吉圖琿客運(yùn)專線GDK275滑坡形成機(jī)理

李元彪

(中鐵西北科學(xué)研究院有限公司，甘肅蘭州 730000)

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吉圖琿客運(yùn)專線GDK275滑坡形成機(jī)理

李元彪

(中鐵西北科學(xué)研究院有限公司，甘肅蘭州 730000)

吉圖琿客運(yùn)專線GDK275滑坡為一破碎巖石滑坡，自2012年開始發(fā)現(xiàn)變形以來，隨著時(shí)間的推移，坡體出現(xiàn)下沉、滑移及坡面開裂等變形現(xiàn)象，且日趨加大，呈持續(xù)性滑動變形。其形成與發(fā)展與坡體復(fù)雜的工程地質(zhì)條件存在極大的關(guān)系，高含水的坡體結(jié)構(gòu)是滑坡形成的基礎(chǔ)，邊坡坡腳的開挖產(chǎn)生了較大的臨空面，使邊坡穩(wěn)定度降低，逐步形成滑坡。結(jié)合滑坡的變形特征及監(jiān)測資料對其穩(wěn)定性進(jìn)行綜合分析，確定了滑坡在不同條件下的安全系數(shù)，并對復(fù)雜地質(zhì)條件下切層巖石滑坡的治理工程設(shè)計(jì)提出建議。

破碎巖石滑坡 地下水 地層巖性 綜合治理

關(guān)于復(fù)雜工程地質(zhì)條件下破碎巖石邊坡的破壞機(jī)制及其穩(wěn)定性分析，國內(nèi)有很多學(xué)者曾提出不同的解釋[1，2]。以在建鐵路吉(林)圖(們)琿(春)客運(yùn)專線GDK275滑坡為例，分析復(fù)雜工程地質(zhì)條件下破碎巖石邊坡的穩(wěn)定性，綜合考慮不同地層的影響。

線路所經(jīng)地區(qū)屬長白山中段中低山區(qū)。根據(jù)《吉林省地質(zhì)災(zāi)害防治規(guī)劃》，該區(qū)屬地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)區(qū)?；挛挥诩质⊙舆叧r族自治州延吉市興安村境內(nèi)，沿路線寬度約260 m，垂直線路長約185 m?；露尉€路走向近東西向，以挖方路塹的形式通過?；聦?yīng)路塹，小里程方向接煙集河特大橋，大里程方向接延吉1號大橋，路基寬度13.40 m，原設(shè)計(jì)線路左右兩側(cè)為樁板墻，樁長12 m，樁身埋入9 m，左側(cè)邊坡高約15 m，分四級，坡率為1∶2.0，一、二、三級邊坡高約5 m，邊坡采用C30錨索框架及錨管樁進(jìn)行防護(hù)，坡頂處設(shè)置截水溝。至勘察期間，該邊坡前部部分樁板墻已施工完成，錨索框架部分施工，邊坡頂部錨管樁施工完成。該滑坡自2012年至2013年多次滑動變形，截止2013年12月勘察期間，發(fā)現(xiàn)邊坡坡面出現(xiàn)裂縫，并下錯(cuò)貫通，最大下錯(cuò)2 m，坡腳部分樁板墻開裂變形。該滑坡變形明顯，嚴(yán)重威脅客運(yùn)專線建設(shè)及運(yùn)營安全(見圖1)。

1 滑坡工程地質(zhì)條件

1.1 自然環(huán)境和地貌

勘察區(qū)位于吉林省中東部延吉盆地，屬長白山中段中低山區(qū)，總體地形北高南低，海拔高度在262～279 m，相對高差17 m。原地形比較平順，坡度2～5°，右側(cè)溝谷較發(fā)育，谷坡狹窄。滑坡區(qū)地勢相對兩側(cè)較高，在滑坡頂部可見當(dāng)?shù)厥姓径逊诺牟牧?，滑坡體上以農(nóng)田為主。本區(qū)屬中溫帶大陸性半濕潤季風(fēng)氣候類型，其特點(diǎn)是：四季分明，春季干燥多風(fēng)、夏季溫?zé)岫嘤?、秋季溫和涼爽、冬季寒冷漫長。多年平均氣溫5.8 ℃，多年平均降水量528 mm，降水量隨地勢從西北向東南逐漸減少。且年內(nèi)分配不均，6～9月降水量占全年的70%左右。本區(qū)地震基本烈度為Ⅵ度，抗震設(shè)防烈度為6度，地震加速度值為0.05g。

