朱家灣滑坡工程地質特征及穩定性分析

【中圖分類號】 P642.22

【文獻標志碼】 A

0 引言

巴東組紫紅色泥巖多具有弱膨脹性[1]，自然狀態下巖體強度較高，但在地表水入滲和地下水軟化、不利結構面組合、邊坡開挖后形成臨空面后及自然風化等作用下，邊坡穩定性出現顯著的惡化，并易沿坡面發生整體性的滑塌，屬該地區典型的“易滑地層”，此區域在該地層中發生的滑坡較多。山體產生整體性的滑動后，地表的巖塊大多較完整，且部分滑體巖塊“似層面\"的結構面產狀也與區域內巖層產狀基本一致，造成初期滑坡識別的困難較大。因此該地層的滑坡具有“易滑動、難識別”的特征。由于鄭萬高鐵方案比選時的孫家坡隧道進口穿越朱家灣滑坡區，其工程地質特征及其穩定性就直接決定了鄭萬高鐵在該段的走向。

本文以朱家灣滑坡為研究對象，基于鉆探成果、土（細顆粒）、石（粗顆粒）的相對含量[2-4]、Miller等[5]、Kawakami等[]的三軸壓縮試驗、Savely[7]基于大尺寸的現場試驗和滑坡穩定性計算及數值模擬對其工程地質特征、形成原因和穩定性進行分析研究，研究成果為鄭萬高鐵繞避朱家灣滑坡提供了理論依據。

1滑坡區的環境地質條件

1.1 地形地貌

朱家灣滑坡區域屬中低山溝谷地貌，地形受溝谷切割，前沿小河溝兩側岸坡沖溝發育，整體坡度 20^°～30^° ，谷底狹窄，寬 20～30m ，溝內有常年流水，水量較小，季節性變化明顯（圖1）。

1.2地質構造

區域內地質構造較發育，滑坡區內疑似基巖的塊石較多，初期調查時多被視為連續的基巖分布，巖層產狀： N30^°E/ 45～60^°N ，鉆孔揭示巖芯大多較破碎，地表均被滑坡體土層覆蓋，坡面塊石的結構面產狀： N80^°W/90^° 、 N25^°E/90^° E-W/48^°N，N30^°E/50^°S 等。

圖1朱家灣滑坡地貌

1.3 地層巖性

滑坡體主要分布有第四系全新統沖洪積層（ （Q₄^al+pl） 中粗砂、卵石土，滑坡堆積層（ ）粉質黏土、碎塊石土和坡殘積層（ ）角礫土，土層總厚度 2～34m 不等;基巖為三疊系中統巴東組二段（ T₂b² ）泥巖夾砂巖。

2滑坡工程地質特征及成因分析

2.1 滑坡平面形態

滑坡平面形態整體呈“舌形”（圖2），前沿較平緩，中間凸起區域較窄，后緣呈圈椅狀，地形平緩，主軸剖面呈兩級臺階狀，按其滑動的時間先后劃分為A區和B區，其中A區為較早一級滑動區，滑動后侵占前沿的小河溝，使前沿小河溝向西側改道，出現明顯拐彎；因A區滑動后在后沿形成較陡的臨空面，從而為B區整體滑動提供了空間，B區滑坡規模更大，且部分滑體覆蓋在A區范圍內，形成現有的階梯狀地形。

圖2朱家灣滑坡平面示意

2.2滑坡物質成份及結構特征

滑體物質成份主要由滑坡堆積的碎塊石土夾粉質黏土為主，碎塊石含量 50%～70% ，局部黏性土含量較高，母巖以紫紅色的泥巖和砂巖為主，塊徑一般 6～20cm ，滑體厚度 11～ 34m ；下伏基巖以泥巖夾砂巖為主；滑坡前沿土層之下揭示有較厚的卵石土層和砂層透鏡體?；瑤烈宰霞t色的角礫土狀為主，且多見“鏡面\"擦痕的滑帶土（圖3）。

圖3滑帶土的“鏡面\"擦痕

2.3滑坡成因分析

將滑坡區的現狀恢復至滑動前的地形地貌，該區域前沿原為小河溝，現已被滑坡體覆蓋。原地形的整體坡度 50^°～ 70^° ，在前沿河溝的長期沖蝕、旁蝕及地下水的軟化作用下，原坡面受主控節理裂隙制約，在持續降雨、動水壓力、泥巖膨脹性和不利結構面組合等綜合因素作用下，較陡的臨空坡面在重力作用下沿軟弱結構面發生第1次滑坡，形成了大型中深層的牽引式巖質滑坡，并將原小河溝覆蓋，在長期水流沖切作用下，在滑體前沿形成現有的小河溝。因A區滑動后在B區前沿形成臨空面，在長期地下水的軟化及重力作用下，在高位及A區上部發生第2次滑坡，部分滑體覆蓋于A區之上，使A區的滑體物質持續增加，由于該滑坡為巖質斜坡整體滑動，地表以塊石居多，現場初步調查時發現較多“疑似基巖”的塊石產狀與區域性產狀近似，也造成該滑坡的初期識別困難，對高鐵線路走向影響極大（圖4）。

