資陽市某紅層隧道洞口滑坡特征分析

摘要 四川盆地內，近水平紅層軟巖廣布，工程實踐中多次發生不同規模的滑坡，其滑動面傾角多小于滑帶土的內摩擦角。以資陽市某交通工程隧道洞口施工過程中產生滑坡為例，結合勘察資料（測繪、鉆探）、施工資料以及監控量測資料（坡面監測、鉆孔測斜、裂縫測量），對該滑坡的變形破壞特征、影響因素、穩定性等進行了分析，得出該滑坡是在不利的地質條件、水文條件下，由施工擾動誘發的滑坡，采取支擋、反壓措施后趨于穩定。

關鍵詞 紅層軟巖； 滑坡； 監控量測； 穩定性分析

中圖分類號 P642.22 文獻標志碼 A

0引言

紅層軟巖廣泛分布于四川盆地，巖性以白堊系、侏羅系砂巖、砂泥巖、泥巖、頁巖為主，巖層產狀水平或近水平。根據已有研究成果，在紅層地區，降雨對邊坡穩定性影響顯著［1］，由于隧道洞口、邊坡開挖等施工擾動時常誘發規模大小不一的滑坡［2-3］，嚴重影響施工安全。耿興福等［4］、程強等［5］分別對紅層軟巖滑坡的成因機制、紅層邊坡開挖后的變形破壞特征進行了詳細的描述，并總結歸納了近水平紅層邊坡變形破壞型式，但均局限于理論研究和總結，未結合具體實例和監測數據。宋磊［6］則從細微觀角度對紅層軟巖遇水軟化的機理進行了深入的研究。監控量測方面，衛星遙感、無人機航拍、LiDAR、地表位移監測等技術手段，在滑坡監測、預警方面取得了顯著成效［7-9］，但由于紅層軟巖的特殊性，一般技術手段難以準確判斷滑面位置等基礎地質信息，鉆孔測斜能詳細的監測到不同深度的位移情況，進而準確反映滑體不同深度的變形特征［10］。本文結合某隧道進口處因高邊坡開挖致使的滑坡實例，利用勘察、施工、監測資料對該滑坡的特征進行分析。

1地質概況

該隧道工程位于龍泉山東側資陽市雁江區，屬典型的紅層淺丘地貌，海拔高程在362～465 m之間，相對高差15～70 m；中心地理坐標104°34′23.48″，30°10′47.83″，屬中亞熱帶濕潤季風氣候，四季分明，年降水量 950 mm左右，降雨主要集中在6～9月，各月平均降水量如圖1所示。

研究區內無明顯線性構造，無大的地質構造帶或斷裂帶通過。工點范圍內地層相對簡單，主要為第四系全新統坡殘積粉質黏土和侏羅系上統蓬萊鎮組泥巖，詳細描述為：

第四系全新統坡殘積（Q₄^dl+el）粉質黏土：褐紅色，硬塑，主要成分以粘粒為主，為泥巖風化產物。

侏羅系上統蓬萊鎮組（J3p）泥巖：褐紅、紫紅色，強-中風化，泥質結構，薄層狀構造，產狀近水平，節理裂隙發育，巖質軟，巖心較破碎，取芯呈短柱狀及塊狀；滲透系數為0.027～2.010 m/d，屬弱—中等透水層，巖質軟，裂隙多為微張或閉合狀，透水性性較差。

2滑坡特征及監控量測

2.1滑坡特征

該滑坡發生于隧道進口處。圖2顯示：該隧道工程進口位于山脊一側，隧道洞口開挖邊坡高約20 m；邊坡開挖導致形成的變形區域前緣高程約415 m，后緣高程約440 m，高差約25 m，滑體主要位于隧道洞口邊坡及仰坡，滑體物質組成主要為坡殘積粉質黏土、強風化泥巖；由于坡體坡度較小、巖層產狀近水平以及有效的支擋措施，滑體位移較小。

