资阳市某红层隧道洞口滑坡特征分析.pdf

岩土工程与地下工程四川建筑第43 卷第4期资阳市某红层隧道洞口滑坡特征分析张明，张小林，边兆鑫，柴春阳（中国中铁二院工程集团有限责任公司，四川成都6 1 0 0 3 1）【摘要】四川盆地内，近水平红层软岩广布，工程实践中多次发生不同规模的滑坡，其滑动面倾角多小于滑带土的内摩擦角。以资阳市某交通工程隧道洞口施工过程中产生滑坡为例，结合勘察资料（测绘、钻探）、施工资料以及监控量测资料（坡面监测、钻孔测斜、裂缝测量），对该滑坡的变形破坏特征、影响因素、稳定性等进行了分析，得出该滑坡是在不利的地质条件、水文条件下，由施工扰动诱发的滑坡，采取支挡、反压措施后趋于稳定。【关键词】红层软岩；滑坡；监控量测；稳定性分析【中图分类号】P642.220引言红层软岩广泛分布于四川盆地，岩性以白垩系、侏罗系砂岩、砂泥岩、泥岩、页岩为主，岩层产状水平或近水平。根据已有研究成果，在红层地区，降雨对边坡稳定性影响显著，由于隧道洞口、边坡开挖等施工扰动时常诱发规模大小不一的滑坡2-3 ,严重影响施工安全。耿兴福等4、程强等5 分别对红层软岩滑坡的成因机制、红层边坡开挖后的变形破坏特征进行了详细的描述,并总结归纳了近水平红层边坡变形破坏型式，但均局限于理论研究和总结，未结合具体实例和监测数据。宋磊 则从细微观角度对红层软岩遇水软化的机理进行了深人的研究。监控量测方面，卫星遥感、无人机航拍、LiDAR、地表位移监测等技术手段，在滑坡监测、预警方面取得了显著成效7-9 ，但由于红层软岩的特殊性，一般技术手段难以准确判断滑面位置等基础地质信息，钻孔测斜能详细的监测到不同深度的位移情况，进而准确反映滑体不同深度的变形特征【1 0 。本文结合某隧道进口处因高边坡开挖致使的滑坡实例，利用勘察、施工、监测资料对该滑坡的特征进行分析。1地质概况该隧道工程位于龙泉山东侧资阳市雁江区，属典型的红层浅丘地貌，海拔高程在3 6 2 46 5 m之间，相对高差1 5 7 0m；中心地理坐标1 0 43 42 3.48 ,3 0 1 0 47.8 3 ，属中亚热带湿润季风气候，四季分明，年降水量9 5 0 mm左右，降雨主要集中在6 9 月，各月平均降水量如图1 所示。2502001501005012.513.221.60F12345678，101112月份图1 资阳市月平均降水量分布（1 9 7 1 2 0 0 0 年）138【文献标志码】A研究区内无明显线性构造，无大的地质构造带或断裂带通过。工点范围内地层相对简单，主要为第四系全新统坡残积粉质黏土和侏罗系上统蓬莱镇组泥岩，详细描述为：第四系全新统坡残积（Q4dl+e）粉质黏土：褐红色，硬塑，主要成分以粘粒为主，为泥岩风化产物。侏罗系上统蓬莱镇组(J3p)泥岩：褐红、紫红色,强中风化，泥质结构，薄层状构造，产状近水平，节理裂隙发育，岩质软,岩心较破碎,取芯呈短柱状及块状；渗透系数为0.0 2 7 2.010m/d,属弱一中等透水层，岩质软，裂隙多为微张或闭合状，透水性性较差。2滑坡特征及监控量测2.1滑坡特征该滑坡发生于隧道进口处。图2 显示：该隧道工程进口位于山脊一侧，隧道洞口开挖边坡高约2 0 m；边坡开挖导致形成的变形区域前缘高程约41 5 m，后缘高程约440 m，高差约2 5 m，滑体主要位于隧道洞口边坡及仰坡，滑体物质组成主要为坡残积粉质黏土、强风化泥岩；由于坡体坡度较小、岩层产状近水平以及有效的支挡措施，滑体位移较小。根据滑体滑动先后顺序及范围，可以判定该滑坡为典型的小型牵引式滑坡,可以将整个滑体分为I、区,详细描述为：（1)先期滑动区（I区）：位于隧道洞口仰坡，轴线与线路呈2 6；由于雨季连续降水，且边坡开挖后未采取有效的排水措施，导致土体含水量增大，仰坡在施工扰动下出现开裂；此后对隧道洞口仰坡右侧进行削坡卸载，计划削坡完成后进209.8行锚固作业，开挖过程中发现土体含水率较高，局部呈软塑174.4状，加之临空面的出现，造成仰坡坡体大面积失稳滑动。