某高鐵車站工程滑坡成因分析

張世亮

(中國鐵路設(shè)計(jì)集團(tuán)有限公司地質(zhì)勘察設(shè)計(jì)研究院，天津 300142)

在各類工程施工中，由于施工對(duì)邊坡的開挖，造成邊坡滑塌的情況數(shù)不勝數(shù)?；禄瑒?dòng)面的確定，對(duì)于了解滑塌原因及滑坡治理都有很重要的意義。斜坡在形成后，受到降雨、人工開挖，地下水和坡體本身力學(xué)性質(zhì)等外因、內(nèi)因的作用下不斷變化[1]。胡瑞林、王珊珊[2]通過將滑坡滑面(帶)的基本類型分為巖質(zhì)滑面、堆積層滑面及土質(zhì)滑面，并從滑面的地質(zhì)特征如鏡摩擦面、擦痕、泥化帶、定向排列的菱形剪力體等方面入手，歸納出滑坡滑面的主要識(shí)別方法，包括簡(jiǎn)易力學(xué)分析、野外地質(zhì)判斷、現(xiàn)場(chǎng)勘探、位移監(jiān)測(cè)和地球物理探測(cè)等，并分別闡述了各自的適用性。韓朝陽[3]通過對(duì)山區(qū)公路路塹邊坡的滑塌原因進(jìn)行分析，提出了合理支護(hù)措施建議。劉曉紅、饒秋華、李曉紅[4]通過對(duì)洞坎河大型牽引式順層滑坡的成因進(jìn)行研究，提出了有效的防治措施。

1 概況

1.1 滑坡概況

滑坡位置為一在建高鐵車站邊坡，邊坡開挖深度為8～21.5 m，邊坡開挖后，發(fā)生工程滑坡。

1.2 地形地貌

工程滑坡區(qū)地貌屬于單斜狀丘陵斜坡，整體地勢(shì)呈西北高東南低，從微地貌單元看處于緩坡地帶，坡向103～180 °，坡度5～10 °，山體坡面為玉米農(nóng)田，坡頂為灌木叢。

1.3 地層巖性及地質(zhì)構(gòu)造

滑坡區(qū)位于燕山臺(tái)褶帶與內(nèi)蒙地軸的復(fù)合部位，大地構(gòu)造相對(duì)復(fù)雜，以柔性褶皺為主，微觀局部則相對(duì)簡(jiǎn)單，地層多呈單斜構(gòu)造。滑塌處即為一單斜構(gòu)造。區(qū)域巖層產(chǎn)狀：傾向132～165 °，傾角4～18 °，產(chǎn)狀變化較大，在路塹塹坡基巖露頭處，分別進(jìn)行了巖層產(chǎn)狀及節(jié)理產(chǎn)狀的測(cè)量(圖1)。

圖1 邊坡區(qū)巖體節(jié)理傾向玫瑰花圖

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)得的巖體節(jié)理資料分析，節(jié)理裂隙傾向與邊坡傾向夾角較小，節(jié)理裂隙對(duì)于邊坡穩(wěn)定產(chǎn)生不利影響。

地表上覆第四系上更新統(tǒng)坡洪積(Q3dl+pl)新黃土，下伏巖層以侏羅系中統(tǒng)土城子組(J2t)細(xì)砂巖為主，局部有厚薄不均的泥質(zhì)砂巖透鏡體分布，該區(qū)域侏羅系地層泥質(zhì)膠結(jié)為主，強(qiáng)度低，易風(fēng)化，遇水會(huì)迅速軟化。

2 滑坡的形態(tài)特征研究

2.1 滑坡體平面形態(tài)及規(guī)模

滑坡的頂端有明顯的裂縫，滑動(dòng)部分滑坡縱向長(zhǎng)290 m，最大寬度110 m，平均寬度約70 m，滑體面積約為20 105 m2，主滑方向136 °，與線路軸線夾角約92 °，屬中型中深層滑坡?；瑒?dòng)面形態(tài)上部陡，中下部趨緩，總體呈斜坡狀(圖2)。

圖2 滑坡平面示意

2.2 滑坡壁

滑坡壁呈“圈椅”狀，坎高1.2 m左右，表層30～50 cm為耕植土，其下為侏羅系中統(tǒng)土城子組(J2t)紅褐色及棕褐色細(xì)砂巖，局部夾泥質(zhì)砂巖。

2.3 滑動(dòng)面的確定

通過物探、鉆探、挖探、滑坡深部位移監(jiān)測(cè)等手段，綜合判斷滑動(dòng)面的位置及埋深。

2.3.1 物探情況

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)地形地質(zhì)情況選擇地震折射波法和電測(cè)深法開展工作。通過對(duì)物探成果分析，電測(cè)深法效果較好，地震法效果一般。物探斷面成果顯示，在滑坡后緣裂縫附近，推測(cè)有20～45 m寬，影響深度13～16 m的軟弱松散體，在地表表現(xiàn)為，滑動(dòng)裂縫附近滑坡體在邊坡滑動(dòng)后，滑坡體原巖體結(jié)構(gòu)受到破壞，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖體強(qiáng)度降低。詳細(xì)情況見滑坡物探成果圖(圖3、圖4)。

圖3 1-1`斷面物探成果

圖4 2-2`斷面物探成果

2.3.2 鉆探情況

發(fā)現(xiàn)邊坡破壞(塹頂裂縫)后，未發(fā)生大規(guī)模破壞前及時(shí)安排了鉆探，鉆探成果詳見工程質(zhì)斷面圖(圖5、圖6)。

圖5 1-1`斷面地層情況

圖6 2-2`斷面地層情況

2.3.3 挖探情況

結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)踏勘及挖探發(fā)現(xiàn)，滑坡后緣裂縫陡直，地面以下3 m處可見泥質(zhì)砂巖與砂巖接觸面形成的滑動(dòng)面。

