临近铁路软质岩边坡滑坡成因机理及稳定性分析

刘凯锐

（中铁第四勘察设计院集团有限公司，湖北 武汉 430063）

1 工程概况

某铁路动车所停车场场坪标高为311.11 m，南侧边坡开挖最高标高450 m，边坡高约140 m，共16级边坡。底部设置一排抗滑桩（桩顶标高320 m），桩截面2.0 m×2.25 m，1级～3级边坡设置框架锚杆，4级～16级边坡设置喷混植生，坡率为1∶1.25，从南侧至西侧边坡采用1∶1～1∶1.25。9级～16级边坡以上地层为云母片岩全～强风化为主，5级边坡以下为云母片岩弱风化层。

2 工程地质条件

2.1 地形地貌

边坡区属鄂西北构造侵蚀低山丘陵区，沟谷深切，高差较大，山坡自然坡度为30°，绝对标高310.0 m～470 m，相对高差约160 m，植被较发育，多为杂草、树木。

2.2 地层岩性

1）第四系全新统地层（Q4）。

②9-1碎石土（Qdl4）：主要分布于边坡中部西侧表层，属第四系崩坡积层，灰黄色，稍密，稍湿，主要成分云母石英片岩角砾，含量（质量分数）约80%，粒径主要为2 cm～6 cm，骨架间主要充填灰色黏性土。

③1-2含碎石粉质黏土（Qdl4）：主要分布滑坡后缘未开挖削坡地带，褐黄色，可塑，主要成分由黏性土组成，局部夹有少量碎石，含量（质量分数）20%～40%，碎石呈棱角状，粒径多为2 cm～8 cm，局部含块石，其主要成分为云母石英片岩角砾、碎块。

2）中元古界云母石英片岩（Pt）。

○408-1云母石英片岩（Pt）：灰黄色，全风化，岩石组织结构全部被破坏，仅外观保持原岩状态，岩石风化呈土状、砂状，风化裂隙很发育，含少量岩石碎块，干烧易钻进。坡面分布，层面埋深为0 m～3.20 m，地层厚度为1.70 m～2.00 m，属Ⅲ类土。

○408-2云母石英片岩（Pt）：灰黄色，强风化，鳞片变晶结构，片状构造，主要成分云母、绿泥石和石英，裂隙极发育，裂隙面可见褐色铁锰质氧化物薄膜。岩芯极破碎，主要呈4 cm～9 cm碎块状、饼状、短柱状，少部分呈10 cm～32 cm柱状，RQD=28%，采取率85%。层面埋深0 m～4.9 m，层厚3.00 m～18.60 m，属Ⅳ类软石，全场地均有分布。

○408-3云母石英片岩（Pt）：灰绿色，弱风化，鳞片变晶结构，片状构造，主要成分云母、绿泥石和石英，裂隙较发育，岩芯较破碎，主要呈10 cm～35 cm柱状，最长100 cm，少部分呈4 cm～8 cm碎块状、饼状、短柱状，裂隙面大部分较新鲜，RQD=60%，采取率90%。层面埋深3.00 m～18.60 m，最大揭露厚度34.78 m，属Ⅳ类软石，全场地均有分布。

下伏基岩平面分布较为均匀，本次工程钻孔均揭示到该层，测区普遍分布；成分均匀性一般，且风化不均匀；基岩埋深由西向东逐渐变浅，厚度一般大于30 m。

3）矿物分析。

分别取了4孔岩芯进行矿物分析，云母含量（质量分数）15%～30%不等，差异性较大，岩层定名为云母长英片岩。云母含量差别较大，导致岩石强度差别较大。

2.3 地质构造

该区大地构造单元为秦岭褶皱系，武当山复背斜，拟建场区位于夏家店倒转背斜的北东翼，区域性大断裂——公路断裂影响带上。公路断裂总体上呈北西西向，长约164 km，按延伸方向可分为三段：黄龙滩以西段、黄龙滩-青徽铺段、青徽铺以东段，建筑场区位于黄龙滩-青徽铺段，该段断裂走向290°左右，断面向北倾，倾角52°～71°，挤压破碎带宽度可达500 m，属挤压形成的正断层。