T33.2133.787.649.7（2)后期滑动区（区）：位于I区上部，两者轴线一致，是由于仰坡坡脚继续卸载，产生更大的临空面，加之坡面未48.022.68.4定稿日期 2 0 2 2-0 5-2 5作者简介张明（1 9 9 3 一），男，硕士，助理工程师，从事工程地质勘察工作。LF3 LF4张明，张小林，边兆鑫，等：资阳市某红层隧道洞口滑坡特征分析LF1LF2ZQS/C2-1ZQS/C2-2ZQS/C2-3ZQS/C2-6ZQS/C2-4ZQS/C2-3ZQS/C3-4CX3ZQS/C3-2ZQS/C3-3ZQS/C1-3ZQS/C3-LZQS/C1-2ZQS/C3-7ZS/C3-8ZOS/C3-9ZQS/C3-10ZQS/C3-6ZQS/CI-I2QS/C1-14ZQS/CZQS/91-17ZQS/C1-12ZQs.d1-16ZQS/C1-21国线路口隧道明洞口隧道暗挖洞口日裂缝回道观先期滑动区回后期滑动区人工边坡钻孔及编号口剖面(a）平面450前缘裂缝前缘裂缝V2400375J4701450430-410-390J粉质粘土自泥岩风化层界线(b）剖面图2 工程平面、剖面示意封闭及天沟未完善，表土层（厚约3 4m）发生滑动，并导致仰坡上部原始坡面发生变形，变形区前缘与后缘均出现裂缝。（3）后期滑动区（区）：位于隧道洞口左侧边坡，轴线与线路呈7 3；为施作挡土墙,继续开挖坡脚,产生临空面,且连续降雨未采取有效的排水措施，致使土体含水量大幅增加而发生滑动；滑体前后缘均出现裂缝，前缘产生了弧形剪出。2.2监控量测该隧道进口处为明挖施工，需开挖边坡较高，因此在施工伊始就采取坡面位移监测措施，主要采用仪器为LeicaTS09/1398094。在坡体发生滑动后，根据需要增加了坡体深部位移监测、裂缝测量等措施，监测点布置位置如图3 所示。2.2.1坡面位移监测在整个施工过程中共布置3 3 个坡面监测点,经监测结果分析水平位移值超过警戒值（40 mm）的点共有7 个（图4）,其中ZQS/C1-3最大水平位移接近8 0 mm。根据图3 的各监测点位置，发生较大水平位移的监测点均位于变形体前缘。同时，主要变形监测点水平位移曲线图（图4)反映出在整个变形过程中经历了2 次显著变形阶段，分别是9 月7 日和9 月2 8 日前后，结合施工记录，削坡卸载和开挖坡角主要在这2 个时间段内进行。而在初步支挡反压措施完成（1 0月1 0 日)后，滑坡体快速趋于稳定。2.2.2深部位移监测边坡发生滑坡变形破坏后及时进行了补充勘察,并利用ZQS/C1-11?CX1ZQS/C3-5+CX2ZQS/C1-15ZQS/C1-20挡墙VZQS/C1-19104*坡面监测点图3监测点布置示意90.0080.0025m70.00A-A削面60.006450.0040.00前缘裂缝30.00前缘裂缝20.0010.000.0035m29/08B-B削面滑面ZQS/C1-10ZQS/C1-25ZQS/C1-2415m+ZQS/C1-23钻孔测斜点裂缝监测点ZQS/C1-2ZQS/C1-32.QS/C3-6ZQS/C3-705/0912/09图4主要变形监测点水平位移曲线其中的3 个钻孔进行坡体深部位移监测，主要采用的仪器为TF-CX-901F/821592。3 个监测点中只有点CX3监测到明显的位移,其余各点不同深度的位移均小于4mm。钻孔测斜数据（图5）显示1 0 月初之前变形显著，之后逐渐趋于稳定；同时在9.0 1 0.0 m深度范围内变形量迅速减小,可以判断滑面处于该深度范围内，与泥岩层强/中风化界线范围一致。0.501.52.53.54.55.56.57.58.59.510.511.512.5图5 CX3钻孔测斜点变形曲线2.2.3裂缝测量当滑坡体后缘出现裂缝后，利用埋钉法对裂缝进行监测，裂缝宽度变化曲线（图6）显示，位于变形区的裂缝宽度明显大于变形区；裂缝宽度在1 0 月1 5 日前后趋于稳定。