西南紅層軟巖地區(qū)鐵路滑坡形成機理分析及治理措施

張玉芳

（中國鐵道科學(xué)研究院集團有限公司鐵道建筑研究所，北京 100081）

據(jù)統(tǒng)計，20世紀(jì)70年代全世界有40萬人死于自然災(zāi)害，80年代已達98萬人［1］。全世界每年因自然災(zāi)害造成的經(jīng)濟損失達40多億美元，我國每年達1 000億元以上。我國山區(qū)和丘陵地區(qū)占國土面積的70%以上。山區(qū)地形地質(zhì)條件復(fù)雜，特別是紅層軟巖地區(qū)。由于紅層軟巖具有工程性質(zhì)較差、節(jié)理結(jié)構(gòu)面發(fā)育、紅層邊坡風(fēng)化劇烈等特點，紅層軟巖地區(qū)是滑坡等各類地質(zhì)災(zāi)害的多發(fā)區(qū)［2］。

隨著我國高速鐵路發(fā)展勢頭的加快，山區(qū)出現(xiàn)的邊坡問題也成為目前高速鐵路發(fā)展的絆腳石。山區(qū)邊坡問題對工程的影響非常大，邊坡問題治理費用日益增加，耽誤工程工期，損失巨大。正確認(rèn)識和處理邊坡病害，成為當(dāng)下我國鐵路建設(shè)的熱點問題。我國在高邊坡滑坡的形成機理、穩(wěn)定性分析、安全評估、防治措施、監(jiān)測預(yù)警等方面取得了不少成果［3］。但并不是每處邊坡病害都可以利用這些成果，邊坡病害具有特殊性，不同類型的邊坡治理有不同要求和方法，每個邊坡病害工點均有自身地質(zhì)問題和誘發(fā)因素，這就要求技術(shù)人員要深入分析邊坡發(fā)生機理，采取合理的防止措施［4］。本文結(jié)合西南地區(qū)一鐵路紅層滑坡治理工程，利用該地區(qū)紅層滑坡的現(xiàn)場調(diào)查結(jié)果分析其形成機理，并論述紅層滑坡與一般滑坡的不同點。根據(jù)分析結(jié)果提出治理措施，并對治理措施進行評價。

1 紅層特性

根據(jù)程強等［5］對紅層軟巖特性的研究，可以把紅層軟巖特性總結(jié)為：巖性主要為泥巖、頁巖、粉砂質(zhì)泥巖；具有透水性弱、親水性強、遇水易軟化（或膨脹）、失水易崩解（或收縮）的特點。軟硬相間的砂泥巖互層結(jié)構(gòu)巖性為砂巖、粉砂巖、泥質(zhì)粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖、泥巖等，是紅層中最為普遍、最為典型的巖性組合形式。其中砂巖類構(gòu)造節(jié)理發(fā)育，常成為地表水和地下水滲透的通道，而軟巖為相對不透水層且具有浸水軟化的特征，對邊坡穩(wěn)定極為不利［5-6］。

2 工程地質(zhì)條件

2.1 地形地貌

該滑坡區(qū)為老滑坡堆積體，呈圈椅形，自然坡度10°～25°，局部較陡，地面有多級寬窄不一的平臺。整個坡體縱向呈折線形，局部坡度比滑坡體本身坡度大，形成多級陡坎，有2條規(guī)模較大的南北向“V”字形沖溝通過滑坡左右兩側(cè)邊緣，沖蝕切割深度3～10 m?；孪鄬Ω卟?7 m，坡度一般為10°～25°，屬緩坡、中坡，局部坡度較大，為陡坡（見圖1）。

2.2 地層巖性

根據(jù)鉆孔揭露情況和現(xiàn)場地質(zhì)調(diào)繪，該滑坡上部地層巖性為第四系滑坡堆積層、崩積土等組成的覆蓋層，下部地層為泥巖、粉砂巖。下部地層巖性特點是鐵路Ⅱ號滑坡

