某公路然章滑坡工程地質(zhì)分析與地質(zhì)選線研究

王術(shù)桁　陳俊安　林超

摘要 然章滑坡為蠕滑-拉裂型巨型土質(zhì)滑坡，變形破壞特征明顯，滑體方量巨大，危害程度極高。在研究然章滑坡的總體方案上，地質(zhì)選線已成為確定公路路線方案的重要依據(jù)。根據(jù)滑坡規(guī)模、特征，結(jié)合工程地質(zhì)分析，判定滑坡形成機(jī)制，并進(jìn)行穩(wěn)定性分析。通過(guò)線路方案比選，確定出最優(yōu)的線路通過(guò)方案，可對(duì)巨型土質(zhì)滑坡路段的地質(zhì)選線提供一定參考。

關(guān)鍵詞 滑坡；公路；變形破壞模式；穩(wěn)定性評(píng)價(jià)；地質(zhì)選線

中圖分類號(hào) U412文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A文章編號(hào) 2096-8949（2024）10-0123-03

0 引言

滑坡是公路工程建設(shè)中常見(jiàn)的地質(zhì)災(zāi)害類型，也是嚴(yán)重影響公路安全的風(fēng)險(xiǎn)之一。研究滑坡是公路調(diào)查和設(shè)計(jì)的重點(diǎn)工作之一，滑坡已成為公路選線的重要影響因素。從21世紀(jì)初到現(xiàn)在，隨著建造技術(shù)水平的發(fā)展，公路選線更加重視對(duì)環(huán)境、地質(zhì)災(zāi)害的判釋，采用工程措施規(guī)避不良地質(zhì)以達(dá)到防災(zāi)減災(zāi)的效果。在工程實(shí)踐中，通過(guò)不斷地進(jìn)行總結(jié)，形成了以防災(zāi)減災(zāi)為核心的地質(zhì)選線新思路[1]。

1 工程概況

然章滑坡位于四川省甘孜藏族自治州白玉縣，金沙江上游東岸，屬深切割構(gòu)造侵蝕高山地貌。某公路沿山區(qū)公路進(jìn)行改建，然章滑坡位于原公路內(nèi)側(cè)，滑坡前緣為改建既有道路，縱長(zhǎng)平均約為395 m，橫寬平均約為219 m，滑坡平均厚度約為22 m，呈“不規(guī)則圈椅”形，方量約為190.3萬(wàn)立方米，屬于巨型牽引式土質(zhì)滑坡。

2 地質(zhì)環(huán)境條件

2.1 地形地貌

區(qū)內(nèi)山體山勢(shì)尖峭聳立，地形陡峭，谷坡常呈陡緩交替的階梯狀，沿谷坡及山峭部位常見(jiàn)滑坡、崩塌、泥石流等地貌分布；河流侵蝕地貌主要有Ⅰ～Ⅲ階地、河漫灘、心灘等，主要分布于構(gòu)造寬緩地帶。

2.2 地層巖性

根據(jù)地質(zhì)鉆探揭露情況：工程區(qū)地層主要覆蓋層為第四系全新統(tǒng)崩坡積Q4c+dl碎石土和道路表層少量人工填土Q4me，下伏基巖為三疊系上統(tǒng)拉納山組下段T3l1板巖，將各巖土層工程地質(zhì)基本特征由上至下分述如下：

2.2.1 第四系全新統(tǒng)人工堆積層Q4me

人工填土：灰色、稍密、稍濕；組成物質(zhì)主要為粒徑0.2～4 cm的圓礫、卵石等，夾粉粒、黏粒。該層分布于既有道路和道路兩側(cè)，推測(cè)厚度約0.3～0.8 m。

2.2.2 第四系全新統(tǒng)殘坡積層Q4dl

含角礫粉土：灰黃色、稍濕，土體手捏有砂感、不能搓條，石質(zhì)成分以強(qiáng)風(fēng)化板巖、砂巖、硅質(zhì)巖為主，磨圓度較差，呈棱角狀～次棱角狀，粒徑一般為Φ10～20 mm。局部含黏土，透水性較好。