根據滑體滑動先后順序及范圍，可以判定該滑坡為典型的小型牽引式滑坡，可以將整個滑體分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ區，詳細描述為：

（1）先期滑動區（Ⅰ區）：位于隧道洞口仰坡，軸線與線路呈26°；由于雨季連續降水，且邊坡開挖后未采取有效的排水措施，導致土體含水量增大，仰坡在施工擾動下出現開裂；此后對隧道洞口仰坡右側進行削坡卸載，計劃削坡完成后進行錨固作業，開挖過程中發現土體含水率較高，局部呈軟塑狀，加之臨空面的出現，造成仰坡坡體大面積失穩滑動。

（2）后期滑動區（Ⅱ區）：位于Ⅰ區上部，兩者軸線一致，是由于仰坡坡腳繼續卸載，產生更大的臨空面，加之坡面未封閉及天溝未完善，表土層（厚約3～4 m）發生滑動，并導致仰坡上部原始坡面發生變形，變形區前緣與后緣均出現裂縫。

（3）后期滑動區（Ⅲ區）：位于隧道洞口左側邊坡，軸線與線路呈73°；為施作擋土墻，繼續開挖坡腳，產生臨空面，且連續降雨未采取有效的排水措施，致使土體含水量大幅增加而發生滑動；滑體前后緣均出現裂縫，前緣產生了弧形剪出。

2.2監控量測

該隧道進口處為明挖施工，需開挖邊坡較高，因此在施工伊始就采取坡面位移監測措施，主要采用儀器為Leica TS09/1398094。在坡體發生滑動后，根據需要增加了坡體深部位移監測、裂縫測量等措施，監測點布置位置如圖3所示。

2.2.1坡面位移監測

在整個施工過程中共布置33個坡面監測點，經監測結果分析水平位移值超過警戒值（40 mm）的點共有7個（圖4），其中ZQS/C1-3最大水平位移接近80 mm。根據圖3的各監測點位置，發生較大水平位移的監測點均位于變形體前緣。同時，主要變形監測點水平位移曲線圖（圖4）反映出在整個變形過程中經歷了2次顯著變形階段，分別是9月7日和9月28日前后，結合施工記錄，削坡卸載和開挖坡角主要在這2個時間段內進行。而在初步支擋反壓措施完成（10月10日）后，滑坡體快速趨于穩定。

2.2.2深部位移監測

邊坡發生滑坡變形破壞后及時進行了補充勘察，并利用其中的3個鉆孔進行坡體深部位移監測，主要采用的儀器為TF-CX-901F/821592。3個監測點中只有點CX3監測到明顯的位移，其余各點不同深度的位移均小于4 mm。鉆孔測斜數據（圖5）顯示10月初之前變形顯著，之后逐漸趨于穩定；同時在9.0～10.0 m深度范圍內變形量迅速減小，可以判斷滑面處于該深度范圍內，與泥巖層強/中風化界線范圍一致。

2.2.3裂縫測量

當滑坡體后緣出現裂縫后，利用埋釘法對裂縫進行監測，裂縫寬度變化曲線（圖6）顯示，位于Ⅱ變形區的裂縫寬度明顯大于Ⅲ變形區；裂縫寬度在10月15日前后趨于穩定。

3滑坡影響因素分析

根據紅層地區滑坡研究的成果［1， 4， 11-12］，結合本次研究滑坡的特點，歸納得出導致該滑坡形成的影響因素主要有巖層性質、大氣降水、施工擾動等。

3.1巖層性質

由于紅層泥巖的特殊性，降雨過程中，易在強/中風化界線處形成飽和帶［1］，導致強/中風化界線處巖體內摩擦角和粘聚力顯著較小。根據滑體深部位移監測數據，可以判定該滑坡的滑帶位于泥巖強/中風化界線處。泥巖屬于軟巖，遇水易軟化，室內試驗數據顯示泥巖層滲透率低，強度低，在壓應力作用下變形大，變形呈現出明顯的塑性變形特征；同時，區內無大的構造帶和斷裂通過，節理裂隙不發育，多因素導致水體易局部富集。