2.3.4 滑坡深部位移監(jiān)測(cè)情況

為了解工程滑坡的位移情況，布置2個(gè)位移監(jiān)測(cè)斷面，5個(gè)測(cè)斜孔進(jìn)行位移監(jiān)測(cè)。監(jiān)測(cè)結(jié)果如圖7～圖11。

圖7 1-1`斷面15-BPDHP-3孔位移

圖8 1-1`斷面15-BPDHP-2孔位移

圖9 2-2`斷面15-BPDHP-27孔位移

圖10 2-2`斷面15-BPDHP-5孔位移

圖11 2-2`斷面15-BPDHP-26孔位移

從本次監(jiān)測(cè)變形結(jié)果看，可以對(duì)滑動(dòng)面深度做定性分析。通過對(duì)DK454+310和DK454+360兩個(gè)測(cè)斜斷面的位移監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，位移量的突變位于地表以下6.5～15 m，與物探和鉆探所確定滑面基本一致，可以確定滑動(dòng)面位置。

3 原因分析

3.1 地形地貌、地層結(jié)構(gòu)、構(gòu)造、巖性特征等方面分析

工程滑坡位于遼西丘陵區(qū)，多為剝蝕殘丘地貌，地形起伏不大。受地質(zhì)構(gòu)造影響較為嚴(yán)重，節(jié)理裂隙很發(fā)育，地層產(chǎn)狀變化較大，巖性不均勻，夾泥質(zhì)砂巖、泥巖等軟弱薄層。

本段線路從緩坡中間穿過，緩坡地形左高右低，坡度7°左右。線路范圍原始地層局部覆蓋新黃土，下伏侏羅系中統(tǒng)土城子組細(xì)砂巖，夾薄層泥質(zhì)砂巖，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖層產(chǎn)狀傾向132～165 °，傾角4～18 °，并有數(shù)組近于直立的節(jié)理發(fā)育。邊坡巖層傾向與地形傾向基本相一致，形成同向緩傾邊坡，路塹左側(cè)為順層邊坡，主體巖層細(xì)砂巖傾向不利，并存在軟弱夾層薄層泥質(zhì)砂巖、泥巖等。

3.2 自然條件、氣候等方面分析

本地區(qū)冬季降水多以積雪及冰的形式滯留在第四系基巖風(fēng)化層中，春季氣溫上升積雪及凍層融化形成春融上層滯水，大量春融形成的上層滯水及春季降水沿巖石風(fēng)化節(jié)理及裂隙下滲過程中遇到相對(duì)隔水的泥質(zhì)砂巖夾層，并積存在該層上部，泥質(zhì)砂巖薄層水穩(wěn)性差，受下滲的上層春融水的浸泡其抗滑強(qiáng)度降低。

3.3 工程經(jīng)驗(yàn)分析

工程實(shí)踐表明，施工開挖后，邊坡巖體中原有的應(yīng)力平衡狀態(tài)受到破壞，應(yīng)力重新分布，在重新分布過程中，平行臨空面的最大主應(yīng)力顯著升高，垂直臨空面的最小主應(yīng)力顯著降低，使得臨空面附近巖體中應(yīng)力差最大，容易發(fā)生剪切破壞；當(dāng)坡面和坡頂處的拉應(yīng)力值超過巖體的抗拉強(qiáng)度時(shí)，則將發(fā)生拉裂破壞，而所形成的張裂隙端部將出現(xiàn)較大的應(yīng)力集中，促使張裂隙進(jìn)一步發(fā)展，最終可能形成連續(xù)貫通破裂面，從而造成邊坡巖體失穩(wěn)。

特別是本地區(qū)巖層為軟質(zhì)巖，具有強(qiáng)度低、易風(fēng)化風(fēng)解，遇水易軟化的特點(diǎn)，路塹開挖在路塹左側(cè)邊坡右側(cè)形成臨空，施工開挖后暴露時(shí)間過長(zhǎng)，在邊坡暴露過程中，受到降水浸泡及陽光暴曬，巖石很快風(fēng)化風(fēng)解，造成巖體強(qiáng)度降低，節(jié)理裂隙進(jìn)一步發(fā)展，導(dǎo)致巖體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度又進(jìn)一步降低，巖體中的應(yīng)力分布不斷向不利于邊坡穩(wěn)定的方向發(fā)展，為邊坡的滑動(dòng)破壞創(chuàng)造了條件。

3.4 外力因素分析

同時(shí)，施工期間，重載車輛在路塹坡頂施工便道上行駛，行駛振動(dòng)作用，不斷誘發(fā)邊坡巖體應(yīng)力分布向邊坡破壞方向發(fā)展。

4 結(jié)論

綜上所述，本工程滑坡是由于工程開挖后，在內(nèi)外多種復(fù)雜因素的共同作用下形成的工程順層滑坡?；瑒?dòng)面為細(xì)砂巖與泥質(zhì)砂巖的接觸面，距離線位越遠(yuǎn)，滑動(dòng)面深度越淺，滑動(dòng)面位于地面以下2.6～17.6 m?；瑒?dòng)面后緣產(chǎn)狀，傾角10～30 °，中部和前緣部位滑面產(chǎn)狀趨緩，傾角4～18 °。