臨近鐵路軟質(zhì)巖邊坡滑坡成因機理及穩(wěn)定性分析

劉凱銳

（中鐵第四勘察設(shè)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(biāo)高為311.11 m，南側(cè)邊坡開挖最高標(biāo)高450 m，邊坡高約140 m，共16級邊坡。底部設(shè)置一排抗滑樁（樁頂標(biāo)高320 m），樁截面2.0 m×2.25 m，1級～3級邊坡設(shè)置框架錨桿，4級～16級邊坡設(shè)置噴混植生，坡率為1∶1.25，從南側(cè)至西側(cè)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(fēng)化為主，5級邊坡以下為云母片巖弱風(fēng)化層。

2 工程地質(zhì)條件

2.1 地形地貌

邊坡區(qū)屬鄂西北構(gòu)造侵蝕低山丘陵區(qū)，溝谷深切，高差較大，山坡自然坡度為30°，絕對標(biāo)高310.0 m～470 m，相對高差約160 m，植被較發(fā)育，多為雜草、樹木。

2.2 地層巖性

1）第四系全新統(tǒng)地層（Q4）。

②9-1碎石土（Qdl4）：主要分布于邊坡中部西側(cè)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(zhì)量分?jǐn)?shù)）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(zhì)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(zhì)量分?jǐn)?shù)）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(fēng)化，巖石組織結(jié)構(gòu)全部被破壞，僅外觀保持原巖狀態(tài)，巖石風(fēng)化呈土狀、砂狀，風(fēng)化裂隙很發(fā)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(fēng)化，鱗片變晶結(jié)構(gòu)，片狀構(gòu)造，主要成分云母、綠泥石和石英，裂隙極發(fā)育，裂隙面可見褐色鐵錳質(zhì)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(fēng)化，鱗片變晶結(jié)構(gòu)，片狀構(gòu)造，主要成分云母、綠泥石和石英，裂隙較發(fā)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(qū)普遍分布；成分均勻性一般，且風(fēng)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(zhì)量分?jǐn)?shù)）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(dǎo)致巖石強度差別較大。

2.3 地質(zhì)構(gòu)造

該區(qū)大地構(gòu)造單元為秦嶺褶皺系，武當(dāng)山復(fù)背斜，擬建場區(qū)位于夏家店倒轉(zhuǎn)背斜的北東翼，區(qū)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(qū)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(jù)現(xiàn)場測繪調(diào)查，邊坡場區(qū)東側(cè)、前緣巖層片理產(chǎn)狀260°∠75°，中部片理面陡傾。節(jié)理裂隙走向玫瑰花圖見圖1。

圖1 節(jié)理裂隙走向玫瑰花圖

根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查結(jié)果，滑坡區(qū)主要發(fā)育4組節(jié)理，巖層片巖、節(jié)理均為陡傾狀，各組節(jié)理發(fā)育情況如下：

①產(chǎn)狀73°∠72°，一組兩條，節(jié)理面平直，較光滑，微張，泥質(zhì)充填；

②產(chǎn)狀30°∠87°，一組三條，節(jié)理面折線狀，較粗糙，微張，無充填；

③產(chǎn)狀3°∠83°，一組三條，節(jié)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(chǎn)狀340°∠79°，一組三條～四條，節(jié)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(zhì)條件

區(qū)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(zhì)特征劃分為松散堆積層孔隙水、變質(zhì)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(qū)中上部的含碎石粉質(zhì)黏土和碎石土中。由于滑體物質(zhì)結(jié)構(gòu)及厚度上存在較大的差異，滑坡區(qū)由于所處部位不同，巖性及厚度變化較大，不同區(qū)段地下水賦水性各具特點。含碎石粉質(zhì)黏土構(gòu)成的滑體物質(zhì)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(fēng)化帶中，因巖體遭受風(fēng)化作用強烈，其節(jié)理裂隙較發(fā)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(fēng)化帶附近呈層狀分布。沿裂隙面向下運移，其排泄基準(zhǔn)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(qū)地下水的補、徑、排條件主要受本區(qū)的地形、地貌、地層巖性制約。植被發(fā)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(cè)向排泄補給溝谷、沖溝的形式排泄。降雨是本區(qū)地下水的主要補給來源，地下水動態(tài)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(zhì)黏土結(jié)構(gòu)松散，結(jié)合經(jīng)驗，滲透系數(shù)（K）為2.6×10-3cm/s～6.9×10-3cm/s，為中等透水。