圖1 滑坡區(qū)地形地貌

Ⅰ號滑坡均一性差，雜質(zhì)含量一般為0～35%。其中泥巖遇水易軟化，失水風(fēng)干易崩解，為軟巖類；（泥質(zhì)、灰質(zhì)）粉砂巖、細砂巖呈塊狀，為較軟巖類及較硬巖類。巖層主要為：

2）碎塊石。黃褐、褐黃，稍密～密實。碎塊石粒徑一般5～300 cm，局部大于5 m。母巖一般為強～中風(fēng)化長石細（粉）砂巖、中風(fēng)化長石石英細（粉）砂巖，層頂埋深平均6.80 m；揭露厚度平均7.82 m。

3）粉砂質(zhì)泥巖。褐色、灰色，少量淺灰，泥質(zhì)、粉砂質(zhì)、灰質(zhì)等雜質(zhì)含量變化大，均一性差，雜質(zhì)含量一般為0～35%。巖石風(fēng)化程度：①中風(fēng)化粉砂質(zhì)泥巖。其中碎屑成分以黏土礦物為主，粉砂含量約15%。巖石失水風(fēng)干易崩解，層理面與軸心夾角30°～35°。揭露厚度平均28.13 m。②強風(fēng)化粉砂質(zhì)泥巖。泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，碎屑成分以黏土礦物為主，粉砂含量15%～20%。巖石節(jié)理裂隙發(fā)育，經(jīng)機械振動易沿節(jié)理或?qū)永砻鎰兞?，失水風(fēng)干易崩解。巖芯基本呈碎石、碎塊狀。揭露厚度平均4.78 m。③全風(fēng)化粉砂質(zhì)泥巖。巖質(zhì)多為可塑狀，局部硬塑狀。原巖結(jié)構(gòu)完全破壞或基本破壞，有一定殘余強度。層頂埋深平均15.81 m；揭露厚度平均1.72 m。

2.3 地質(zhì)構(gòu)造

根據(jù)現(xiàn)場調(diào)繪，該邊坡經(jīng)受多次復(fù)雜的構(gòu)造變動，并造就了不同的構(gòu)造體系，其中弧形構(gòu)造為區(qū)內(nèi)的主導(dǎo)構(gòu)造。弧形構(gòu)造區(qū)內(nèi)有大規(guī)模的褶皺。北翼較陡，巖層傾向S或SE，傾角40°～70°，南翼相對較緩，傾向N或NE，傾角15°～40°。位于弧形構(gòu)造的東北段，斷層延伸超過30 km，平面上呈舒緩波狀。斷裂在地貌上表現(xiàn)為向南微傾的斷裂陡崖，陡崖之下堆積有大量的斷裂角礫巖。上盤出露法郎組上段砂巖、頁巖；下盤為法郎組下段及個舊組地層，表現(xiàn)出上盤下降的張扭性特征。這種現(xiàn)象可能是該斷裂多次活動造成的（見圖2）。

圖2 滑坡區(qū)區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造圖

2.4 氣象水文

區(qū)內(nèi)條帶嶺谷型水文地質(zhì)特征較為顯著。地表水勘察區(qū)及周邊地表水體主要為滑坡坡腳的喜舊溪河，其為黃泥河支流，屬于南盤江水系。喜舊溪河集水面積5 220 km2，最大流量1 490 m3/s，最小流量8.2 m3/s，平均113.9 m3/s，有較為強烈的下切和溯源侵蝕作用。地下水主要是松散巖類孔隙水，包括上第三系以后之半成巖，第四系更新世、全新世洪積、沖積及坡殘積層中所含地下水。在喜舊溪河段以沖洪積物為主，基巖地下水可直接補給松散層，并常與河水緊密相連。其動態(tài)特征與季節(jié)關(guān)系密切。其他大部分地段，因分布范圍狹小，無實際供水意義。局部地段含有較豐富的孔隙潛水，流量為1.96 L/s，富水程度中等。在斜坡體上以坡殘積物為主，植被茂密地段，偶見小泉出露。整體富水情況受地形或季節(jié)影響較大，為弱透水含水巖組?；鶐r裂隙水以淺部風(fēng)化帶為主要儲水空間，與植被關(guān)系密切，在植被繁茂的背向溝谷坡腳部位可見脈狀水流浸出，屬于風(fēng)化型基巖裂隙水。地下水對滑坡穩(wěn)定性影響較大［7］。