1.2 地層巖性

工程地質(zhì)測繪及鉆探、物探成果表明：本段斜坡地層主要為第四系全新統(tǒng)殘坡積碎石土、黏土，以及白堊系泥巖、泥質(zhì)砂巖[3]等，現(xiàn)將各巖土層工程地質(zhì)特征由上至下(從新到老)分述如下。

圖1 K275滑坡平面示意

第四系殘坡積(Q4dl+el)碎石土、黏土：廣泛分布在山脊、山坡，碎石組成物質(zhì)主要為強(qiáng)—全風(fēng)化泥巖、砂巖，厚度為6.4～9.5 m。黏土巖性主要為硬塑-堅(jiān)硬狀態(tài)的粉質(zhì)黏土，松散-稍密的粉土，松散的砂土夾碎石，呈稍濕狀態(tài)。

白堊系(K2l)強(qiáng)風(fēng)化泥巖：紫紅色、灰綠色、褐黃色，成分以黏土礦物為主。泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，層狀構(gòu)造，可見原巖結(jié)構(gòu)，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖體極破碎，手掰易碎，失水干裂，巖芯呈土柱狀及碎石土狀，分布于整個(gè)邊坡上，厚度未揭穿。泥巖暴露于空氣中后很快崩裂分解，失水后即為散土狀。

現(xiàn)場調(diào)查及室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果[4][5]表明，該段坡面出露的泥巖為中等膨脹性巖層，隨著含水量的變化，體積有較大變化，變形受限時(shí)將產(chǎn)生較大內(nèi)應(yīng)力。

1.3 地質(zhì)構(gòu)造

勘察區(qū)大地構(gòu)造位于天山-興安地槽褶皺區(qū)的東段，吉黑華力西晚期地槽褶皺帶東南，自西向東跨吉林優(yōu)地槽褶皺帶及延邊優(yōu)地槽褶皺帶兩個(gè)二級構(gòu)造單元。場區(qū)現(xiàn)場地質(zhì)調(diào)查、前期相應(yīng)勘察資料顯示，滑坡區(qū)無斷裂、褶皺等地質(zhì)構(gòu)造，滑坡區(qū)目前地質(zhì)背景的形成主要受燕山、喜山兩大構(gòu)造運(yùn)動期的影響。

延吉盆地四周是海西期花崗巖及二疊系變質(zhì)巖形成的高山區(qū)，盆地是白堊期風(fēng)化形成的中低山及第四紀(jì)河谷平原，構(gòu)造簡單。出露基巖地層為白堊系龍井組，巖性主要為紫紅色泥巖、砂巖等，產(chǎn)狀穩(wěn)定，近水平(見圖2)。

圖2 工程地質(zhì)斷面

1.4 水文地質(zhì)條件

該區(qū)年降雨量較大，多年平均降雨量528 mm?；聟^(qū)地貌形態(tài)為雨水下切作用形成的接近南北向的山梁，梁頂?shù)匦伍_闊，坡度平緩，東西寬度約1 500 m，形成了良好有利的匯水區(qū)。由區(qū)域地質(zhì)調(diào)查可知，該山梁體主要由上部數(shù)米厚的殘坡積體和下部巨厚層的泥巖體組成，造成大氣降雨在此區(qū)域主要形成了兩種排泄形式：一是部分雨水以地表徑流的形式從坡面排入左右兩側(cè)自然沖溝內(nèi)，再由沖溝直接排向山梁前部的云溪河；另一部分滲入坡體內(nèi)形成地下水。鉆孔揭露滑坡體內(nèi)地下水較發(fā)育，且由堆積體的不同成分分布特點(diǎn)，形成了不同的含水層(見表1)。

表1 地下水位統(tǒng)計(jì) m

2 滑坡的變形特征及性質(zhì)

本次勘察現(xiàn)場調(diào)查發(fā)現(xiàn)：該滑坡側(cè)緣貫通裂縫發(fā)育，左側(cè)裂縫自坡口處向后呈弧狀延伸，施工便道、水溝均拉裂變形，變形最大處下錯(cuò)約1.0 m，拉裂約50 cm，水溝錯(cuò)斷處可見明顯位移；右側(cè)界裂縫自坡頂向小里程側(cè)延伸，鄉(xiāng)村路已破壞，可見明顯下錯(cuò)位移，下錯(cuò)最大可達(dá)50 cm，位移最大可達(dá)1.0 m。