根据现场测绘调查，边坡场区东侧、前缘岩层片理产状260°∠75°，中部片理面陡倾。节理裂隙走向玫瑰花图见图1。

图1 节理裂隙走向玫瑰花图

根据现场调查结果，滑坡区主要发育4组节理，岩层片岩、节理均为陡倾状，各组节理发育情况如下：

①产状73°∠72°，一组两条，节理面平直，较光滑，微张，泥质充填；

②产状30°∠87°，一组三条，节理面折线状，较粗糙，微张，无充填；

③产状3°∠83°，一组三条，节理面较平直，较粗糙，微张，无充填，局部被拉裂张开，呈20 cm～50 cm裂缝；

④产状340°∠79°，一组三条～四条，节理面较平直，较粗糙，微张，无充填，局部被拉裂张开形成裂缝。

2.4 水文地质条件

区域地表水系主要为神定河，位于边坡西1.5 km。地下水按含水介质特征划分为松散堆积层孔隙水、变质岩裂隙水两种类型。

1）松散堆积层孔隙水。

主要分布于勘查区中上部的含碎石粉质黏土和碎石土中。由于滑体物质结构及厚度上存在较大的差异，滑坡区由于所处部位不同，岩性及厚度变化较大，不同区段地下水赋水性各具特点。含碎石粉质黏土构成的滑体物质为弱～中等透水，受雨季降水影响大，久雨后可饱水，暴雨期间房屋后坡脚有地下水渗出。勘查期间地下水位埋深在16.70 m～20.80 m不等。

2）基岩裂隙水。

主要分布片岩强风化带中，因岩体遭受风化作用强烈，其节理裂隙较发育，岩体被切割破碎后形成含水层，具弱透水性，地下水主要接受大气降水及上部第四系松散层地下水的入渗补给，在基岩风化带附近呈层状分布。沿裂隙面向下运移，其排泄基准面受河流及深切沟谷制约。

3）地下水的补给、径流及排泄。

滑坡区地下水的补、径、排条件主要受本区的地形、地貌、地层岩性制约。植被发育，地形切割强烈、坡度较陡，降水顺坡流失快，地下水径流途径短，排泄条件好，多以侧向排泄补给沟谷、冲沟的形式排泄。降雨是本区地下水的主要补给来源，地下水动态受降水影响较为明显。

4）岩土体渗透性。

勘查期间表层（0.3 m～0.4 m）松散体做简易试坑渗水试验2次，试验土体为滑体表层含碎石粉质黏土结构松散，结合经验，渗透系数（K）为2.6×10-3cm/s～6.9×10-3cm/s，为中等透水。

滑体中全风化云母石英片岩、强风化云母石英片岩，因云母含量较大，具弱透水性，边坡变形后，局部裂隙张开较大，形成渗水通道，可视为透水层；滑体下伏弱风化云母石英片岩，节理裂隙少量发育，岩体较完整，可视为相对隔水层。

5）水化学特征。

本次勘查在ZK2，ZK4钻孔取水样两组，依据GB 50021—2001（2009版）岩土工程勘察规范的有关规定，场地环境类型属Ⅰ类，经试验检验，根据GB 50021—2001判定，地下水对混凝土结构在Ⅰ类环境有弱腐蚀，其他环境有微腐蚀；对钢筋混凝土结构中的钢筋有微腐蚀。

3 滑坡形成机制及工程地质评价

3.1 施工病害情况

动车所停车场高边坡共16级，土石方开挖于1月启动，于3月12日挖至八级边坡，正线里程DK444+300左侧第9级、10级边坡处出现局部滑塌，边坡其他观测桩数据正常。

5月10日现场已开挖至4级边坡，局部开挖至1级，弱风化岩层需放炮开挖。16日～18日下雨，局部边坡出现裂缝，23日坡顶20 m～30 m后缘出现裂缝，最大宽度25 cm，6级～16级边坡坡面裂缝、错台严重，局部错台高达1.5 m。根据施工监测数据坡面每天有位移变化（见图2，图3）。

图2 现场滑坡分布图

图3 现场滑坡后缘拉裂图

各类变形现象遍布整个滑体，在强降雨后期已接近临界滑动状态。滑坡变形呈现如下特征：后缘拉裂，裂缝宽且延伸长，裂缝深；滑体中前部裂缝多、塌滑体面积大；滑坡体前缘剪出变形明显，总体呈现多级推移式变形特征（见图4）。

图4 滑坡平面分布图

滑坡体中部塌滑开裂遍布滑坡体。具体特征见表1。

表1 滑坡中后部主要变形特征

滑坡中前缘主要变形如表2所示。

表2 滑坡前缘一带主要变形特征

3.2 滑坡体形态及物质组成

滑体形态主要为近南北向分布，南北向长230 m，东西向宽90 m，面积约2.07×104m2，滑坡厚度3.00 m～18.00 m，平均厚度11.0 m，滑坡体体积22.7×104m3，属中型中层岩质滑坡。11级以上边坡滑移方向25°～36°，9级边坡以下变形方向49°～66°，总体方向由北北东过渡北东东向。

