一般工況下穩定系數Kf=3.75，處于穩定狀態；整體淺層一般工況下穩定系數Kf=1.07，處于基本穩定狀態。2#-1一般工況下穩定系數Kf=0.856，處于不穩定狀態；2#-2一般工況下穩定系數Kf=0.860，處于不穩定狀態。

3#邊坡：一般工況下穩定系數多為Kf=0.854～0.909，處于不穩定狀態，局部基本穩定。

4#邊坡：一般工況下穩定系數Kf=0.20～0.948，處于不穩定狀態，局部基本穩定。

1.3 邊坡變形發展趨勢

1#邊坡：地層以全強風化泥巖為主，坡高差6.1 m～11.5m，為建筑上方的挖方邊坡，天然狀態下基本穩定，靠近溝谷部位可能出水。一般工況下穩定系數Kf=1.021～1.166，處于欠穩定-基本穩定狀態。附加安全系數后邊坡剩余下滑力較小，地震工況推力小于一般工況，即一般工況為最危險工況。該邊坡規模較小，推力較小，一般工況下可能出現局部坍滑，需要護坡工程。

2#邊坡：地層以全強風化泥巖為主，坡高差9.02m～15.41m，為建筑下方、道路上方的挖方邊坡，天然狀態下基本穩定，靠近溝谷部位可能出水。一般工況下穩定系數Kf=0.836，處于不穩定狀態。即開挖后一般工況下邊坡即將失穩，在地震等不利因素下，邊坡可能加劇破壞，需要整治。

3#邊坡：地層以全強風化泥巖為主，坡高差7.4m～16.30m，為建筑上方的挖方邊坡，邊坡局部出露泉點，特別是1#火化車間位置，天然狀態下邊坡可能沿著最不利工況破裂面發生變形破壞。一般工況下穩定系數多為Kf=0.854～0.909，處于不穩定狀態，邊坡將失穩，在地震等作用下將加劇。需整治。

4#邊坡：地層以全強風化泥巖為主，坡高差7.3m～12.30m，為建筑上方的挖方邊坡，該邊坡多處出露泉點，泉點基本在一個高程基準上，天然狀態下邊坡可能沿著最不利工況破裂面發生變形破壞。一般工況下穩定系數Kf=0.20～0.948，處于不穩定狀態，局部基本穩定。邊坡將失穩，在地震等作用下將加劇。需進行整治。

1.4 方案分析

方案設計遵循原則：支護科學，技術優化，安全可靠，經濟合理、施工便捷。整體思路：1#邊坡穩定性相對較好，邊坡規模較小，剩余下滑力較小，可采用錨桿框格梁+護腳擋土墻整治方案；2#邊坡上方存在放坡條件，可采用錨索框格梁+護腳擋土墻整治方案；設計的挖方邊坡以3#邊坡和4#邊坡為主，其中3#邊坡目前雖局部進行了適量開挖，但坡后方放坡空間較大，可對放坡坡度進行修正，邊坡巖性以全強風化泥巖和灰黃色全強風化砂巖為主，承載力較好，可采用錨索框格梁支護；4#邊坡由于已進行開挖，坡頂規劃道路所在位置原生土被挖除，即從坡腳工程位置期需回填一部分至規劃道路，最終坡面將被填土覆蓋，不宜采用框格粱，采用樁板墻支護。圖3。

圖3 4-4典型剖面設計縱斷面圖Fig 3.Design Longitudinal Section of Typical Section 4-41-殘坡積土；2-泥巖；3-粉砂巖；4-砂巖；5-地層編號；6-第四系殘坡積層；7-侏羅系上統壩注路組；8-邊坡范圍及編號；9-鉆孔編號及深度(m)；10-剖面走向；11-巖層產狀；12-地形線；13-巖層界線及分層厚度；14-水位線及水位深度；15-最不利滑動面；16-規劃設計擋墻；17-擬建錨拉抗滑樁；18-擬建樁頂冠梁

2 滇西紅層工程地質特性及孕災分析

紅層屬陸相碎屑巖沉積建造，巖石在干熱氣候條件下經強烈風化，原有礦物成分氧化經沉積最終形成紅層地層。滇西紅層主要為侏羅系及白堊系。巖性多以紫紅色泥巖、粉砂質泥巖、粉砂巖及細砂巖等為主，巖石主要成分包括碎屑礦物及粘土礦物。

粘土礦物具有較強的吸水性，吸水后碎屑顆粒之間聯結弱化、崩解。 同時基巖在吸水膨脹、 失水收縮后膠結性變差，風化程度加快，各項力學指標降低，巖土強度參數飽和值較天然值最大減弱近34%，粘聚力減弱更為明顯(表1)，從而產生山體崩塌、滑移失穩破壞。

3 結語

(1)邊坡基巖由侏羅系上統壩注路組(J3b)泥巖、 粉砂巖、 砂巖組成，滇西紅層特殊的軟巖性質決定了巖體風化速度較快、風化帶較厚、巖體抗剪強度較低，為邊坡的局部塊體和整體失穩提供了基本條件。

(2)基于邊坡變形破壞機制提出截排水溝+錨索框格梁+錨索抗滑樁整治措施。

(3)滇西紅層具有親水性較強、透水性弱、遇水易軟化等特征，工程建設中應深入分析紅層特征，加強勘察設計工作，做好選址、勘查、設計、施工工程建設全周期的風險管控。