3 滑坡特征分析

3.1 滑坡形態(tài)特征

該滑坡病害位于該鐵路K535+620—K535+750段內(nèi)，滑坡前緣為G324國道左側(cè)路塹坡腳，標(biāo)高約1 240 m，后緣標(biāo)高約1 295 m，滑坡前、后緣相對高差約55 m，坡體表面多呈臺階狀，并發(fā)育多級寬窄不一的平臺。斜坡自然坡度10°～35°，平均約20°，上部平緩，下部較陡，坡腳因G324國道左側(cè)路塹開挖形成垂直高度15 m、坡率1∶1.25的臨空面?；麦w橫向?qū)捈s200 m，縱向主軸長約160 m，平面面積3.31萬m2，滑坡主滑方向10°，滑面深度6～15 m，滑坡平均厚度約11 m，滑坡體體積約36.41萬m3，為中型牽引式滑坡（見圖3）。

圖3 滑坡體平面示意

3.2 滑面特征

根據(jù)勘探及監(jiān)測數(shù)據(jù)揭示，滑移面位于第四系滑坡堆積層內(nèi)，滑移面呈折線形。該滑坡滑面中上部陡，下部較緩，牽引段滑面與水平面夾角約64°，主滑段滑面與水平面夾角11°～17°，抗滑段與水平面夾角約6°，滑面深度6～15 m。

3.3 滑床特征

滑床為第四系滑坡堆積層、崩積土等，成分主要為含碎石角礫砂質(zhì)黏土、含砂質(zhì)黏土塊石。軟硬互層結(jié)構(gòu)發(fā)育，層間有容易發(fā)生錯動的軟弱錯動帶，構(gòu)造節(jié)理發(fā)育，有斷層、風(fēng)化裂隙、風(fēng)化作用下產(chǎn)生的破碎結(jié)構(gòu)面和危巖等。地下水系對軟弱層強度影響較大，因下部臨空導(dǎo)致逐級牽引形成滑動［8］。

4 滑坡發(fā)生特征

該滑坡累積位移量為20.13～40.33 mm?；虑熬壩挥贕324國道靠山側(cè)路塹邊坡，坡腳路塹混凝土擋土墻伸縮縫外錯，錯距達10～20 cm，擋墻大里程端墻背與土體分離距離達25 cm，墻體向河側(cè)傾斜嚴(yán)重?；麦w地表林地、耕地裂縫數(shù)量多、延伸長、裂縫寬、深度大，折線形、直線形、弧線形均有分布?；麦w中部ZK2-9附近平行發(fā)育3條地裂縫，間距分別為1.1，2.1 m，最大一條延伸方向345°，延伸長度大于3.5 m，裂縫寬10～140 cm，深度0.70～1.50 m。在ZK3-8附近耕地里可見弧形地裂縫展布，其延伸長度大于5 m，裂縫寬10～20 cm，且部分地段裂口有錯落臺階，階高10～40 cm，可見深度0.5～1.0 m。拉裂方向20°～70°。該滑坡體上裂縫數(shù)量多，規(guī)模大，標(biāo)高1 245～1 284 m，為多級滑坡，公路左側(cè)路塹擋墻等支擋結(jié)構(gòu)物及林地、耕地均遭受不同程度的破壞［9］。

甲狀腺癌是常見的內(nèi)分泌腫瘤之一，通常情況下，甲狀腺組織中的惡性結(jié)節(jié)硬度比正常組織的硬度及良性組織的硬度要大[1]，在對甲狀腺癌患者進行診斷時通過超聲彈性成像技術(shù)，對組織硬度的具體情況進行分析，對傳統(tǒng)超聲檢查中的不足進行彌補改善，應(yīng)用價值較高，基于此，對甲狀腺癌的超聲診斷的具體價值進行分析，現(xiàn)就分析結(jié)果作如下報道。