滑坡周界清楚，后缘张拉裂缝清晰，侧部剪切裂缝发育、中部台阶及平台裂缝密集，下部鼓掌裂缝、剪切裂缝及反翘现象明显。边坡滑坡体后缘呈弧形，位于坡顶鞍部缓平台部位，受后缘推移拉裂，裂缝宽30 cm～50 cm，深4 m～5 m，延伸西侧至冲沟渐灭，东侧顺坡向转向渐灭。滑坡西侧缘受冲沟控制，东侧缘位于坡向转折部位。滑坡在前缘西侧、东侧及中前部剪出。

滑体物质主要为全～强风化云母石英片岩为主，局部表层为碎石土、粉质黏土。边坡中部西侧表层碎石土、粉质黏土主要分布于滑坡后缘未开挖削坡地带，厚2 m～3 m。滑坡体整体分布强风化云母石英片岩（Pt），层面埋深0 m～4.9 m，层厚3.00 m～18.60 m，属Ⅳ类软石，全场地均有分布。滑体厚度在纵向上中后部厚，厚度6.0 m～18.0 m，前缘东侧受剪出位置约束，相对较薄，厚度仅3.0 m左右。

3.3 滑面的确定

滑坡滑面确定至关重要，根据现场调查、地质钻探、地表沉降观测、钻孔测斜仪等综合勘察手段分析确定滑面的深度及形状。

1）钻探。

共布置钻孔9个，沿着主滑方向布设，钻探揭示其中全风化厚2 m～3 m，强风化层6 m～18.0 m，其中ZK3，ZK8孔在强风化中钻探揭示破碎带位置，厚1 m～1.4 m，埋深分别为10.6 m，6.5 m。可判断滑面深未超过强风化层与弱风化分界面，滑坡下缘在上部滑体推动下局部切入弱风化层（见图5）。

2）孔内测斜。

钻孔完成9孔，埋设测斜仪9孔（人工监测），从最早6月2日开始监测数据，每日两次，其中ZK10，ZK8，ZK1滑移位置分别为5 m，18 m，9 m。其中ZK8，ZK1孔位置与强、弱风化层分界线基本一致。

5月29日设置27个观测桩，每天测一次水平及沉降位移，至6月14日观测情况如下：

16级边坡最大累计沉降-518 mm，位移765 mm；

15级边坡最大累计沉降-232 mm，位移502 mm；

14级边坡最大累计沉降-974 mm，位移1 607 mm；

13级边坡最大累计沉降-545 mm，位移1 319 mm；

11级边坡最大累计沉降-623 mm，位移1 396 mm；

10级边坡最大累计沉降-444 mm，位移1 181 mm；

9级边坡最大累计沉降-151 mm，位移1 129 mm；

8级边坡最大累计沉降-278 mm，位移997 mm；

6级边坡最大累计沉降-136 mm，位移712 mm；

4级边坡最大累计沉降6 mm，位移233 mm。

其中4-1，4-2，4-3，9-1，10-1等坡面监测点存在上拱，与现场测绘滑坡东侧边缘及前缘受挤压一致，并可以判断为滑坡剪出口。14-3监测点竖向沉降及水平位移最大，所有监测数据显示水平位移均大于竖向位移。

通过上述综合分析得出：滑面主要位于岩层的强风化和弱风化分界线处，滑体物质主要为全～强风化云母石英片岩，局部表层为碎石土、粉质黏土；滑带主要发育在强风化云母石英片岩中；滑床物质成分主要为弱风化云母石英片岩。滑坡体呈长舌形，属中型中层岩质滑坡。主滑方向为49°～66°，北东东向。典型断面的滑面位置如图6所示。

图5滑带位于强风化云母石英片岩(ZK8)

图6 典型断面滑面分布图

3.4 滑坡原因分析

滑坡是在特定的自然与地质环境条件下形成和发生的，其形成主要受地形地貌、地层岩性、地质构造、特殊天气以及人类活动等多方面的因素综合作用、相互影响、相互叠加后形成。

该滑坡地层岩性以云母石英片岩强风化为主，属于软质岩，云母含量较高，其强度较低，抗风化能力弱，遇水软化严重；岩层节理裂隙极其发育，均为陡倾状，岩体极其破碎；边坡高度达140 m，开挖坡度38°～45°，较陡，开挖后应力释放造成局部倾倒、垮塌及蠕变变形；该处施工环境复杂（临近施工较多、爆破施工），影响因素较多；该地区每年3月～5月份连续降雨，由于边坡开挖，边坡裸露，降雨沿坡体不断垂直下渗，整体山体含水量在短时间骤增，内摩擦角突降，下滑力加大，抗滑力减少，滑坡稳定系数在短时间内降低，边坡可能失稳。