坡面可見3條平行線路方向的裂縫，形成滑坡的前、中、后三級后緣：第一道裂縫(前級后緣)距離坡口線約60 m，呈弧線發(fā)育，裂縫走向自西向東(從小里程側(cè)至大里程側(cè))NE58°～SE36°，裂縫最大下錯(cuò)約5 m，最大拉裂約1.5 m，位于Ⅰ-Ⅰ斷面ZK1-2孔前方，向大里程側(cè)延伸至農(nóng)田，裂縫變形逐漸減小，最終與右側(cè)界裂縫相接；第二道裂縫距離坡口線約96 m，裂縫走向自西向東(從小里程側(cè)至大里程側(cè))NE61°～SE31°，裂縫最大下錯(cuò)約2 m，最大拉裂約0.5 m，位于Ⅰ-Ⅰ斷面ZK1-2孔后方，向大里程側(cè)延伸至農(nóng)田，裂縫變形逐漸減小，最終與右側(cè)界裂縫相接；第三道裂縫距離坡口線約128 m，最遠(yuǎn)至坡面磚混平房，并錯(cuò)斷了通向線路的鄉(xiāng)村公路，路面可見最大下錯(cuò)約30c m，大里程側(cè)延伸至農(nóng)田，裂縫變形逐漸減小，并最終消失。

同時(shí)，在已開挖四級坡面上均可見由于滑坡滑動后形成的拉裂縫，均平行線路發(fā)育，坡面土體松散。局部錨索框架變形破壞，并有明顯位移，Ⅰ-Ⅰ斷面附近開挖坡面錨索錨具崩落；坡口一線設(shè)置的錨管樁因滑坡滑移，整體變形，并出現(xiàn)不同程度的沉降。該區(qū)由原始的順坡地貌，形成目前的反坡地貌，中部出現(xiàn)凹槽，當(dāng)?shù)卮娣诺能囕v等因地形變化造成傾斜或者倒塌。

該滑坡為破碎巖石滑坡，滑體為全—強(qiáng)風(fēng)化的白堊系泥巖和泥質(zhì)粉砂巖，表層為殘坡積的碎石土及黏性土?；聻闋恳再|(zhì)的逐級下滑，隨著開挖深度不斷增加，滑坡的范圍和厚度越來越大。據(jù)滑坡中前部裂縫走向和地形地貌等因素，綜合確定主滑動方向?yàn)镾，與客運(yùn)專線路線走向正交。

該滑坡沿滑動方向前級滑坡縱向長117 m左右，中級縱向最長153 m，后級縱向最長203 m，橫向最大寬度約260 m。前級滑坡最大埋深15.9 m，體積約為28.3×104m3，屬于中型滑坡；中級滑坡最大埋深13.9 m，體積約為38.2×104m3，屬于中型滑坡；后級滑坡最大埋深約10.9 m，體積約為50.3×104m3，屬于中型滑坡。

3 滑坡的形成機(jī)制

(1)勘察區(qū)揭示地層為全—強(qiáng)風(fēng)化的白堊系泥巖，局部夾有泥質(zhì)粉砂巖，巖層層面近水平層狀，鐵路修建開挖邊坡后，巖層暴露于空氣中，風(fēng)化強(qiáng)烈呈土狀，在近飽水的狀態(tài)下，巖石物理力學(xué)指標(biāo)迅速降低，極易形成滑坡地質(zhì)災(zāi)害。

(2)坡面出露底層以強(qiáng)—全風(fēng)化泥巖為主，以黏粒為主，地表水滲入坡體容易富集，土體很快處于飽水狀態(tài)，物理力學(xué)參數(shù)降低。隨著邊坡前部開挖，抗滑力減弱，邊坡容易產(chǎn)生滑動變形(如圖3所示)，坡體沿高含水的滑動面(帶)滑動變形。

(3)路塹開挖對邊坡穩(wěn)定性影響強(qiáng)烈，路塹開挖的邊坡高度決定了軟弱巖性邊坡變形的深度，且逐級牽引，導(dǎo)致邊坡后部的變形范圍延伸更遠(yuǎn)。邊坡本身存在巖性不良的地質(zhì)特征，鐵路修建時(shí)開挖坡腳，切斷滑面，以及降雨等外界條件影響下形成了牽引式滑坡。

