桂西三疊系砂泥巖邊坡穩定性影響因素研究

為更好地開展廣西高速公路砂巖、泥巖邊坡破壞模式研究及工程災害處治等工作，文章針對三疊系砂巖、泥巖地層分布及基本性質進行研究，重點選擇地質災害高發的桂西三疊系地層分布區，查清砂泥巖的巖性組合、地形地貌、構造裂隙發育程度等，分析與滑坡相關的砂泥巖順層或軟弱夾層的特性及對工程的影響，并結合工程實例進行分析，為相關公路工程的邊坡穩定性分析及滑坡災害處治提供參考。

三疊系砂泥巖；巖性組合；地質特征；邊坡穩定

U416.1+4A030083

基金項目：

南寧市青秀區科技計劃“棄渣堆場災變智能監控預警及處治關鍵技術”（編號：2022003）；南寧市“邕江計劃”青年人才專項“水敏性軟巖邊坡災變智能監控及加固處治關鍵技術”（編號：RC20230108）

作者簡介：

李弈杉（1991—），博士，工程師，主要從事公路工程、巖土工程科研方面的工作。

0" 引言

在高速公路建設及后期維護過程中，道路邊坡及其周圍的地質災害時常發生，對高速公路的安全施工及運營產生了嚴重的威脅。近年來，在桂西地區開展高速公路建設時，常會遇到三疊系砂巖、泥巖組合的地層，這是一類對環境敏感、工程性質隨環境變化較大的特殊性巖石，容易發生滑坡等地質災害。因此，對該類邊坡地質特性及其穩定性的影響分析具有十分重要的工程意義［1-4］。王躍飛和李劍偉等［5-6］基于不同方法開展了巖質邊坡的穩定性分析；陳記等［7］研究了軟巖邊坡加固工程在服役期間的緩慢弱化效應；李師毓等［8］基于離散元數值模擬法，揭示了軟硬互層順層巖質邊坡動力響應規律；高丙麗等［9］研究了巖質邊坡結構面的震動劣化效應；王川等［10］研究揭示了裂隙巖體邊坡多級開挖卸荷作用的復合破壞模式。上述研究從多方面對巖質邊坡穩定性進行了探討，取得了豐富的成果，而當前針對砂泥巖，尤其是桂西三疊系砂泥巖邊坡地質特性及其對邊坡穩定性的影響研究仍較少。因此，本文開展桂西三疊系砂巖、泥巖地層分布及地質特征調查研究，分析與滑坡相關的砂泥巖順層或軟弱夾層的特性，并結合工程實例對邊坡失穩因素及處治進行分析，可為類似工程提供參考。

1" 桂西地區地質背景

右江盆地地處古特提斯構造域和環太平洋構造域的復合部位，盆地內前泥盆紀基底由寒武系、奧陶系組成，零星出露，其上主要為連續出露的泥盆系-三疊系，如圖1所示，其中三疊系以發育一套厚度巨大的濁積巖系為特征，是廣西重要的含金層位。

三疊系廣泛分布于桂西右江盆地。早三疊世時期，盆地東緣沉積陳劉組泥巖，碳酸鹽臺地沉積馬腳嶺組、北泗組、羅樓組，局部臺地邊緣上斜坡沉積羅樓組，盆地內部沉積石炮組。中三疊世時期，隆林、樂業、凌云邏樓、東蘭等地沉積臺地泥坪相板納組，其他地區主要為具復理石特征的盆地相陸源碎屑濁積巖-百逢組、蘭木組。晚三疊世時期，受印支運動影響，盆地轉為海陸交互相或陸相沉積，早期巖性為灰綠-灰黑色碎屑巖，晚期十萬大山轉化為內陸湖泊，形成紫紅色碎屑巖夾煤線沉積（如扶隆坳組）。

在晚古生代-中生代伸展裂陷期間，桂西地區臺、（溝）盆縱橫交錯格局，反映了由正斷層系控制的地塹-地壘構造、類盆-嶺構造結構樣式特點。地塹地帶窄、長、深，形成深水槽盆地；地壘部分為寬、平、孤，形成孤立的大小不等地塊。三維模型如圖1所示。