2.2.3 第四系全新統(tǒng)沖洪積層Q4al+pl

卵石：青灰色，表層稍密狀，中部呈中密狀，下部呈密實(shí)狀，稍濕～很濕；卵石粒徑多在2～20 cm之間，含量約占55%～60%，礫石粒徑為0.2～2 cm，含量約占20%；局部見(jiàn)大粒徑的漂石，含量約占10%，磨圓度較好，多呈次圓狀～圓狀，分選性中等；巖質(zhì)成分較復(fù)雜，包含變質(zhì)砂巖、板巖、花崗巖、中酸性巖漿巖等，間隙充填灰色黏性土和中細(xì)砂粒，局部泥砂含量較重。該層廣泛分布于河床表層，厚度較大。

2.2.4 第四系全新統(tǒng)崩坡積層Q4c+dl

碎石：灰褐色、深灰色，石質(zhì)成分以板巖、砂巖為主，雖次棱角狀～棱角狀，磨圓度較差，一般粒徑組成：Φ>200 mm約占5%，200～20 mm約占55%，20～2 mm約占25%，其余充填角礫粉土，稍密為主，稍濕～潮濕，透水性較好。

2.2.5 三疊系上統(tǒng)拉納山組下段T3l1

板巖：灰黑色，變余泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，板狀或片狀構(gòu)造，巖質(zhì)較軟～軟，錘擊聲略脆；礦物成分多以黏土礦物為主，長(zhǎng)石、石英及碳化有機(jī)物次之，局部碳化有機(jī)物含量較重致污手，以層面裂隙為主，傾角約75 °～85 ° ；巖體易沿板理面剝開(kāi)、錯(cuò)斷，整體呈中風(fēng)化狀，巖芯多呈5～10 cm短柱狀，局部呈碎塊狀，裂隙間充填物較少，RQD約占45%，銹跡浸染較少，巖體完整性一般。

2.3 地質(zhì)構(gòu)造與新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)

2.3.1 地質(zhì)構(gòu)造

距離工程區(qū)最近的斷裂為榮崗隆—約達(dá)溝斷裂，為壓性斷裂。但斷裂在地表位置的地層斷距不大，在約達(dá)溝見(jiàn)曲嘎寺組沖斷于拉納山組之上，最大地層斷距約2 000 m，斷層北西段多發(fā)生于曲嘎寺組和圖姆溝組之間。

2.3.2 新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)

工程區(qū)位于新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)強(qiáng)烈區(qū)，以強(qiáng)烈的差異性升降為主，并伴有強(qiáng)烈的水平擠壓為特征。整個(gè)工程區(qū)位于青藏高原中部地震區(qū)，該地震帶范圍內(nèi)，地震活動(dòng)不僅強(qiáng)度大，而且頻度高。區(qū)域內(nèi)有史以來(lái)共發(fā)生Ms≥8級(jí)地震1次；Ms7.0～7.9級(jí)地震29次；Ms6.0～6.9級(jí)地震111次。

工程區(qū)地震動(dòng)峰值加速度為0.20 g，為強(qiáng)震區(qū)，動(dòng)反應(yīng)譜特征周期0.45 s。地震基本烈度為Ⅷ度，屬于構(gòu)造次不穩(wěn)定區(qū)。

2.4 水文地質(zhì)條件

2.4.1 地表水

工程區(qū)附近的地表水系主要為贈(zèng)曲河河水。贈(zèng)曲河是金沙江一級(jí)支流，贈(zèng)曲河河寬為20～60 m，水深為1～4 m；河床及河漫灘密集分布漂卵石、圓礫夾砂，其水位高程及流量主要受上游洪水、高山冰雪融水、大氣降水的控制和影響；補(bǔ)給源主要為上游洪水、高山冰雪融水等。

2.4.2 地下水

工程區(qū)地下水類型主要為第四系松散層孔隙潛水和基巖風(fēng)化裂隙水?？紫稘撍艽髿饨邓?、高山融雪及地表徑流補(bǔ)給，排泄于贈(zèng)曲河?；鶐r風(fēng)化裂隙水受裂隙發(fā)育帶的產(chǎn)狀控制，形成的含水帶多為不規(guī)則狀，運(yùn)動(dòng)狀態(tài)復(fù)雜，無(wú)統(tǒng)一水位，水量變化不大，接受大氣降水、高山冰雪融水的補(bǔ)給和影響，向低洼處排泄。