3滑坡影响因素分析根据红层地区滑坡研究的成果1.4.1 1-1 2 ,，结合本次研究139ZQS/C1-14ZQS/C3-819/0926/09日期变形量/mm10203040506070+109月1 9 日09月2 6 日10月0 3 日10月1 0 日一1 0 月1 7 日ZQS/C3-403/1010/1017/10岩土工程与地下工程1.41.21.00.80.60.4.0.20.00.206/1007/1008/1009/1010/1011/1012/1013/1014/1015/1016/1017/10图6 裂缝宽度变化曲线滑坡的特点,归纳得出导致该滑坡形成的影响因素主要有岩层性质、大气降水、施工扰动等。3.1岩层性质由于红层泥岩的特殊性,降雨过程中，易在强/中风化界线处形成饱和带，导致强/中风化界线处岩体内摩擦角和粘聚力显著较小。根据滑体深部位移监测数据，可以判定该滑坡的滑带位于泥岩强/中风化界线处。泥岩属于软岩，遇水易软化，室内试验数据显示泥岩层渗透率低，强度低，在压应力作用下变形大，变形呈现出明显的塑性变形特征；同时，区内无大的构造带和断裂通过，节理裂隙不发育，多因素导致水体易局部富集。3.2降水影响根据工点所处资阳市气象资料（图1），降雨集中在每年69月，降雨量占全年的6 8.0%左右。该隧道洞口明挖段于8 月开工，正值雨季，滑体发生显著位移后进行削坡卸载以及开挖坡脚过程中，亦发现土体含水量较大，甚至局部呈软塑状，可以判断在经历1 2 个月的雨季后，土体含水量大增，明挖段两侧高边坡施工切穿泥岩强/中风化界线形成临空面，为土体滑移创造了很好的条件。3.3施工扰动综合施工资料及施工现场调查分析，在施工前期阶段，隧道洞口仰坡底部未采取有效的监控量测措施，致使隧道洞口仰坡发生明显变形后才意识到坡面变形。坡体发生显著变形破坏后，在未采取有效的排水措施及有效加固措施的情况下，进行削坡卸载致使滑动范围不断扩大，直至支挡措施完成后才趋于稳定。4滑坡稳定性分析为了进一步分析降水对滑坡体稳定性的影响，评价采取的支挡、反压措施效果，利用条分法对边坡开挖后天然工况、暴雨工况、支挡反压等3 种情况下的稳定性进行分析。综合室内试验成果、当地工程经验，确定基本物理力学参数如表1 所示。表1 基本物理力学参数天然状态重度/粘聚力/内摩擦重度/粘聚力/内摩擦(kN/m)kPa粉质18.0黏土强风24.0化泥岩4.1I、I 区稳定性分析由于区滑体前缘伸入该区滑体中，两者轴线呈3 7 交140四川建筑第43 卷第4期LFO1LF02角/（）(kN/m3)21.011.030.017.0LF03日期20.026.0LF04角。在天然状态下区滑体抗滑力大于下滑推力，对该区没有助推作用；在暴雨工况下，区滑体剩余下滑推力9 8.2kN,沿该区轴向推力为7 8.43 kN。经计算（图7）得出：天然工况下，该区稳定系数为1.0 3 7；暴雨工况下，该区稳定系数为0.9 7 1;受洞口等其他构筑物的影响,挡墙修筑在该区滑体前缘，在挡墙后填筑反压体（体积约1 0 0 m），此时的稳定系数为1.2 3 5。4401430-410400粉质黏土强风化泥岩（a）天然工况图7 滑坡稳定性计算由此可见，人工开挖后的边坡在天然工况下处于临界稳定状态；进人雨季后，由于不合理的排水措施致使滑体含水量增大，稳定系数降低，滑体发生变形；在设置挡墙并反压后滑体趋于稳定。4.2区稳定性分析该区在天然工况下，该区稳定系数为1.0 5 2；暴雨工况下，该区稳定系数为0.9 8 7；在I、I 区前缘采取支挡、反压措施后，该区前缘受到支挡反力，并且局部收到反压体作用，稳定系数为1.3 1 1。得出该区在边坡开挖后在天然工况下处于临界稳定状态；进入雨季后，由于不合理的排水措施致使滑体含水量增大，稳定系数降低，滑体发生变形；在滑体前缘设置挡墙并反压后趋于稳定。