大理市某工程搬迁项目边坡变形特征分析

张 华，张雪芹，杨 波

(1.云南南方地勘工程有限公司，云南 大理 671000；2.云南省地质矿产勘查院，云南 昆明 650051；3.云南地矿工程勘察集团有限公司 云南 昆明 650051)

红层是一种外观以红色为主色调的陆相碎屑沉积建造，滇西红层主要为云南西部地区侏罗系及白垩系碎屑沉积建造。岩性多以紫红色泥岩、粉砂质泥岩、粉砂岩及细砂岩等为主，具有透水性弱、亲水性强，遇水易软化、塑变，抗风化能力弱，易崩解等特性。主要分布于兰坪-思茅一带，呈北西-东南向展布，分为北区及南区。北区主要分布于澜沧江以东兰坪、剑川、永平及大理一带[1]。滇西红层工程性质差，极易产生边坡滑移、垮塌失稳，场区扰动后形成滑坡、泥石流及堆积体的风险较高，易于发生地质灾害。

大理市殡仪馆搬迁项目边坡区为典型的滇西碎屑沉积建造。通过对项目边坡现场调查和地质勘察，分析该边坡(1#～4#边坡)的工程地质条件、水文地质条件、岩土体结构和工程地质特性及变形破坏迹象、边坡变形破坏模式，提出了合理的边坡治理方案，旨在为滇西红层区边坡破坏分析提供理论分析及实际工程中边坡治理提供参考。

1 边坡区特征分析

1.1 边坡区工程地质条件

研究区位于大理盆地南东部，洱海南东岸关巍公路5.5Km处，处于三江褶皱系结合部的台缘凹陷最南端，西洱海断裂及狮子山断裂挟持带内。属构造剥蚀低中山斜坡地貌，山体自然坡度8°～35°。区内雨量充沛，多年平均降雨量1051.1mm，雨季集中在6～9月，占全年降雨量的84%以上。岩体在干湿交替的作用下膨胀和开裂，强度降低，为滇西红层地质灾害的高发期。

拟建场地占地面积约67322.67m2，建筑面积约24000m2，场地规划整体呈台阶状，处于陡坡上，地形地貌复杂，用地面积有限，规划建筑较密集，高边坡所占比例较大。斜坡地形坡度约25°～35°，坡顶位于分水岭，高程2325m，前缘沟谷平缓，宽度50m～80m，高差190m，斜坡长约610m，宽约225m。拟建场地位于斜坡中部(图1、图2)，地形较缓，局部为缓坡平台，斜坡上部、下部坡度较陡，呈上陡，中缓，下陡地形。大部分基岩出露，局部覆盖层2m～7m，主要由碎石土、粉质黏土组成，基岩为侏罗系上统坝注路组(J3b)泥岩、粉砂岩、砂岩等。据斜坡区主要岩土参数(表1)，工程地质特性：①岩体风化强烈，风化物多呈红色，胶结物以钙质、铁质为主，胶结程度差；②含黏土矿物，具有胀缩性，亲水性较强，透水性较弱，遇水易软化、膨胀，易崩解、开裂。为典型滇西红层工程地质特性[2]。

表1 拟建场区主要岩土参数表Tab 1.Main Geotechnique Parameter of Draft Construction Field

图1 勘察工作平面布置图Fig 1.Exploration Arrangement Map1-勘察剖面及编号；2-钻孔编号及深度(m)；3-边坡及编号；4-冲沟及编号；5-用地红线；6-地下室范围；7-规划建筑；8-规划道路；9-铺砖；10-室内±0.00标高；11-规划设计挡土墙；12-侏罗系上统坝注路组；13-泉点及编号

图2 4-4典型剖面边坡变形特征断面图Fig 2.Typical Section4-4 of Side Slope Deformation Characteristics1-残坡积土；2-泥岩；3-粉砂岩；4-砂岩；5-地层编号；6-第四系残坡积层；7-侏罗系上统坝注路组；8-边坡范围及编号；9-钻孔编号及深度(m)；10-剖面走向；11-岩层产状；12-地形线；13-岩层界线及分层厚度；14-水位线及水位深度；15-取样及取样深度；16-预计边坡坡面线

根据勘查结果，边坡范围内分布主要为第四系全新统人工堆积填土、残坡积含角砾粉质粘土及侏罗系上统坝注路组全风化泥质、粉砂岩及砂岩。以各岩土体分界面及岩层内软弱面作为潜在滑动面边坡稳定性评价。各边坡工程地质特征如下：