3 滑坡特征與形成機(jī)制分析

3.1 滑坡的形態(tài)規(guī)模

滑坡區(qū)斜坡整體坡度40 °～45 °。坡腳為贈(zèng)曲河，河谷寬約為20～60 m?；聟^(qū)主滑坡堆積體順贈(zèng)曲河長(zhǎng)約為219 m，主滑體縱向長(zhǎng)度約為395 m，主滑體前后緣相對(duì)高差為217 m，滑體平均厚度約為22 m，方量約為190.3萬(wàn)立方米（含次級(jí)滑體），為巨型土質(zhì)滑坡。該滑坡堆積體在平面上整體呈不規(guī)則圈椅狀，其上發(fā)育一次級(jí)滑坡，主滑體后緣拉裂后未見(jiàn)基巖仍為覆蓋層陡壁，主滑體左側(cè)有錯(cuò)動(dòng)形成的不明顯小溝槽，左側(cè)邊界及道路內(nèi)側(cè)有明顯的基巖裸露，主滑體右側(cè)以拉裂陡坎為界。堆積體前緣為臨贈(zèng)曲河，向河道內(nèi)突出，贈(zèng)曲河河道在該段存在改道特征。次級(jí)滑坡堆積體順贈(zèng)曲河長(zhǎng)約為125 m，次級(jí)滑體縱向長(zhǎng)度約為283 m，次級(jí)滑體前后緣相對(duì)高差為159 m。

滑坡變形主要表現(xiàn)為次級(jí)滑坡范圍內(nèi)既有公路路基沉降、次級(jí)滑坡前緣凸出、次級(jí)滑坡拉裂裂縫、主滑坡中后緣拉裂陡坎等。

3.2 滑面的確定及滑面的形態(tài)

根據(jù)鉆探揭露，滑體土主要為碎石土和含角礫粉土。表層土體結(jié)構(gòu)較為松散，松散的土體易于雨水的入滲?；w下部土體至巖面時(shí)，揭露的多為含角礫粉土，含水量高，角礫含量較多，其中含的角礫呈次棱角狀，土體手捏有滑膩感，土體厚度為20～50 cm不等。

據(jù)現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)調(diào)查結(jié)果和巖芯的情況分析，然章滑坡碎石土與基巖的基覆界面為主滑面。次級(jí)滑面則受碎石土中的低液限粉質(zhì)黏土控制，具有多段、多級(jí)和不連續(xù)性[2]。

3.3 形成機(jī)制分析

通過(guò)對(duì)滑坡發(fā)育特征及滑坡發(fā)育規(guī)律的分析，然章滑坡變形破壞模式主要受地形地貌、地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造等因素的控制。根據(jù)學(xué)者們對(duì)滑坡變形特征的研究成果[3]，結(jié)合工程區(qū)具體情況，然章滑坡的變形破壞模式為：蠕滑-拉裂，形成機(jī)制分析如下：

3.3.1 地質(zhì)因素

（1）地形地貌。工程區(qū)屬于高山峽谷區(qū)，谷深坡陡，滑坡極易發(fā)育。其中，構(gòu)造侵蝕高山地形常發(fā)育直線型緩坡、凸型兩種坡形，多數(shù)斜坡臨空條件較好，為堆積體的蠕滑變形提供了變形空間。

（2）地層巖性?；w為人工堆積體或第四系殘坡積層，為降雨的入滲及運(yùn)移提供了通道。下伏基巖為板巖，相對(duì)于堆積體為不透水層，地下水容易在基覆界面富集并沿基覆界面向坡體外運(yùn)移，覆蓋層常沿基覆界面發(fā)生滑動(dòng)。

（3）地質(zhì)構(gòu)造。工程區(qū)新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)強(qiáng)烈，發(fā)育兩組陡傾裂隙。通過(guò)分析，對(duì)于土質(zhì)滑坡，地質(zhì)構(gòu)造主要通過(guò)控制區(qū)域內(nèi)的地形地貌和溝谷的發(fā)育，從而控制臨空條件。

3.3.2 誘發(fā)因素

降雨是然章滑坡形成的主要誘發(fā)因素。降雨入滲坡體轉(zhuǎn)變?yōu)榈叵滤?，地下水與滑坡巖土體相互作用，致使斜坡體的穩(wěn)定性急劇下降。總體看來(lái)，地下水對(duì)滑坡的影響主要有兩個(gè)方面的作用：一是物理作用，二是力學(xué)作用。