滑體中全風(fēng)化云母石英片巖、強風(fēng)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(fēng)化云母石英片巖，節(jié)理裂隙少量發(fā)育，巖體較完整，可視為相對隔水層。

5）水化學(xué)特征。

本次勘查在ZK2，ZK4鉆孔取水樣兩組，依據(jù)GB 50021—2001（2009版）巖土工程勘察規(guī)范的有關(guān)規(guī)定，場地環(huán)境類型屬Ⅰ類，經(jīng)試驗檢驗，根據(jù)GB 50021—2001判定，地下水對混凝土結(jié)構(gòu)在Ⅰ類環(huán)境有弱腐蝕，其他環(huán)境有微腐蝕；對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋有微腐蝕。

3 滑坡形成機制及工程地質(zhì)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(cè)第9級、10級邊坡處出現(xiàn)局部滑塌，邊坡其他觀測樁數(shù)據(jù)正常。

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

圖2 現(xiàn)場滑坡分布圖

圖3 現(xiàn)場滑坡后緣拉裂圖

各類變形現(xiàn)象遍布整個滑體，在強降雨后期已接近臨界滑動狀態(tài)。滑坡變形呈現(xiàn)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(xiàn)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(tài)及物質(zhì)組成

滑體形態(tài)主要為近南北向分布，南北向長230 m，東西向?qū)?0 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(zhì)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(cè)部剪切裂縫發(fā)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(xiàn)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(cè)至沖溝漸滅，東側(cè)順坡向轉(zhuǎn)向漸滅。滑坡西側(cè)緣受沖溝控制，東側(cè)緣位于坡向轉(zhuǎn)折部位。滑坡在前緣西側(cè)、東側(cè)及中前部剪出。

滑體物質(zhì)主要為全～強風(fēng)化云母石英片巖為主，局部表層為碎石土、粉質(zhì)黏土。邊坡中部西側(cè)表層碎石土、粉質(zhì)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(fēng)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(cè)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(guān)重要，根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查、地質(zhì)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(shè)，鉆探揭示其中全風(fēng)化厚2 m～3 m，強風(fēng)化層6 m～18.0 m，其中ZK3，ZK8孔在強風(fēng)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。可判斷滑面深未超過強風(fēng)化層與弱風(fēng)化分界面，滑坡下緣在上部滑體推動下局部切入弱風(fēng)化層（見圖5）。

2）孔內(nèi)測斜。

鉆孔完成9孔，埋設(shè)測斜儀9孔（人工監(jiān)測），從最早6月2日開始監(jiān)測數(shù)據(jù)，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(fēng)化層分界線基本一致。

5月29日設(shè)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(jiān)測點存在上拱，與現(xiàn)場測繪滑坡東側(cè)邊緣及前緣受擠壓一致，并可以判斷為滑坡剪出口。14-3監(jiān)測點豎向沉降及水平位移最大，所有監(jiān)測數(shù)據(jù)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(fēng)化和弱風(fēng)化分界線處，滑體物質(zhì)主要為全～強風(fēng)化云母石英片巖，局部表層為碎石土、粉質(zhì)黏土；滑帶主要發(fā)育在強風(fēng)化云母石英片巖中；滑床物質(zhì)成分主要為弱風(fēng)化云母石英片巖。滑坡體呈長舌形，屬中型中層巖質(zhì)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(fēng)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(zhì)環(huán)境條件下形成和發(fā)生的，其形成主要受地形地貌、地層巖性、地質(zhì)構(gòu)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(fēng)化為主，屬于軟質(zhì)巖，云母含量較高，其強度較低，抗風(fēng)化能力弱，遇水軟化嚴(yán)重；巖層節(jié)理裂隙極其發(fā)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(yīng)力釋放造成局部傾倒、垮塌及蠕變變形；該處施工環(huán)境復(fù)雜（臨近施工較多、爆破施工），影響因素較多；該地區(qū)每年3月～5月份連續(xù)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(nèi)摩擦角突降，下滑力加大，抗滑力減少，滑坡穩(wěn)定系數(shù)在短時間內(nèi)降低，邊坡可能失穩(wěn)。

