滇西南红层滑坡稳定性分析与评价_沈昌军.pdf

DOI:10 19807/j cnki DXS 2023 03 057滇西南红层滑坡稳定性分析与评价沈昌军(四川省地质工程勘察院集团有限公司，四川 成都 610036)摘要红层主要是指中生代以来的碎屑岩地层，在我国广泛分布。由于红层工程性质较差，在红层地区边坡工程常在降雨等作用下出现失稳。本文以云南景文高速公路滑坡为例，开展滑坡稳定性评价研究分析，研究结果表明:(1)滑坡的形成和发展变化受多种因素控制，其中地层岩性和地下水为主要成因。(2)红层泥岩具有强度低、遇水软化膨胀、失水干裂、崩解性强等特性。强降水和强蒸发使边坡地下水面附近岩体容易处于饱水 干裂 饱水的干湿循环状态，使岩体力学性质逐渐恶化。(3)红层滑坡滑动面多呈折线形，在计算滑坡稳定性时应结合现场实际情况，反演不同部位岩土力学参数，为滑坡防治提供计算依据。关键词滇西南;红层滑坡;高速公路;成因分析;稳定性中图分类号P642 22文献标识码A文章编号1004 1184(2023)03 0170 04收稿日期2022 07 07作者简介沈昌军(1984 )，男，四川广安人，工程师，主要从事水文地质、工程地质与环境地质方面工作。Analysis and evaluation of the stability ofred bedded landslides in southwest YunnanSHEN Chang jun(Sichuan Geological Engineering Survey Institute Group Limited，Chengdu，Sichuan 610036)Abstract:The ed Formation is mainly a clastic formation from the Mesozoic onwards and is widely distributed in thecountry Due to the poor nature of red layer engineering，slope works in red layer areas are often destabilised by rainfall andother effects This paper takes the Yunnan Jingwen Expressway landslide as an example to carry out landslide stability evalua-tion research and analysis，The research results show that:(1)the formation and development of landslides are controlled bya variety of factors，of which stratigraphic lithology and groundwater are the main causes(2)ed mudstone has low strength，softening and swelling with water，dry cracking with water loss and disintegration Strong precipitation and evaporation make therock near the groundwater surface of the slope susceptible to a dry and wet cycle of satiation dry fracture satiation，resultingin a gradual deterioration of the mechanical properties of the rock(3)The sliding surface of red layered landslides is mostlyfolded and linear When calculating the stability of landslides，the geotechnical parameters of different parts should be in-ferred，taking into account the actual situation on site，so as to provide a basis for calculating landslide controlKey words:Southwest Yunnan;ed layer landslides;Highways;Causal analysis;Stability0前言红层主要是指中生代以来的碎屑岩地层，在我国的西南、西北、华中及华南地区广泛分布1。