(4)該區(qū)降雨量較大，大氣降水滲入坡體，匯聚于泥巖頂面附近，促使泥巖進(jìn)一步風(fēng)化，強(qiáng)度參數(shù)迅速減小，滑體自重增加，滑坡的穩(wěn)定性不斷降低，變形更加嚴(yán)重。

總之，在上述地質(zhì)環(huán)境條件和各種力學(xué)效應(yīng)的綜合作用影響下，邊坡開挖后無法自穩(wěn)，在自身及外界條件綜合影響下逐級產(chǎn)生滑動變形。由路塹邊坡滑動逐漸演變?yōu)槠扑閹r石滑坡，且有進(jìn)一步加劇的跡象，為了保證吉圖琿客運(yùn)專線路基的正常施工以及今后的運(yùn)營安全，該滑坡應(yīng)及時(shí)治理。

4 滑坡的穩(wěn)定性分析

通過詳細(xì)的工程地質(zhì)調(diào)繪和滑坡變形特征等綜合分析，該滑坡表現(xiàn)為整體滑動變形?；伦冃畏譃槿壵故荆懒芽p后緣平行發(fā)育，變形明顯，走向與線路方向基本一致。通過對滑坡的現(xiàn)場調(diào)查，滑坡變形持續(xù)發(fā)展，進(jìn)入冬季后因地下水影響減弱，滑坡變形速度減緩。

勘察期間滑坡整體處于不穩(wěn)定狀態(tài)，穩(wěn)定系數(shù)小于1.0，隨著時(shí)間改變，工程地質(zhì)條件的變化，如春融后冰雪解凍滲入坡體，滑坡變形可能增大，對客運(yùn)專線建設(shè)產(chǎn)生嚴(yán)重危害。因此需對該滑坡進(jìn)行各種狀態(tài)下的穩(wěn)定性計(jì)算分析[6，7]，以便評價(jià)該滑坡的穩(wěn)定性，從而提出經(jīng)濟(jì)、安全的治理措施[8]。

根據(jù)穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果分析及監(jiān)測資料結(jié)果，該滑坡處于不穩(wěn)定狀態(tài)，與現(xiàn)場勘察結(jié)果吻合。

5 處理工程措施

5.1 排水工程

夯填地表裂縫，設(shè)置截排水溝排出地表水，采取集水井排除滑體內(nèi)地下水，以此消除地下水對滑坡的不利影響[9]。

5.2 支擋工程

由于滑坡變形嚴(yán)重，且滑面埋深較大，建議對滑坡采用抗滑樁進(jìn)行支擋[10，11]，以保證坡體穩(wěn)定。

5.3 監(jiān)測

建議對滑坡采用深孔位移監(jiān)測的方式進(jìn)行監(jiān)測，及時(shí)了解滑坡的變形情況[12]，為滑坡工程施工、線路的臨時(shí)通行及滑坡區(qū)人員生命財(cái)產(chǎn)安全的預(yù)警工作提供重要依據(jù)。

6 結(jié)束語

該滑坡治理后，經(jīng)一個(gè)雨季的監(jiān)測表明，滑坡逐步趨于穩(wěn)定，未發(fā)生變形跡象。

(1)該滑坡地層為易滑地層——白堊系泥巖夾泥質(zhì)砂巖，全—強(qiáng)風(fēng)化，呈近水平狀產(chǎn)狀，巖石具有膨脹性，開挖暴露后很快風(fēng)化呈土狀，尤其是遇水后，巖石強(qiáng)度降低很快。

(2)路塹開挖的影響引起邊坡卸荷，產(chǎn)生卸荷裂隙，導(dǎo)致雨水下滲和地表水灌入，加速了邊坡的垮塌、溜坍，隨著路塹開挖的加深形成逐級牽引的滑動變形。

(3)具膨脹性的泥巖風(fēng)化后接近于黏土層，地下水易于匯集與基巖頂面一帶，地層持水性好，入滲的雨水不易排出，表現(xiàn)為地下水較為豐富，對邊坡的穩(wěn)定極為不利。

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The Formation Mechanism Of The Ji-Tu-Hun Railway GDK275 Landslide

LI Yuanbiao

2016-07-19

李元彪(1984—)，男，2006年畢業(yè)于西南交通大學(xué)地質(zhì)工程專業(yè)，工學(xué)學(xué)士，工程師。

1672-7479(2016)05-0064-04

P694

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