邊坡不同的巖性結(jié)構(gòu)的巖土體其含水透水性各異，對斜坡穩(wěn)定性的影響程度也各具特點［1-2］。滑體表層碎石土受中部強風(fēng)化云母石英片巖阻隔透水飽水是引起中部西側(cè)滑體表層局部滑塌的原因（塌滑處）。中部強風(fēng)化云母石英片巖裂隙發(fā)育分布不均勻，裂隙貫通區(qū)域的雨水在長時間降雨受下伏弱風(fēng)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(zhì)條件下，受外界因素干擾，雨水天氣為外界的綜合誘導(dǎo)因素多重作用下而形成。

3.5 滑坡穩(wěn)定性分析評價

巖質(zhì)邊坡的破壞大多是沿著巖體中軟弱結(jié)構(gòu)面發(fā)生的，主要是沿著層面、節(jié)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(jié)構(gòu)面發(fā)育、產(chǎn)狀及其與臨空面的組合關(guān)系上進行分析，可以初步定性判斷巖體的穩(wěn)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(wěn)定性赤平投影分析

表3 裂隙、結(jié)構(gòu)面傾向傾角一覽表

通過各單一結(jié)構(gòu)面和各組合結(jié)構(gòu)面對邊坡穩(wěn)定性影響進行分析：

1）單一結(jié)構(gòu)面分析：節(jié)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(wěn)的可能性較小，但可能產(chǎn)生局部滑動；節(jié)理J①與坡面近似同向，且傾角大于坡度，滑動可能性較小；巖層D相對邊坡內(nèi)傾，穩(wěn)定，滑動可能性小。

2）多組結(jié)構(gòu)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(cè)，且在cs（開挖坡面）內(nèi)側(cè)，說明結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(wěn)定結(jié)構(gòu)狀態(tài)；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(cè)，屬于最穩(wěn)定狀態(tài)。

結(jié)合現(xiàn)場情況，中后緣均發(fā)現(xiàn)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(jié)構(gòu)較為穩(wěn)定，但滑坡體主要為云母石英片巖強風(fēng)化層，多為散體結(jié)構(gòu)，邊坡整體較高，當(dāng)存在局部陡于節(jié)理傾角開挖臨空面時，依然會發(fā)生垮塌及傾倒，進一步牽引上部松散體，最終導(dǎo)致整個邊坡的滑移。正是因為有利結(jié)構(gòu)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(jié)論

1）滑坡滑體物質(zhì)主要為全～強風(fēng)化云母石英片巖，局部表層為碎石土、粉質(zhì)黏土；滑帶主要發(fā)育在強風(fēng)化云母石英片巖（Pt）中；滑床物質(zhì)成分主要為弱風(fēng)化云母石英片巖。灰綠色，鱗片變晶結(jié)構(gòu)，片狀構(gòu)造，節(jié)理裂隙少量發(fā)育。滑坡體呈長舌形，屬中型中層巖質(zhì)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(fēng)化）受中部強風(fēng)化云母石英片巖阻隔透水飽水是引起中部西側(cè)滑體表層局部滑塌的原因（塌滑處）。中部強風(fēng)化云母石英片巖裂隙發(fā)育分布不均勻，裂隙貫通區(qū)域的雨水在長時間降雨受下伏弱風(fēng)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。滑坡的形成與演變，屬于特定地質(zhì)條件下，受外界因素干擾，雨水天氣為外界的綜合誘導(dǎo)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(jié)構(gòu)較為穩(wěn)定，但滑坡體主要為云母石英片巖強風(fēng)化層，多為散體結(jié)構(gòu)，邊坡整體較高，當(dāng)存在局部陡于節(jié)理傾角開挖臨空面時，依然會發(fā)生垮塌及傾倒，進一步牽引上部松散體，最終導(dǎo)致整個邊坡的滑移。

4）后續(xù)滑坡治理可根據(jù)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］。