边坡不同的岩性结构的岩土体其含水透水性各异，对斜坡稳定性的影响程度也各具特点［1-2］。滑体表层碎石土受中部强风化云母石英片岩阻隔透水饱水是引起中部西侧滑体表层局部滑塌的原因（塌滑处）。中部强风化云母石英片岩裂隙发育分布不均匀，裂隙贯通区域的雨水在长时间降雨受下伏弱风化云母石英片岩阻隔，会向下补给滑带岩土层，是引起滑坡整体滑移的原因。

综上所述，滑坡的形成与演变，属于特定地质条件下，受外界因素干扰，雨水天气为外界的综合诱导因素多重作用下而形成。

3.5 滑坡稳定性分析评价

岩质边坡的破坏大多是沿着岩体中软弱结构面发生的，主要是沿着层面、节理裂隙面、软弱层面或断裂破碎带剪切滑移、拉裂和整体累积变形与破裂［3-5］（见表3），因此从岩体结构面发育、产状及其与临空面的组合关系上进行分析，可以初步定性判断岩体的稳定性，对该边坡采用赤平投影法进行综合定性分析（见图7）。

图7 边坡稳定性赤平投影分析

表3 裂隙、结构面倾向倾角一览表

通过各单一结构面和各组合结构面对边坡稳定性影响进行分析：

1）单一结构面分析：节理J②，J③，J④与坡面斜交夹角（分别为24°，33°，34°）小于40°外倾，边坡整体失稳的可能性较小，但可能产生局部滑动；节理J①与坡面近似同向，且倾角大于坡度，滑动可能性较小；岩层D相对边坡内倾，稳定，滑动可能性小。

2）多组结构面组合分析：J①-J②，J①-J③，J①-J④，J①-D交棱线交点与边坡投影弧在同一侧，且在cs（开挖坡面）内侧，说明结构面组合交线的倾向与坡面倾向一致，但倾角大于整体坡面坡角，结构面交线在开挖坡面坡脚没有出露，在后缘较缓的部位如坡顶缓平台出露，属于稳定结构状态；J②-J③，J②-J④，J③-J④，J①-D＼J②-D，J③-D，J④-JD交棱线交点与边坡投影弧在对侧，属于最稳定状态。

结合现场情况，中后缘均发现拉裂的裂缝，中前部坍塌，前缘未剪出，与分析情况相符。

虽然通过赤平投影法分析该边坡结构较为稳定，但滑坡体主要为云母石英片岩强风化层，多为散体结构，边坡整体较高，当存在局部陡于节理倾角开挖临空面时，依然会发生垮塌及倾倒，进一步牵引上部松散体，最终导致整个边坡的滑移。正是因为有利结构面的存在，边坡坡面变形巨大的情况下依然未整体滑动。

4 结论

1）滑坡滑体物质主要为全～强风化云母石英片岩，局部表层为碎石土、粉质黏土；滑带主要发育在强风化云母石英片岩（Pt）中；滑床物质成分主要为弱风化云母石英片岩。灰绿色，鳞片变晶结构，片状构造，节理裂隙少量发育。滑坡体呈长舌形，属中型中层岩质滑坡。主滑方向为49°～66°，北东东向。

2）滑体表层（第四系地层、全风化）受中部强风化云母石英片岩阻隔透水饱水是引起中部西侧滑体表层局部滑塌的原因（塌滑处）。中部强风化云母石英片岩裂隙发育分布不均匀，裂隙贯通区域的雨水在长时间降雨受下伏弱风化云母石英片岩阻隔，后会向下补给滑带岩土层，是引起滑坡整体滑移的原因。滑坡的形成与演变，属于特定地质条件下，受外界因素干扰，雨水天气为外界的综合诱导因素多重作用下而形成。

3）虽然通过赤平投影法分析该边坡结构较为稳定，但滑坡体主要为云母石英片岩强风化层，多为散体结构，边坡整体较高，当存在局部陡于节理倾角开挖临空面时，依然会发生垮塌及倾倒，进一步牵引上部松散体，最终导致整个边坡的滑移。

4）后续滑坡治理可根据滑坡、滑体、滑床等勘察成果资料，采取刷方减载、支挡加固等措施予以治理［6］。