3滑坡穩定性計算分析

3.1傳統傳遞系數分析法

極限平衡分析法常用于滑坡分析，其中傳遞系數法是工程滑坡穩定分析常用方法，把滑體劃分為若干條塊，假定每側條間力的合理與上一條塊的底面相平行，然后根據力的平衡條件，逐條向下推求，直至計算至最后一條塊。

采用傳遞系數法對滑坡進行穩定計算分析，考慮一般工況和暴雨工況兩種情形，計算兩級滑坡主軸和輔軸斷面，分析計算結果見表1。

表1穩定分析計算結果表

根據計算分析結果，第1級滑坡處于穩定臨界狀態，第2級滑坡現狀較穩定，如采用工程加固措施，由于滑坡推力較大，考慮高鐵對變形的敏感性和施工擾動，滑坡治理難度大，建議線路繞避滑坡。

3.2滑坡穩定性數值分析

3.2.1 有限元模型

圖4滑坡主軸工程地質剖面（單位：m）

為了評估滑坡體的穩定狀態，采用MidasGTX軟件進行數值分析。為了保證模擬的準確性，基于測量資料，建立工程代表剖面的等比例模型。模型總長度為 800.0m ，左側邊坡高度為 306.6m ，右側邊坡高度為 85.8m ，縱向寬度取30.0m 滑動帶厚度約 0.5m ，滑坡面是由圖4中的第1級滑動面和第2級滑動面構成。

3.2.2 應力應變分析

根據模型的豎向應力云圖，可以發現明顯的層狀應力分布特征，最大豎向應力為 8.36MPa ，出現在模型的左側底部區域。應力整體分布基本均勻，局部出現應力突變現象，分析原因是因為在地層交界或地層凸角變化處形成了應力集中，出現局部范圍的應力重分布。圖5是模型的水平位移云圖，觀察發現水平位移集中出現在兩處滑坡的后緣區域，與圖6形成兩次潛在滑動面區域基本一致。

圖6剪切應變增量云圖

3.2.3剪切應變增量分析

基于有限元結果分析可知，模型結果存在兩條明顯的滑動面（圖6。其中，第1條滑動帶能夠看出已經形成了明顯的貫通滑動帶，與近水平滑坡相比，其抗滑力相對更小而下滑力更大，滑坡風險更高。在第1破碎帶中部還形成了另一條較短的滑動面，通過圖6可知，此滑動面形成于地層分界處，因此在地層分界面，尤其是交角相對較大時，易形成潛在的次級滑動。

第二條滑動帶還未見貫通裂縫，主要是因為滑面較平緩、覆蓋層較厚，相比第一滑動帶，抗滑力分布區域更大，相對更加穩定。從圖6可以看出上部滑動帶的后緣基本形成了破碎帶，是因為第二級滑坡的滑動帶已貫通至坡頂，滑坡后緣還存在地層分界面，是天然的薄弱區域，因此形成上部完整滑動帶。當第一滑動帶出現滑動后，第二滑動帶的前緣覆蓋層減少，并將形成臨空面，導致抗滑力減小、下滑趨勢增強及穩定性減弱。上部覆蓋層沿著第二滑動帶滑動，間隔較短時間內出現兩次滑動。

4結束語

通過對巴東縣朱家灣滑坡的工程地質特征及穩定性分析，可以得出結論：

（1）巴東組二段的泥巖夾砂巖層遇水易軟化，自然穩定性較差，屬典型“易滑地層”，在該區域發生過大量滑坡，且在長期外營力作用下，容易再次滑動。（2）通過有限元模擬分析，朱家灣滑坡的第1滑動帶已基本形成，滑動風險高，第2級滑坡前緣臨空且已形成滑動帶，處于蠕變過程中。伴隨A區的滑動，B區滑坡前沿形成臨空面，可能間隔較短時間出現再次滑動，對該區域擬建的高速鐵路隧道洞門和橋梁墩臺將會帶來毀滅性破壞。

（3）對朱家灣滑坡經過詳細的地質勘察、穩定性計算和有限元模擬分析后，該滑坡具有規模大、穩定性差、再次滑動的可能性大和整治難度大等特點，因此鄭萬高鐵選擇繞避該滑坡的方案合理。

參考文獻

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