2" 三疊系砂泥巖邊坡地質特征及其滑塌影響因素

2.1" 地層巖性組合及產狀

地層巖性是桂西三疊系分區域產生滑坡、崩塌等地質災害的物質基礎。巖性組合不同，其工程地質性質往往亦有所不同，產生地質災害的種類及難易程度也各異。通過實地調查發現，在同樣受力條件下，能干性不同的巖層互層或夾層組合比單一能干性的巖層組成的邊坡更容易發生滑坡、滑塌等。泥巖、粉砂質泥巖、鈣質泥巖、泥質粉砂巖等軟弱層分布區域，由于巖石形變的不均一性和泥巖中黏土礦物易發生變形、崩解的特性，在受到上覆巖層壓力、剪應力的作用時，泥巖等軟弱層相較能干性較高的砂巖、灰巖等更容易發生劈理化、碎裂化等變形，進而為滑坡、崩塌的產生創造條件。

桂西三疊系砂泥巖邊坡穩定性影響因素研究/李弈杉，米樂民，李世文，邵" 羽，葉道華

2.2" 地形地貌及地質構造對邊坡的影響

滑坡、巖質崩塌在桂西主要發生碎屑巖中山區、低山丘陵區或者是一些切割較深的溝谷地區。有溝谷分布的區域、凹槽狀地段、高差較大的碎屑巖山坡等地，較易產生較大規模的滑坡或崩塌且趨于穩定的時間較長，有的甚至長期處于蠕滑狀態。除此之外，地形的緩陡也影響著滑坡、崩塌的發育，坡度陡容易導致滑坡、崩塌的產生。據不完全統計，滑坡、巖質崩塌原始坡度以＞30°的陡坡居多，尤其是＞40°時更易發生。

地質構造在宏觀上控制了一個地區的巖層出露和地形地貌的分布情況，是控制地質災害形成的重要條件。在桂西三疊系分布區域，構造破碎帶往往形成一些溝谷地形，地表、地下水相對豐富和活躍，為滑坡、崩塌的產生提供了一定的基礎。地質構造在微觀上使基巖中產生各種構造裂隙、節理及斷層破碎帶，破壞了巖體完整性，為地質災害體的形成提供了比較有利的條件?；碌鹊刭|災害大多分布在斷裂帶及褶皺帶上，或者距離斷裂帶及褶皺帶不遠的區域。主要原因是越靠近斷裂、褶皺的區域，節理裂隙、劈理等越發育，巖石也就越容易破碎，并且地表風化較強烈，為滑坡、崩塌等提供了有利條件。

2.3" 自然降雨對滑坡發生的影響

降雨是桂西三疊系碎屑巖分布區域滑坡、崩塌的重要誘發因素之一。目前實地調查發現，大多數滑坡、崩塌等地質災害發生在降雨中或雨后。

降雨對滑坡的影響表現在如下幾個方面：

（1）雨水的入滲不但增加了斜坡上部巖土體的重度，而且對巖層起到了軟化作用，促進巖層中礦物在應力作用下的溶解遷移和重結晶，有助于巖石的塑性變形。幾種巖石在干、濕條件下的抗壓強度如表1所示，可以看出，雨水的入滲還會大大降低巖土體的強度，加速破壞邊坡原有的平衡狀態，進而使邊坡失穩。

（2）雨水入滲增加巖土體地下水動靜水壓力。地表水補給滑體后，多通過滑體滲流，在滑坡前緣形成濕地或泉水，產生動壓力。雨量大或滲流不暢時，水位上升，形成靜水壓力，加劇滑體下滑。

（3）雨水入滲滑坡面，減少摩擦阻力，加劇巖崩災害。雨水滲入巖體裂隙，降低力學聯結，積水形成大孔隙水壓力，加寬裂隙；雨水沖刷掏空危巖體底部，失去支撐，易失穩崩落；雷電、風倒等擾動加劇崩落，小塊巖石撞擊大塊危巖，易引發大規模崩塌。

3" 工程實例分析

3.1" 工程概況

某高速公路項目地處于廣西西北部，路線總體走向為南北向，沿線以溶蝕峰叢洼地地貌和剝蝕丘陵地貌為主。項目中一段三級邊坡的最大坡高為28.2 m，主要為泥質粉砂巖，薄-中厚層狀構造，全-強風化狀態為主，裂隙發育，巖體破碎，層厚較大，中風化巖層埋藏深。