红层工程性质较差，是典型的易滑地层，在红层地区，雨季经常发生数量众多的滑坡灾害2 3，尤其在人类工程活动扰动下，边坡发生滑塌的概率大大增加。胡厚田4(2006)根据红层边坡岩体结构状态，把红层边坡岩体结构划分为 4 类，提出了相应的易发病害类型及工程建议。陶连金5(2016)、李芾6(2007)、陈从新7(2010)及孙乔宝8(2005)等分别针对十堰至天水高速公路甘肃段、广西某高速公路、沪蓉西高速公路、安楚高速公路，从红层边坡结构特征、软岩变形特征等方面，开展了红层地区公路边坡防治研究工作。云南红层是西南红层的典型代表，在滇中地区、滇西地区呈大面积出露分布。刘汝明9(2001)、郭天龙10(2002)、陈军11(2006)、刘成12(2007)针对滇西红层和滇西红层，从岩体风化特性、岩体水理作用特性、岩体物理力学特征等方面，开展了红层软岩工程地质特性研究，为云南红层工程地质研究工作打下了基础。骆银辉13(2003)、朱平生14(2008)认为云南红层边坡变形破坏对工程建设的主要危害包括滑坡危害和蠕变危害两个方面。随着云南红层相关研究工作的不断深入，相关理论和技术方法为云南工程建设作出了极大的贡献。本文以云南滇西南红层分布区景文高速公路滑坡为例，分析了红层滑坡的工程地质特征，并采用参数反演的方法，计算了滑坡的推力，为类似工程的防治处治提供了借鉴。1工程概况景东至文东高速公路 K29+700 K29+900 段地貌属于0712023 年 5 月第 45 卷第 3 期地下水Ground waterMay，2023Vol.45NO.3云南省西南部构造侵蚀中切割中山地貌。由于该段地形横坡较陡，在左幅填方下边坡设有挡土墙。右幅挖方边坡按1:1放坡，每级坡高为 8 m，最高形成两级边坡。2016 年 3月，K29+810 K29+860 段上边坡发生滑坡。由于 K29+700 K29+900 段地质条件相似，加之横坡较陡，存在发生较大范围滑坡的可能。2工程地质条件滑坡位于云南省西南部文井构造盆地与者后构造盆地之间的中山地貌区，东边为哀牢山，西边为无量山，总体地形南高北低，根据地貌成因类型及形态特征，滑坡段的地形地貌为构造侵蚀中切割中山地貌。相对切割深度 500 1 000 m，多为滇西红层分布区。山顶呈馒头状，山脊较平缓。局部残存有剥夷面及斜坡，风化层厚度薄。近期仍以侵蚀作用为主，山坡坡度 20 40，沟谷多呈“V”字型，谷底有少量坡洪积层堆积。据气象站观测结果:滑坡区平均年降雨量1 110 6mm，多集中在 6 10 月份，以 6 8 月份最多，约占全年降雨量的 80%以上。2 1地层岩性滑坡段出露的地层主要有第四系(Q)地层、侏罗系上统坝注路组(J3b)地层:2 1 1第四系(Q)滑坡段第四系(Q)地层按其成因可划分为人工堆积(Qml)层和坡残积(Qdl+el)层两大类。(1)人工堆积(Qml)层:主要为公路施工后的填方和弃方，岩性以全、强风化泥岩为主，工程性质一般。(2)第四系坡残积(Qdl+el)层广泛分布于滑坡地层的表层，岩性以硬塑状态黏土为主，不同程度地含风化碎石、角砾;平面分布及空间展布不均匀，一般厚度 1 3 m;工程性质一般。2 1 2侏罗系上统坝注路组(J3b)该地层为海陆交互的碎屑岩沉积，岩性为紫红色、暗红色泥岩。总厚度 550 900 m，岩石风化强烈、破碎。2 2地质构造滑坡区域上属青藏滇缅印尼歹字型构造体系及三江径向构造体系，地质构造较为复杂，主要有青藏滇缅印尼歹字型构造体系小龙街、哀牢山构造带、三江径向构造体系文井街、回喜亚带及滇西盖层构造区等构造系。滑坡位于某背斜东翼。该背斜核部为上侏罗统坝注路组，两翼为下白垩统景星组。轴向南北，南端略向西偏转，长 18 km。近轴部两翼变陡，西翼倾角 40 50，东翼倾角 35 50，远离轴部变缓，组成轴面西倾之不对称背斜。受地质构造影响，滑坡区岩石较为破碎。2 3新构造运动与地震滑坡区域上处于多构造体系的复合部位，断裂构造复杂，且继承性活动强烈，形成了区内较为频繁的地震活动，震级不高，据云南省地震队资料，测区为 4 5 级地震区，历史记载近年来发震率有所增加，从平均 20 多年一次增加为每年 2 次。区域内新构造运动主要表现为地壳的强烈不均匀上升运动，其一表现为地区上升幅度的不均匀性;其二表现为垂直升降运动的间歇性，区内河谷五级阶地均发育，均是地壳上升间歇性的表现;其三在挽近构造运动过程中，上第三系地层不同程度的发生了褶皱和断裂。