西南红层软岩地区铁路滑坡形成机理分析及治理措施

2020-05-11张玉芳

铁道建筑 2020年4期

张玉芳

（中国铁道科学研究院集团有限公司铁道建筑研究所，北京 100081）

据统计，20世纪70年代全世界有40万人死于自然灾害，80年代已达98万人［1］。全世界每年因自然灾害造成的经济损失达40多亿美元，我国每年达1 000亿元以上。我国山区和丘陵地区占国土面积的70%以上。山区地形地质条件复杂，特别是红层软岩地区。由于红层软岩具有工程性质较差、节理结构面发育、红层边坡风化剧烈等特点，红层软岩地区是滑坡等各类地质灾害的多发区［2］。

随着我国高速铁路发展势头的加快，山区出现的边坡问题也成为目前高速铁路发展的绊脚石。山区边坡问题对工程的影响非常大，边坡问题治理费用日益增加，耽误工程工期，损失巨大。正确认识和处理边坡病害，成为当下我国铁路建设的热点问题。我国在高边坡滑坡的形成机理、稳定性分析、安全评估、防治措施、监测预警等方面取得了不少成果［3］。但并不是每处边坡病害都可以利用这些成果，边坡病害具有特殊性，不同类型的边坡治理有不同要求和方法，每个边坡病害工点均有自身地质问题和诱发因素，这就要求技术人员要深入分析边坡发生机理，采取合理的防止措施［4］。本文结合西南地区一铁路红层滑坡治理工程，利用该地区红层滑坡的现场调查结果分析其形成机理，并论述红层滑坡与一般滑坡的不同点。根据分析结果提出治理措施，并对治理措施进行评价。

1 红层特性

根据程强等［5］对红层软岩特性的研究，可以把红层软岩特性总结为：岩性主要为泥岩、页岩、粉砂质泥岩；具有透水性弱、亲水性强、遇水易软化（或膨胀）、失水易崩解（或收缩）的特点。软硬相间的砂泥岩互层结构岩性为砂岩、粉砂岩、泥质粉砂岩、粉砂质泥岩、泥岩等，是红层中最为普遍、最为典型的岩性组合形式。其中砂岩类构造节理发育，常成为地表水和地下水渗透的通道，而软岩为相对不透水层且具有浸水软化的特征，对边坡稳定极为不利［5-6］。

2 工程地质条件

2.1 地形地貌

该滑坡区为老滑坡堆积体，呈圈椅形，自然坡度10°～25°，局部较陡，地面有多级宽窄不一的平台。整个坡体纵向呈折线形，局部坡度比滑坡体本身坡度大，形成多级陡坎，有2条规模较大的南北向“V”字形冲沟通过滑坡左右两侧边缘，冲蚀切割深度3～10 m。滑坡相对高差77 m，坡度一般为10°～25°，属缓坡、中坡，局部坡度较大，为陡坡（见图1）。

2.2 地层岩性

根据钻孔揭露情况和现场地质调绘，该滑坡上部地层岩性为第四系滑坡堆积层、崩积土等组成的覆盖层，下部地层为泥岩、粉砂岩。下部地层岩性特点是铁路Ⅱ号滑坡

图1 滑坡区地形地貌

Ⅰ号滑坡均一性差，杂质含量一般为0～35%。其中泥岩遇水易软化，失水风干易崩解，为软岩类；（泥质、灰质）粉砂岩、细砂岩呈块状，为较软岩类及较硬岩类。岩层主要为：

2）碎块石。黄褐、褐黄，稍密～密实。碎块石粒径一般5～300 cm，局部大于5 m。母岩一般为强～中风化长石细（粉）砂岩、中风化长石石英细（粉）砂岩，层顶埋深平均6.80 m；揭露厚度平均7.82 m。