3.2降水影響

根據工點所處資陽市氣象資料（圖1），降雨集中在每年6～9月，降雨量占全年的68.0%左右。該隧道洞口明挖段于8月開工，正值雨季，滑體發生顯著位移后進行削坡卸載以及開挖坡腳過程中，亦發現土體含水量較大，甚至局部呈軟塑狀，可以判斷在經歷1～2個月的雨季后，土體含水量大增，明挖段兩側高邊坡施工切穿泥巖強/中風化界線形成臨空面，為土體滑移創造了很好的條件。

3.3施工擾動

綜合施工資料及施工現場調查分析，在施工前期階段，隧道洞口仰坡底部未采取有效的監控量測措施，致使隧道洞口仰坡發生明顯變形后才意識到坡面變形。坡體發生顯著變形破壞后，在未采取有效的排水措施及有效加固措施的情況下，進行削坡卸載致使滑動范圍不斷擴大，直至支擋措施完成后才趨于穩定。

4滑坡穩定性分析

為了進一步分析降水對滑坡體穩定性的影響，評價采取的支擋、反壓措施效果，利用條分法對邊坡開挖后天然工況、暴雨工況、支擋反壓等3種情況下的穩定性進行分析。

綜合室內試驗成果、當地工程經驗，確定基本物理力學參數如表1所示。

4.1Ⅰ、Ⅱ區穩定性分析

由于Ⅲ區滑體前緣伸入該區滑體中，兩者軸線呈37°交角。在天然狀態下Ⅲ區滑體抗滑力大于下滑推力，對該區沒有助推作用；在暴雨工況下，Ⅲ區滑體剩余下滑推力98.2 kN，沿該區軸向推力為78.43 kN。經計算（圖7）得出：天然工況下，該區穩定系數為1.037；暴雨工況下，該區穩定系數為0.971；受洞口等其他構筑物的影響，擋墻修筑在該區滑體前緣，在擋墻后填筑反壓體（體積約100 m3），此時的穩定系數為1.235。

由此可見，人工開挖后的邊坡在天然工況下處于臨界穩定狀態；進入雨季后，由于不合理的排水措施致使滑體含水量增大，穩定系數降低，滑體發生變形；在設置擋墻并反壓后滑體趨于穩定。

4.2Ⅲ區穩定性分析

該區在天然工況下，該區穩定系數為1.052；暴雨工況下，該區穩定系數為0.987；在Ⅰ、Ⅱ區前緣采取支擋、反壓措施后，該區前緣受到支擋反力，并且局部收到反壓體作用，穩定系數為1.311。得出該區在邊坡開挖后在天然工況下處于臨界穩定狀態；進入雨季后，由于不合理的排水措施致使滑體含水量增大，穩定系數降低，滑體發生變形；在滑體前緣設置擋墻并反壓后趨于穩定。

綜上所述，穩定性計算成果統計如表2所示。

5結論

（1）該滑坡為典型的牽引式滑坡，滑動面與泥巖強/中風化界線一致；泥巖層透水性差，節理裂隙不發育，降雨易導致在泥巖強/中風化界線處形成飽和帶，巖土體強度顯著降低。

（2）高邊坡開挖切穿泥巖強/中風化界線，為滑體滑動創造了良好的條件；不合理的削坡卸載、開挖坡腳，以及欠缺的排水措施，使得滑體范圍進一步擴大。

（3）監測數據顯示在快速完成支擋、反壓等措施后逐漸趨于穩定；同時穩定性分析結果驗證了支擋、反壓措施效果顯著。

（4）由于滑坡位置處于隧道明挖段，施工完成后需進行回填，所以采用簡單有效的支擋反壓措施以保障施工期間的安全。

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