1#边坡：土、岩体结构挖方边坡，位于拟建场地最高点(东侧)。地形坡度约45°，高差6.1m～11.5m，坡向274°，平面为弧形。边坡坡长约5.5m～12.2m，宽约91.2m，面积816m2，潜在滑移体厚2.5m～4.5m，体积约0.29×104m3。

2#边坡：土、岩体结构挖方边坡。开挖后地形坡度约59°，高差9.02m～15.41m，坡向274°，平面为直线。边坡坡长约10m～20m，宽约64.1m，面积961.5m2，潜在滑移体厚2.5m～5.5m，体积约0.38×104m3。

3#边坡为拟建场地中部，为一挖方边坡，坡顶距上方建筑区距离较远，存在较大的削坡空间。开挖后地形坡度约59°，高差7.4m～16.3m，坡向274°，平面为直线。坡长约18.1m～27.0m，宽约215.80m，面积4866.29m2，潜在滑移体厚3.2m～8.4m，体积约2.82×104m3。

4#边坡：开挖后边坡垂直高差7.3m～12.3m，坡向274°，平面为直线。边坡坡长约8.1m～10.5m，宽约189.4 m，面积1761.42m2，潜在滑移体厚4.8 m～7.2m，体积约1.06×104m3。

1.2 边坡稳定性分析

评价边坡稳定性主要有极限平衡法、有限单元法、离散单元法及概率分析法，其中以极限平衡分析法在工程实践中使用最多。其要点是：首先根据具体情况假定破坏面(滑面)形状，而不是按塑性理论计算得到；其次破坏面内岩土体不需要满足塑性条件，仅需在滑动面上满足塑性条件即可(亦即把坡体当作刚体来处理)，而不是塑性理论要求坡体内部每一点均需满足塑性条件。对岩土体进行稳定性评价时，首先假设滑面，可为各种形态；然后根据滑面确定极限抗力，再求得稳定系数。由于滑面是假设的，具有较大的不确定性，各个滑面所求得的安全系数可能会有较大差异，其最小值最接近于问题的解答，相应破坏面就是该坡最危险滑面。规范推荐和生产实际中常用的方法有一般条分法、简布(Janbu)法和不平衡推力法等。

假定滑面后，滑面的几何参数、物理力学参数都为已知值。因此，为了达到平衡并能求得稳定性系数，需要求得的未知量有：每一层土条滑面上的竖向作用力、土条之间的作用力等。如果考虑条间水平和竖直作用力的作用，则坡体稳定性计算变为超静定问题，欲求得稳定性系数必须引入合理的假设或者适当的协调条件，如土体的应力-应变关系，而土体的应力应变关系较为复杂，不便于工程应用，通常的稳定性评价都是通过简化假设以减少未知量，这类假设大致有以下三种。

①假定条间的竖向作用力为零，较为典型的有毕肖普法；

②假定条间作用力方向，如不平衡推力传递法、斯宾塞法、萨尔玛法；

③假定条间力作用点的位置，如Janbu法等。

通过以上假设，超静定问题转化为静定问题，求得稳定性系数。

研究区1#-4#边坡最不利，工况破裂面主要位于全风化基岩层以及岩土界面。采用圆弧法、折线法进行稳定性分析及推力计算，计算时取滑块单宽为1.0m，简化为二维问题进行计算。

圆弧法(简化Bishop)稳定系数

整体斜坡：一般工况下稳定系数Kf=1.35～1.51，处于稳定状态；暴雨工况下稳定系数Kf=1.05～1.15，处于基本稳定-稳定状态。即整个山坡一般工况下稳定，在特殊暴雨天气下基本稳定-稳定。山坡自身稳定性较好，无需进行整治。

1#边坡：一般工况下稳定系数Kf=1.021～1.166，处于欠稳定-基本稳定状态。

2#边坡：一般工况下稳定系数Kf=0.836，处于不稳定状态。

2#-1和2#-2边坡：整体深层一般工况下稳定系数Kf=3.75，处于稳定状态；整体浅层一般工况下稳定系数Kf=1.07，处于基本稳定状态。2#-1一般工况下稳定系数Kf=0.856，处于不稳定状态；2#-2一般工况下稳定系数Kf=0.860，处于不稳定状态。