3）粉砂质泥岩。褐色、灰色，少量浅灰，泥质、粉砂质、灰质等杂质含量变化大，均一性差，杂质含量一般为0～35%。岩石风化程度：①中风化粉砂质泥岩。其中碎屑成分以黏土矿物为主，粉砂含量约15%。岩石失水风干易崩解，层理面与轴心夹角30°～35°。揭露厚度平均28.13 m。②强风化粉砂质泥岩。泥质结构，碎屑成分以黏土矿物为主，粉砂含量15%～20%。岩石节理裂隙发育，经机械振动易沿节理或层理面剥裂，失水风干易崩解。岩芯基本呈碎石、碎块状。揭露厚度平均4.78 m。③全风化粉砂质泥岩。岩质多为可塑状，局部硬塑状。原岩结构完全破坏或基本破坏，有一定残余强度。层顶埋深平均15.81 m；揭露厚度平均1.72 m。

2.3 地质构造

根据现场调绘，该边坡经受多次复杂的构造变动，并造就了不同的构造体系，其中弧形构造为区内的主导构造。弧形构造区内有大规模的褶皱。北翼较陡，岩层倾向S或SE，倾角40°～70°，南翼相对较缓，倾向N或NE，倾角15°～40°。位于弧形构造的东北段，断层延伸超过30 km，平面上呈舒缓波状。断裂在地貌上表现为向南微倾的断裂陡崖，陡崖之下堆积有大量的断裂角砾岩。上盘出露法郎组上段砂岩、页岩；下盘为法郎组下段及个旧组地层，表现出上盘下降的张扭性特征。这种现象可能是该断裂多次活动造成的（见图2）。

图2 滑坡区区域地质构造图

2.4 气象水文

区内条带岭谷型水文地质特征较为显著。地表水勘察区及周边地表水体主要为滑坡坡脚的喜旧溪河，其为黄泥河支流，属于南盘江水系。喜旧溪河集水面积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，有较为强烈的下切和溯源侵蚀作用。地下水主要是松散岩类孔隙水，包括上第三系以后之半成岩，第四系更新世、全新世洪积、冲积及坡残积层中所含地下水。在喜旧溪河段以冲洪积物为主，基岩地下水可直接补给松散层，并常与河水紧密相连。其动态特征与季节关系密切。其他大部分地段，因分布范围狭小，无实际供水意义。局部地段含有较丰富的孔隙潜水，流量为1.96 L/s，富水程度中等。在斜坡体上以坡残积物为主，植被茂密地段，偶见小泉出露。整体富水情况受地形或季节影响较大，为弱透水含水岩组。基岩裂隙水以浅部风化带为主要储水空间，与植被关系密切，在植被繁茂的背向沟谷坡脚部位可见脉状水流浸出，属于风化型基岩裂隙水。地下水对滑坡稳定性影响较大［7］。

3 滑坡特征分析

3.1 滑坡形态特征

该滑坡病害位于该铁路K535+620—K535+750段内，滑坡前缘为G324国道左侧路堑坡脚，标高约1 240 m，后缘标高约1 295 m，滑坡前、后缘相对高差约55 m，坡体表面多呈台阶状，并发育多级宽窄不一的平台。斜坡自然坡度10°～35°，平均约20°，上部平缓，下部较陡，坡脚因G324国道左侧路堑开挖形成垂直高度15 m、坡率1∶1.25的临空面。滑坡体横向宽约200 m，纵向主轴长约160 m，平面面积3.31万m2，滑坡主滑方向10°，滑面深度6～15 m，滑坡平均厚度约11 m，滑坡体体积约36.41万m3，为中型牵引式滑坡（见图3）。

图3 滑坡体平面示意

3.2 滑面特征

根据勘探及监测数据揭示，滑移面位于第四系滑坡堆积层内，滑移面呈折线形。该滑坡滑面中上部陡，下部较缓，牵引段滑面与水平面夹角约64°，主滑段滑面与水平面夹角11°～17°，抗滑段与水平面夹角约6°，滑面深度6～15 m。