3.2" 邊坡失穩變形特征

該邊坡開挖完成后不久，部分區段發生整體下滑。滑坡呈圈椅狀分布，滑坡后緣位于原邊坡開口線往外3～5 m，滑坡剪出口位于坡腳位置，后緣裂縫寬1～5 m，錯臺高0.5～8 m，滑面埋深約1～15 m，滑體主要以第四系粉質黏土和全風化泥質粉砂巖為主，滑坡為淺層牽引式土質滑坡，規模約22 500 m3。采用按1.5和1.75坡率清除滑體，坡腳設路塹矮墻支擋，采用柔性擋墻反壓坡腳，每級8 m，共三級，臨空面坡率設為1.75，柔性擋墻噴播植草綠化等方案處治。如下頁圖2所示。

按處治方案重新施工期間，該邊坡發生二次滑動，滑坡后緣位于邊坡開口線后14 m，剪出口位于第二級邊坡中部位置，屬于牽引式中層小型滑坡。出現該滑坡后，根據實際情況，取消柔性擋墻方案，改為每級邊坡均按照坡率1∶1.75放坡，碎落臺寬度設為40 m，坡率設為1∶10，硬化10 cm以方便排水，其余分級平臺寬度設為2 m；第一～三級邊坡采用擴大頭錨桿格梁防護，其余邊坡采用錨桿格梁防護；坡面掛鐵絲網噴混植生綠化。施工過程接順截排水系統，減少雨水入滲。在處治施工期間，邊坡再次出現裂縫，根據現場踏勘發現，邊坡部分區段已滑動，且滑面較明顯，滑坡后緣位于第三級邊坡坡頂，剪出口位于邊坡坡腳加深邊溝中部，前期滑坡屬于牽引式，由于未及時反壓，已由牽引式轉為推移式小規模圈椅狀滑坡。

3.3" 失穩因素及處治方案

根據邊坡多次失穩變形情況來看，引起失穩的因素主要包括：（1）在地層巖性上，邊坡主要由三疊系中統百逢組全-強風化泥質粉砂巖組成，巖體具崩解性，遇水強度大幅度降低；（2）在巖性組合上，巖層厚度變化較大，存在中厚層夾薄層，薄層較破碎，含泥量高，強度較低，形成軟弱夾層，本次滑動便是沿軟弱結構面下滑；（3）在地形地貌上，邊坡屬于緩慢傾順向坡，巖層傾角為14°～16°，開挖坡度陡于巖層傾角，開挖后不及時防護易產生滑動；（4）在地質構造上，邊坡節理裂隙發育，巖體極破碎，存在延伸10 m以上節理，形成的結構面容易引起局部滑塌；（5）邊坡于開挖過程中，經歷多次降雨，雨水入滲降低邊坡巖土體強度。

基于現場情況及上述分析，采用如下處治方案，如圖3所示。

（1）臨時反壓坡腳穩固坡體，反壓體寬度≥6 m，高度與第一級邊坡齊平，若反壓過程中邊坡穩定，可停止反壓，由于后期需施工抗滑樁，故反壓體應按路基填筑標準壓實。（2）碎落臺設為7 m，硬化10 cm，并向外傾3%排水。（3）監測數據穩定后，距離邊溝7 m處布置懸臂6 m抗滑樁，入土段設為8 m，抗滑樁施工完成后采用碎石土回填，按路基填筑標準壓實。（4）失穩破壞部分按照1∶1坡率清除第三級邊坡滑體，按照1∶1.75坡率清除第二級邊坡滑體，設置柔性擋墻反壓坡體。（5）未失穩破壞部分：第二級和第三級邊坡按照原設計放坡，第一級分級平臺設為30 m，第一級邊坡按1∶1.75放坡。（6）柔性擋墻表面噴播植草綠化，接順截排水系統。對上述方案繼續穩定性分析，通過基于圓弧滑動破壞的極限平衡法計算，最不利滑面如圖3所示，所得安全系數為1.25，可滿足規范要求。

4" 結語

（1）桂西三疊系砂泥巖能干性較低，容易發生黏性流動，所組成的邊坡更容易發生劈理化、碎裂化等變形，進而為邊坡失穩、崩塌的產生創造條件。

（2）區域地貌特征控制著滑坡、崩塌體的宏觀分布，地質構造也為滑坡、崩塌等產生提供了有利的條件，在實際工程中，應考慮相關地質特征對邊坡穩定性的影響。

（3）桂西三疊系砂泥巖往往較為破碎，具有崩解性，遇水強度大幅度降低，降雨入滲顯著增加了砂泥巖邊坡的失穩滑塌的風險，在設計及滑坡處治時應針對性設置防排水措施，以防災害的發生及反復。

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20240427