滑坡所处位置隶属于云南省普洱市景东县，根据中国地震动参数区划图 GB18306 2015，滑坡所在区域基本地震加速度值为 0 10 g，分组为第二组，地震动反应谱特征周期为 0 45 s，抗震设防烈度 7()度。3滑坡工程地质特征3 1滑坡空间形态3 1 1滑坡地形地貌K29+700 K29+870 滑坡位于山前宽缓斜坡地带，地面标高位于 1 100 1 300 m 之间。在该宽缓斜坡两端发育有两条季节性冲沟。斜坡为土质斜坡，滑坡区自然地形总体呈上缓下略陡的缓坡，地形起伏较小(图 1)，坡度一般约 22左右。斜坡上均种有农作物。图 1滑坡区地貌3 1 2滑坡分布特征根据坡体的变形特征，K29+700 K29+870 滑坡大体可以分为两部分:K29+700 810 段和 K29+810 870 段。K29+700 810 段属于潜在滑坡，滑体上已有变形、蠕动迹象。K29+810 870 已经形成滑坡，滑体坍滑至路基上，滑坡后缘形成 2 m 左右的错台。图 2滑坡区工程地质平面图1)K29+700 810 段该段上边坡总体基本稳定，局部坡面有小范围的滑坍。在距路基中线约 100 m 下边坡位置有一泉眼。旱季是泉眼干枯，但根据访问调查，雨季泉眼出水量相当大，泉水可在坡面冲出数道冲沟。路基施工后，在填方及弃方的自重下，在下边坡出现挤压裂缝，缝宽 5 10 cm。另下边坡的挡墙已有变形迹象。表明下边坡现开始出现蠕动变形迹象。2)K29+810 870 段K29+810 870 段现已形成滑坡。滑坡是由坡脚的开挖171第 45 卷第 3 期地下水2023 年 5 月而诱发的，边坡开挖高度约为 7 m 左右，设计坡比为 1:1，边坡开挖后首先在坡口线以外形成张拉裂缝，在路槽以上位置滑体剪出。随后滑坡后缘进一步向坡体上方发展，滑坡规模有逐渐扩大的趋势。该滑坡的滑坡周界清晰。其前缘为公路第一边坡上，前缘高程约 1 185 m;滑坡后缘位于坡体中部，后缘高程约1 205m，相对高差约 20 m。滑坡纵向长度约 52 m，横向宽度约 51m。根据勘察结果，滑体为全风化成土状的泥岩，滑体厚度平均约 5 m，最厚处为 8 m。滑坡体积约 1 2 104m3，滑坡属于小型土质滑坡。滑坡前缘位置明显，滑坡前缘位于公路第一级边坡上，少量滑体沿滑动面滑出脱离滑床，堆积于原已基本开挖成型的路槽上。滑坡后缘略呈圈椅状构造，高程约 1 205 m，后缘下坐约 1 2 m，滑坡壁为一陡坎，坡角约 80左右。在滑坡壁下形成宽而深的滑坡洼地，并伴随有宽大的裂缝。滑体上变形迹象明显。从原边坡开挖线以外至滑坡后缘段，滑体都发育一系列拉张裂缝，这些拉张裂缝走向基本与路线走向平行，缝宽 20 100 cm 不等，深约 20 50 cm 不等。一系列的拉张裂缝在滑体上形成一系列的滑坡台阶，并使滑体呈解体状。滑体上未见明显扇形张裂缝和鼓胀裂缝，表明滑体下滑受阻现象不明显，这与滑体沿第一级边坡滑出的实际情况吻合。3 2滑坡物质组成及结构特征3 2 1滑体与滑动面K29+700 810 段的潜在滑体和 K29+810 870 段滑坡体均为全风化泥岩，岩体呈土状。K29+700 810 段滑坡滑，上边坡潜在滑动面为全风化泥岩和强风化泥岩的界面。在滑动面以上，岩体为全风化泥岩，岩体风化呈土状。在滑动面以下，岩体为强风化泥岩，岩体呈块状。下边坡存在潜在滑动带，滑动带位于全风化泥岩与强风化泥岩分界线附近。在该位置由于地下水的浸泡，泥岩风化呈可塑 软塑土体状(如图 3)，形成一个软弱带。边坡极易沿此软弱带产生滑动。K29+810 870 段滑坡滑动面为全风化泥岩和强风化泥岩的界面(图 4)。在滑动面以上，岩体为全风化泥岩，岩体风化呈土状。在滑动面以下，岩体为强风化泥岩，岩体呈块状。图 3滑带软塑土体图 4滑动面3 2 2滑床滑床为主要为强风化泥岩，岩体相对完整，为相对隔水层。图 51 1 工程地质剖面图图 62 2 工程地质剖面图图 73 3 工程地质剖面图3 3滑坡变形破坏与成因分析滑坡的形成和发展变化受多种因素控制，经综合分析，滑坡的影响因素与变形破坏机制主要有以下四个方面，其中地层岩性和地下水为主要成因。3 3 1地形条件滑坡所处地段为中低山的斜坡地带。因公路修筑切坡致滑坡前缘地形变陡，为滑坡体变形破坏提供了有利条件。同时路基的填方增加了边坡的自重，也为滑坡的产生提供了有利条件。3 3 2地层岩性该段边坡岩性为泥岩。泥岩具有强度低、遇水软化膨胀、失水干裂、崩解性强等特性。滑坡处降水、蒸发量大。强降水和强蒸发，使边坡地下水面附近岩体容易处于饱水 干裂 饱水的循环状态，使岩体力学性质恶化。从而在坡体内形成一个软弱带。3 3 3地下水滑床为相对不透水的强风化泥岩。