3.3 滑床特征

滑床为第四系滑坡堆积层、崩积土等，成分主要为含碎石角砾砂质黏土、含砂质黏土块石。软硬互层结构发育，层间有容易发生错动的软弱错动带，构造节理发育，有断层、风化裂隙、风化作用下产生的破碎结构面和危岩等。地下水系对软弱层强度影响较大，因下部临空导致逐级牵引形成滑动［8］。

4 滑坡发生特征

该滑坡累积位移量为20.13～40.33 mm。滑坡前缘位于G324国道靠山侧路堑边坡，坡脚路堑混凝土挡土墙伸缩缝外错，错距达10～20 cm，挡墙大里程端墙背与土体分离距离达25 cm，墙体向河侧倾斜严重。滑坡体地表林地、耕地裂缝数量多、延伸长、裂缝宽、深度大，折线形、直线形、弧线形均有分布。滑坡体中部ZK2-9附近平行发育3条地裂缝，间距分别为1.1，2.1 m，最大一条延伸方向345°，延伸长度大于3.5 m，裂缝宽10～140 cm，深度0.70～1.50 m。在ZK3-8附近耕地里可见弧形地裂缝展布，其延伸长度大于5 m，裂缝宽10～20 cm，且部分地段裂口有错落台阶，阶高10～40 cm，可见深度0.5～1.0 m。拉裂方向20°～70°。该滑坡体上裂缝数量多，规模大，标高1 245～1 284 m，为多级滑坡，公路左侧路堑挡墙等支挡结构物及林地、耕地均遭受不同程度的破坏［9］。

甲状腺癌是常见的内分泌肿瘤之一，通常情况下，甲状腺组织中的恶性结节硬度比正常组织的硬度及良性组织的硬度要大[1]，在对甲状腺癌患者进行诊断时通过超声弹性成像技术，对组织硬度的具体情况进行分析，对传统超声检查中的不足进行弥补改善，应用价值较高，基于此，对甲状腺癌的超声诊断的具体价值进行分析，现就分析结果作如下报道。

5 滑坡形成机理分析

通过对红层滑坡的特点，对该滑坡的地层岩性、水文地质条件、地形地貌、人为因素影响及深孔位移进行分析，总结得出滑坡滑动原因如下：

1）从地层岩性上看，滑坡体上覆盖大量老滑坡堆积体，这些堆积物呈松散状，有利于地表水下渗，汇集的地下水会对上覆岩土体产生浮托力，增加土体重量，降低土体物理力学性质，并大致沿坡体方向径流排泄，客观上促成了滑带的进一步形成。边坡中的泥岩、粉砂质泥岩风化程度高，容易形成破碎结构面，加速边坡的破坏。

2）从水文地质条件看，该区气候湿润，降雨量大，充沛的降雨所产生的斜坡坡面流通过覆盖层孔隙和基岩节理裂隙向下渗透。风化泥岩、粉砂质泥岩遇水易软化，失水易崩解，渗透水还提高了覆盖层的饱和度，使岩土体结构进一步松弛并增加了岩土体的自重，另外地下水位的上升促成了岩土体孔隙水压力的提高，从而加剧了滑坡体的向下滑动。

3）从地形地貌上看，滑坡体坡体表面多呈台阶状，并发育多级宽窄不一的平台，斜坡自然坡度10°～35°，平均约20°，呈明显老滑坡地貌。

4）从人为因素看，于2015年开通的G324国道在滑坡体下段开挖坡脚、形成垂直高度15 m的路堑边坡导致老滑坡体下部临空，后部坡体失去支撑，破坏了原坡体的应力平衡状态。在自重应力和地表水下渗软化作用下第四系覆盖层碎石土层产生应力松驰，诱发滑坡。