综上所述，稳定性计算成果统计如表2 所示。表2 稳定性计算结果天然工况暴雨工况I、I区1.037区1.0525丝结论(1)该滑坡为典型的牵引式滑坡,滑动面与泥岩强/中风化界线一致；泥岩层透水性差，节理裂隙不发育，降雨易导致在泥岩强/中风化界线处形成饱和带，岩土体强度显著降低。（2）高边坡开挖切穿泥岩强/中风化界线，为滑体滑动创造了良好的条件；不合理的削坡卸载、开挖坡脚，以及欠缺的排水措施，使得滑体范围进一步扩大。（3）监测数据显示在快速完成支挡、反压等措施后逐渐趋于稳定；同时稳定性分析结果验证了支挡、反压措施效果显著。饱和状态（4)由于滑坡位置处于隧道明挖段，施工完成后需进行回填，所以采用简单有效的支挡反压措施以保障施工期间的kPa角/()12.07.018.012.0440743041015400（b）暴雨工况0.9710.987安全。参考文献【1 杨玲，张柳金，吴青波降雨型红层滑坡形成机理研究J.地质与资源，2 0 2 1,3 0（4）：48 5-49 1.(下转第1 44页)4407430410150400锅风化泥岩滑休（c）支档反压支挡反压1.2351.31115反压体日档墙岩土工程与地下工程物地下室基坑埋深3 m)时，桩顶最大水平位移最大，说明桩基的最大水平位移并不是随着既有建筑物地下室的埋深增加而线性减小，对于具体情况需进行单独分析。主12F18F双排桃1514F13F12E工克工祝2工况3工况4（a）第1 个双排桩+隔二楼一双排桩工况3工况4（c）第3 个双排桩图7 排桩桩顶水平位移关系曲线4结束语本文基于有限元软件,以成都地区某卵石土地区基坑为例，以既有建筑物地下室不同埋深为研究变量，分析了局部双排桩（隔一桩和隔二桩)和双排桩共3 种基坑支护形式的力学特性，得出结论：(1)通过对桩基不同位置的水平应力进行分析发现，随着既有建筑物地下室埋深增加，前后排桩表现出不同的变化规律,其中前排桩的水平应力随着地下室埋深增加而增大，而后排桩的水平应力随着地下室埋深的增加而减小，变化幅度与基坑地下室近距和地下室一基坑底部之间高差密切相关,水平近距与高差相比之间的数值存在一个临界值,当比四川建筑第43 卷第4期值大于1 后，应力扩散影响较小，地下室基坑增加埋深对水平应力扩散影响就可以忽略不计。（2）通过对桩顶最大水平位移进行研究分析，局部双排桩（隔一桩和隔二桩)的桩顶最大水平位移满足规范要求，在11单排桩与双排桩之间寻找到经济性更好的基坑支护形式,实现节约投资的目的。隔二楼双排工记工况2工记3（b）第2 个双排桩16F15131210E参考文献工况41牟迪，成都地铁四号线砂卵石层分布规律及工程特性研究D.成都：西南交通大学，2 0 1 5.2于丽，王明年成都卵石土深基坑施工降水对地表变形的影隔一桩响J.四川建筑科学研究，2 0 1 6,42（2）：5 1-5 4。双排桩3童建军，王明年，于丽，等成都地铁车站深基坑周围地表沉降工祝4规律研究J水文地质工程地质,2 0 1 5,42（3）：9 7-1 0 1.（d）第4个双排桩4李国杰.成都地铁天府广场深基坑施工力学分析D成都：西南交通大学,2 0 0 6.5袁坤.塔子山公园站明挖法深基坑支护研究D成都：西华大学,2 0 1 2.6陈盛金.成都地铁春熙路站砂卵石地层深基坑工程变形规律研究D.成都：成都理工大学,2 0 1 1.7范文军，冯世清，胡熠成都卵石土地区基坑开挖变形特征现场试验研究J岩土工程与地下工程，2 0 1 6,3 6（4)：9 5-9 8.8刘晓军.临近建筑物地下室深度对预开挖基坑工程稳定性的研究D.西安：长安大学,2 0 1 8.9杨德健，王铁成，尹建峰双排桩支护结构受力特征与土压力计算分析J建筑科学,2 0 0 7,2 3（9）：1 2-1 5.10 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