5 滑坡形成機理分析

通過對紅層滑坡的特點，對該滑坡的地層巖性、水文地質(zhì)條件、地形地貌、人為因素影響及深孔位移進行分析，總結(jié)得出滑坡滑動原因如下：

1）從地層巖性上看，滑坡體上覆蓋大量老滑坡堆積體，這些堆積物呈松散狀，有利于地表水下滲，匯集的地下水會對上覆巖土體產(chǎn)生浮托力，增加土體重量，降低土體物理力學(xué)性質(zhì)，并大致沿坡體方向徑流排泄，客觀上促成了滑帶的進一步形成。邊坡中的泥巖、粉砂質(zhì)泥巖風(fēng)化程度高，容易形成破碎結(jié)構(gòu)面，加速邊坡的破壞。

2）從水文地質(zhì)條件看，該區(qū)氣候濕潤，降雨量大，充沛的降雨所產(chǎn)生的斜坡坡面流通過覆蓋層孔隙和基巖節(jié)理裂隙向下滲透。風(fēng)化泥巖、粉砂質(zhì)泥巖遇水易軟化，失水易崩解，滲透水還提高了覆蓋層的飽和度，使巖土體結(jié)構(gòu)進一步松弛并增加了巖土體的自重，另外地下水位的上升促成了巖土體孔隙水壓力的提高，從而加劇了滑坡體的向下滑動。

3）從地形地貌上看，滑坡體坡體表面多呈臺階狀，并發(fā)育多級寬窄不一的平臺，斜坡自然坡度10°～35°，平均約20°，呈明顯老滑坡地貌。

4）從人為因素看，于2015年開通的G324國道在滑坡體下段開挖坡腳、形成垂直高度15 m的路塹邊坡導(dǎo)致老滑坡體下部臨空，后部坡體失去支撐，破壞了原坡體的應(yīng)力平衡狀態(tài)。在自重應(yīng)力和地表水下滲軟化作用下第四系覆蓋層碎石土層產(chǎn)生應(yīng)力松馳，誘發(fā)滑坡。

綜上所述，該邊坡坡體巖性復(fù)雜，風(fēng)化程度高，土體物理力學(xué)特性差。坡體中軟硬相間的砂泥巖互層結(jié)構(gòu)明顯，軟弱夾層遇水易發(fā)育成滑帶。節(jié)理裂隙發(fā)育，結(jié)構(gòu)面開裂，邊坡風(fēng)化程度高，水流易滲透弱化邊坡巖層力學(xué)性能。其中紅層軟巖的巖性組合多是不同巖性的互層；紅層巖體的改造比一般巖體的改造容易［2］；水對紅層巖層的影響比一般巖層大，是紅層滑坡與一般滑坡的主要不同點。

6 治理措施

6.1 錨固抗滑治理措施

1）K535+631.0—K535+685.8段采用錨索框架梁進行支護?？可絺?cè)已建擋墻采用7φs15.2 mm、長39 m的預(yù)應(yīng)力錨索地梁進行加固，錨索布置1排，列距3.0 m。地梁截面尺寸為40 cm×50 cm；第二級土質(zhì)裸坡采用7φs15.2 mm、長39 m的預(yù)應(yīng)力錨索框架梁進行加固，截面尺寸為40 cm×50 cm，入土深度30 cm，排距2 m（垂向），列距3.0 m（見圖4）。

圖4 K535+631.0—K535+685.8段滑坡治理工程示意

2）K535+627—K535+660右側(cè)段采用D型錨索抗滑樁進行支護。在該段軌道右側(cè)7 m處設(shè)置1排抗滑樁（D1～D6），樁頂面與地面平齊，樁長42 m，樁中心距6 m，樁身截面尺寸3.0 m×4.0 m。在距抗滑樁樁頂2 m處設(shè)置第1排7φs15.2mm、長45 m的預(yù)應(yīng)力錨索；在距抗滑樁樁頂4.5 m處設(shè)置第2排7φs15.2mm、長42 m的預(yù)應(yīng)力錨索。錨索共布置2列，排距2.5 m，列距1.0 m，見圖5。