综上所述，该边坡坡体岩性复杂，风化程度高，土体物理力学特性差。坡体中软硬相间的砂泥岩互层结构明显，软弱夹层遇水易发育成滑带。节理裂隙发育，结构面开裂，边坡风化程度高，水流易渗透弱化边坡岩层力学性能。其中红层软岩的岩性组合多是不同岩性的互层；红层岩体的改造比一般岩体的改造容易［2］；水对红层岩层的影响比一般岩层大，是红层滑坡与一般滑坡的主要不同点。

6 治理措施

6.1 锚固抗滑治理措施

1）K535+631.0—K535+685.8段采用锚索框架梁进行支护。靠山侧已建挡墙采用7φs15.2 mm、长39 m的预应力锚索地梁进行加固，锚索布置1排，列距3.0 m。地梁截面尺寸为40 cm×50 cm；第二级土质裸坡采用7φs15.2 mm、长39 m的预应力锚索框架梁进行加固，截面尺寸为40 cm×50 cm，入土深度30 cm，排距2 m（垂向），列距3.0 m（见图4）。

图4 K535+631.0—K535+685.8段滑坡治理工程示意

2）K535+627—K535+660右侧段采用D型锚索抗滑桩进行支护。在该段轨道右侧7 m处设置1排抗滑桩（D1～D6），桩顶面与地面平齐，桩长42 m，桩中心距6 m，桩身截面尺寸3.0 m×4.0 m。在距抗滑桩桩顶2 m处设置第1排7φs15.2mm、长45 m的预应力锚索；在距抗滑桩桩顶4.5 m处设置第2排7φs15.2mm、长42 m的预应力锚索。锚索共布置2列，排距2.5 m，列距1.0 m，见图5。

图5 K535+627—K535+660右侧段滑坡治理工程示意

3）K535+660—K535+750右侧段采用E型锚索抗滑桩进行支护。在该段轨道右侧6～8 m处设置1排抗滑桩（E1～E15），桩顶面与地面平齐，桩长45 m，桩中心距6 m，桩身截面尺寸3.0 m×4.0 m。在距抗滑桩桩顶2 m处设置第1排7φs15.2 mm、长53 m的预应力锚索；在距抗滑桩桩顶4.5 m处设置第2排7φs15.2 mm、长50 m的预应力锚索。锚索共布置2列，排距2.5 m，列距1.0 m，见图6。

图6 K535+660—K535+750右侧段滑坡治理工程示意

6.2 疏排水治理工程

1）K535+627—K535+750段右侧抗滑桩附近设环形密井暗管。做法是在抗滑桩相应位置的护壁超挖0.2 m，上下端开挖坡率1∶1，与上下护壁衔接，形成高2.0 m、净空0.2 m环抗滑桩桩身密井。在抗滑桩护壁布设仰斜泄水孔，收集抗滑桩周围地下水，靠山侧泄水孔单孔长2.0 m，相邻抗滑桩之间泄水孔单孔长1.0 m，孔径110 mm。

2）对密井暗管超挖部分进行小孔超前注浆。做法是在抗滑桩开挖至密井上方0.5 m处，采用孔径49 mm的钻孔向下呈45°角钻进，长2.0 m，钻孔之间水平间距0.5 m。在钻孔内插入φ49 mm PVC注浆管，注浆水泥用量按1 t/孔计。

3）相邻两根抗滑桩密井设暗管联通。暗管采用直径140.0 mm镀锌钢管连接，镀锌钢管单根长2.8 m，两段各搭接0.5 m，共18根。暗管的纵向坡率0.5%，共2排9列。

4）泄水洞采用预制钢筋混凝土圆管顶管作业，泄水洞纵向坡率5%，长48 m。混凝土圆管型号为φ220×22 cm F顶管，圆管内径2.2 m，壁厚0.22 m。上游端头联通D1抗滑桩密井暗管。

5）泄水洞下游出口处采用顶进法施工工作井。工作井尺寸为10.0 m（长）×4.5 m（高）×6.0 m（宽），施工完成后还可作为泄水洞出口处沉淀池。