3#边坡：一般工况下稳定系数多为Kf=0.854～0.909，处于不稳定状态，局部基本稳定。

4#边坡：一般工况下稳定系数Kf=0.20～0.948，处于不稳定状态，局部基本稳定。

1.3 边坡变形发展趋势

1#边坡：地层以全强风化泥岩为主，坡高差6.1 m～11.5m，为建筑上方的挖方边坡，天然状态下基本稳定，靠近沟谷部位可能出水。一般工况下稳定系数Kf=1.021～1.166，处于欠稳定-基本稳定状态。附加安全系数后边坡剩余下滑力较小，地震工况推力小于一般工况，即一般工况为最危险工况。该边坡规模较小，推力较小，一般工况下可能出现局部坍滑，需要护坡工程。

2#边坡：地层以全强风化泥岩为主，坡高差9.02m～15.41m，为建筑下方、道路上方的挖方边坡，天然状态下基本稳定，靠近沟谷部位可能出水。一般工况下稳定系数Kf=0.836，处于不稳定状态。即开挖后一般工况下边坡即将失稳，在地震等不利因素下，边坡可能加剧破坏，需要整治。

3#边坡：地层以全强风化泥岩为主，坡高差7.4m～16.30m，为建筑上方的挖方边坡，边坡局部出露泉点，特别是1#火化车间位置，天然状态下边坡可能沿着最不利工况破裂面发生变形破坏。一般工况下稳定系数多为Kf=0.854～0.909，处于不稳定状态，边坡将失稳，在地震等作用下将加剧。需整治。

4#边坡：地层以全强风化泥岩为主，坡高差7.3m～12.30m，为建筑上方的挖方边坡，该边坡多处出露泉点，泉点基本在一个高程基准上，天然状态下边坡可能沿着最不利工况破裂面发生变形破坏。一般工况下稳定系数Kf=0.20～0.948，处于不稳定状态，局部基本稳定。边坡将失稳，在地震等作用下将加剧。需进行整治。

1.4 方案分析

方案设计遵循原则：支护科学，技术优化，安全可靠，经济合理、施工便捷。整体思路：1#边坡稳定性相对较好，边坡规模较小，剩余下滑力较小，可采用锚杆框格梁+护脚挡土墙整治方案；2#边坡上方存在放坡条件，可采用锚索框格梁+护脚挡土墙整治方案；设计的挖方边坡以3#边坡和4#边坡为主，其中3#边坡目前虽局部进行了适量开挖，但坡后方放坡空间较大，可对放坡坡度进行修正，边坡岩性以全强风化泥岩和灰黄色全强风化砂岩为主，承载力较好，可采用锚索框格梁支护；4#边坡由于已进行开挖，坡顶规划道路所在位置原生土被挖除，即从坡脚工程位置期需回填一部分至规划道路，最终坡面将被填土覆盖，不宜采用框格粱，采用桩板墙支护。图3。

图3 4-4典型剖面设计纵断面图Fig 3.Design Longitudinal Section of Typical Section 4-41-残坡积土；2-泥岩；3-粉砂岩；4-砂岩；5-地层编号；6-第四系残坡积层；7-侏罗系上统坝注路组；8-边坡范围及编号；9-钻孔编号及深度(m)；10-剖面走向；11-岩层产状；12-地形线；13-岩层界线及分层厚度；14-水位线及水位深度；15-最不利滑动面；16-规划设计挡墙；17-拟建锚拉抗滑桩；18-拟建桩顶冠梁

2 滇西红层工程地质特性及孕灾分析

红层属陆相碎屑岩沉积建造，岩石在干热气候条件下经强烈风化，原有矿物成分氧化经沉积最终形成红层地层。滇西红层主要为侏罗系及白垩系。岩性多以紫红色泥岩、粉砂质泥岩、粉砂岩及细砂岩等为主，岩石主要成分包括碎屑矿物及粘土矿物。

粘土矿物具有较强的吸水性，吸水后碎屑颗粒之间联结弱化、崩解。 同时基岩在吸水膨胀、 失水收缩后胶结性变差，风化程度加快，各项力学指标降低，岩土强度参数饱和值较天然值最大减弱近34%，粘聚力减弱更为明显(表1)，从而产生山体崩塌、滑移失稳破坏。

3 结语

(1)边坡基岩由侏罗系上统坝注路组(J3b)泥岩、 粉砂岩、 砂岩组成，滇西红层特殊的软岩性质决定了岩体风化速度较快、风化带较厚、岩体抗剪强度较低，为边坡的局部块体和整体失稳提供了基本条件。

(2)基于边坡变形破坏机制提出截排水沟+锚索框格梁+锚索抗滑桩整治措施。

(3)滇西红层具有亲水性较强、透水性弱、遇水易软化等特征，工程建设中应深入分析红层特征，加强勘察设计工作，做好选址、勘查、设计、施工工程建设全周期的风险管控。