圖5 K535+627—K535+660右側(cè)段滑坡治理工程示意

3）K535+660—K535+750右側(cè)段采用E型錨索抗滑樁進行支護。在該段軌道右側(cè)6～8 m處設(shè)置1排抗滑樁（E1～E15），樁頂面與地面平齊，樁長45 m，樁中心距6 m，樁身截面尺寸3.0 m×4.0 m。在距抗滑樁樁頂2 m處設(shè)置第1排7φs15.2 mm、長53 m的預(yù)應(yīng)力錨索；在距抗滑樁樁頂4.5 m處設(shè)置第2排7φs15.2 mm、長50 m的預(yù)應(yīng)力錨索。錨索共布置2列，排距2.5 m，列距1.0 m，見圖6。

圖6 K535+660—K535+750右側(cè)段滑坡治理工程示意

6.2 疏排水治理工程

1）K535+627—K535+750段右側(cè)抗滑樁附近設(shè)環(huán)形密井暗管。做法是在抗滑樁相應(yīng)位置的護壁超挖0.2 m，上下端開挖坡率1∶1，與上下護壁銜接，形成高2.0 m、凈空0.2 m環(huán)抗滑樁樁身密井。在抗滑樁護壁布設(shè)仰斜泄水孔，收集抗滑樁周圍地下水，靠山側(cè)泄水孔單孔長2.0 m，相鄰抗滑樁之間泄水孔單孔長1.0 m，孔徑110 mm。

2）對密井暗管超挖部分進行小孔超前注漿。做法是在抗滑樁開挖至密井上方0.5 m處，采用孔徑49 mm的鉆孔向下呈45°角鉆進，長2.0 m，鉆孔之間水平間距0.5 m。在鉆孔內(nèi)插入φ49 mm PVC注漿管，注漿水泥用量按1 t/孔計。

3）相鄰兩根抗滑樁密井設(shè)暗管聯(lián)通。暗管采用直徑140.0 mm鍍鋅鋼管連接，鍍鋅鋼管單根長2.8 m，兩段各搭接0.5 m，共18根。暗管的縱向坡率0.5%，共2排9列。

4）泄水洞采用預(yù)制鋼筋混凝土圓管頂管作業(yè)，泄水洞縱向坡率5%，長48 m?；炷翀A管型號為φ220×22 cm F頂管，圓管內(nèi)徑2.2 m，壁厚0.22 m。上游端頭聯(lián)通D1抗滑樁密井暗管。

5）泄水洞下游出口處采用頂進法施工工作井。工作井尺寸為10.0 m（長）×4.5 m（高）×6.0 m（寬），施工完成后還可作為泄水洞出口處沉淀池。

6.3 治理措施評價

利用此措施進行治理，通過局部加固和疏排水，恢復(fù)了邊坡的整體穩(wěn)定。此類滑坡在進行錨索治理時錨固力容易損失［10］。治理后后級滑坡穩(wěn)定，滑坡附近未出現(xiàn)新的變形。

7 結(jié)論

1）該滑坡屬于紅層滑坡，坡體中軟硬相間的砂泥巖互層結(jié)構(gòu)明顯，軟弱夾層遇水易發(fā)育成滑帶。在治理設(shè)計中應(yīng)該從地層巖性、氣象水文、變形特征等多方面進行深入探討，深入了解此類滑坡的形成機理，采取合理的治理措施。

2）地層巖性、地質(zhì)水文、人為因素是觸發(fā)該滑坡的直接因素。其中紅層軟巖遇水易軟化、失水易崩解的特點是導(dǎo)致滑坡的主要原因。

3）針對該滑坡特點，按照對癥下藥、綜合治理、力求根治、不留后患的滑坡治理原則，從抗滑和疏排水2方面出發(fā)，采用錨索框架梁+錨索抗滑樁+預(yù)應(yīng)力錨索+密井暗管+泄水洞等多種防護措施對滑坡進行分級綜合支擋。措施實施后效果良好，可為類似滑坡的設(shè)計提供思路。