地表水及土体的孔隙水下渗至强风化基岩面，使上部的全风化层底部的土体处于饱水状态，其抗剪强度降低，是滑坡形成的重要条件。地下水渗入坡体裂隙内，加速泥岩的崩解、软化，降低岩体力学性质。同时水在裂隙内蓄积，造成一定的静水压力，271第 45 卷第 3 期地下水2023 年 5 月该静水压力作用于岩土体，推动滑体变形。3 3 4降雨本地区雨量充沛，为地下水提供了充足的水源。4滑坡稳定性分析滑坡滑体主要为第四系松散堆积物，为土质滑坡。根据勘察钻孔揭露，滑坡滑动面(带)成折线形，采用传递系数法对滑坡稳定性进行计算。由于主滑带土中含有约 20%30%不等的碎石，绝大部分土样无法进行室内试验，仅个别土样可以做剪切试验。由于可做剪切的土样数量少，所做剪切结果离散性大，加之野外取样和室内试验制样时对试样的干扰也比较大，室内试验的滑带土的物理力学指标可靠性差。本次计算参数根据滑坡现状进行反算。根据滑坡的现状，K29+810 870 段现处于剧滑，滑坡后缘仍向后发展的，滑坡稳定系数取为 0 98;K29+700 810 段总体处于蠕动变形状态，其中 1 1 剖面位置蠕动变形迹象明显，稳定系数取为 1 02，2 2 剖面位置蠕动变形迹象不明显，稳定系数取为 1 05(见图 5 图 7)。根据下滑力对滑动面 c、值敏感性分析，c 值变化对下滑力影响较小，而 值变化对下滑力的影响较大。因此本次反算根据 c 值来反算 值。反算 c 值根据滑动面的室内试验及经验取值，取 c=15 kPa。滑体天然容重取 23 kN/m3，饱和容重取 24 kN/m3。反算结果见表 1。表 1滑坡反算结果反算剖面1 12 23 3现状稳定系数1 021 50 98C 取值151515 反算结果18 20913 54611 378滑坡各计算剖面稳定性计算结果详见表 2。表 2滑坡计算结果表计算剖面计算工况安全系数Fst剩余下滑力/KN/m1 12 23 3正常工况1 251 805暴雨工况1 21 791地震工况1 152 114正常工况1 25951暴雨工况1 2960地震工况1 151 209正常工况1 25567暴雨工况1 2575地震工况1 15692根据以上计算结果，K29+810 870 段产生剧滑后仍处于滑动状态。如果滑坡下部无支挡，滑体滑动后仍将继续牵引上部坡体产生滑动，滑坡规模仍可能进一步加大。K29+700 810 端目前处于蠕变阶段，滑坡前缘已出现挤压裂缝。如不及时处治，一旦前缘滑动面贯通，形成滑坡，将牵引上部形成大规模的滑坡。根据稳定性计算分析结果，提出该滑坡的处治措施:(1)对 K29+810 870 段建议采用桩板墙进行支挡。(2)K29+700 810 段滑坡规模较大，且滑坡通过路基的上下边坡。建议对该滑坡分上、下边坡进行支挡。在下边坡位置设置抗滑桩，在上边坡位置设置抗滑挡墙。5结语红层主要是指中生代以来的碎屑岩地层，在我国广泛分布。由于红层工程性质较差，是典型的易滑地层，在红层地区边坡工程常在降雨等作用下出现失稳。本文以云南景文高速公路滑坡为例，开展滑坡稳定性评价研究分析，得出以下结论:(1)滑坡的形成和发展变化受多种因素控制，其中地层岩性和地下水为主要成因。(2)红层泥岩具有强度低、遇水软化膨胀、失水干裂、崩解性强等特性。强降水和强蒸发使边坡地下水面附近岩体容易处于饱水 干裂 饱水的干湿循环状态，使岩体力学性质逐渐恶化。(3)红层滑坡滑动面多呈折线形，在计算滑坡稳定性时应结合现场实际情况，反演不同部位岩土力学参数，而不可简单依靠试验数据。如此计算所得结果，为滑坡处治防治提供依据。参考文献 1程强，寇小兵，黄绍槟，等 中国红层的分布及地质环境特征J 工程地质学报 2004(01):34 40 2杨国庆，刘汉林，席卓恒 某滑坡地质灾害点的特征、成因机制及防治处理措施浅析据贵州省黔东南州台江县排羊乡排扎景区公路景区停车场旁滑坡J 地下水 2022 44(01):191 194+250 3胡殿坤，缪信，姚庆健，等 降雨模式对广德破碎站西侧滑坡的稳定性影响分析J 地下水 2021 43(06):200 202+276 4胡厚田，赵晓彦 中国红层边坡岩体结构类型的研究J 岩土工程学报 2006(06):689 694 5陶连金，王骑虎 红层地区高速公路滑坡破坏机制及处治J土木工程与管理学报 2016 33(01):12 17 6李芾，李向华 红层路堑边坡开挖失稳分析及对策J 西部交通科技 2007(04):41 44 7陈从新，卢海峰，袁从华，等 红层软岩变形特性试验研究J岩石力学与工程学报 2010 29(02):261 270 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