（1）物理作用。主要包括潤(rùn)滑及軟化作用。潤(rùn)滑作用致使基覆界面的摩阻力減小，剪應(yīng)力增強(qiáng)。軟化作用使巖土體隨含水量發(fā)生變化，發(fā)生由固態(tài)向塑態(tài)甚至液態(tài)的軟化效應(yīng)[4]。

（2）力學(xué)作用。力學(xué)作用主要有兩個(gè)方面的影響：一是增大了滑體內(nèi)部及基覆界面的滲透壓力；二是增大了滑體的自重。

因此，然章滑坡作為典型的蠕滑-拉裂型土質(zhì)滑坡，地質(zhì)因素提供了物質(zhì)條件及變形破壞的空間條件，在降雨誘發(fā)作用下，改變了滑體的受力條件，使滑體產(chǎn)生緩慢的變形直至破壞。

4 滑坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)

4.1 定性評(píng)價(jià)

然章滑坡形成年代久遠(yuǎn)，早期沿較深層的基覆界面滑動(dòng)，上部形成圈椅狀地貌，下部在地表形成隆起丘地，并且前緣擠壓河道。多次滑動(dòng)后趨于基本穩(wěn)定狀態(tài)。

在后期強(qiáng)降雨、地震或人為開(kāi)挖擾動(dòng)的因素下，仍有局部復(fù)活的可能，特別是中下部次級(jí)滑坡?，F(xiàn)已在次級(jí)滑坡后緣形成輕微拉裂，坡體上既有道路已有明顯沉降，沉降量約為0.8 m。如果公路原路改建，再次在斜坡上進(jìn)行開(kāi)挖擾動(dòng)，極有可能造成斜坡不穩(wěn)定滑動(dòng)，進(jìn)而誘發(fā)大型滑坡的復(fù)活。并且，根據(jù)鉆探揭露情況，滑面深、滑坡方量較大，現(xiàn)有的防護(hù)措施如錨索抗滑樁等，無(wú)法有效應(yīng)對(duì)規(guī)模如此巨大的滑坡體，因此應(yīng)研究繞避方案。

4.2 定量評(píng)價(jià)

4.2.1 滑體土的重度

根據(jù)滑體土室內(nèi)試驗(yàn)及類似工程類比，綜合確定計(jì)算滑坡穩(wěn)定性和滑坡推力所采用的重度值：天然重度為19.6 kN/m3，飽和重度為20.8 kN/m3。

4.2.2 滑帶土的物理指標(biāo)及抗剪強(qiáng)度參數(shù)

主滑坡區(qū)天然狀態(tài)C值為21.4 kPa，φ值為28.2 °；暴雨?duì)顟B(tài)C值為18.5 kPa，φ值為26.8 °。次級(jí)滑坡區(qū)天然狀態(tài)C值為20.8 kPa，φ值為26.8 °；暴雨?duì)顟B(tài)C值為17.0 kPa，φ值為24.2 °。

4.2.3 建模計(jì)算

根據(jù)計(jì)算參數(shù)和計(jì)算模型，在三種工況下分別對(duì)次級(jí)滑坡區(qū)和整體主滑坡區(qū)進(jìn)行整體穩(wěn)定性和推力計(jì)算，其結(jié)果統(tǒng)計(jì)分別見(jiàn)表1～2所示：

表1和表2的計(jì)算結(jié)果顯示，滑體在天然狀態(tài)下處于基本穩(wěn)定狀態(tài)；在暴雨及地震工況下，均處于不穩(wěn)定狀態(tài)，且剩余下滑力過(guò)大，建議繞避。

5 線路方案比選

從方案研究到施工圖設(shè)計(jì)，針對(duì)然章滑坡段落，共研究出線路的多個(gè)穿越方案，主要?dú)w納為以下兩種：

5.1 繞避方案

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)對(duì)滑坡的調(diào)查和工程地質(zhì)分析后，判定然章滑坡后期局部復(fù)活的可能性較大，且滑面埋深大、滑體較厚，不宜選擇以隧道形式通過(guò)山體內(nèi)側(cè)進(jìn)行繞避；然章滑坡對(duì)岸為基巖山體，可以橋梁形式改道跨越河道至對(duì)岸，完全繞避滑坡影響區(qū)后，再以橋梁形式回到既有道路。此線路方案造價(jià)約4 700萬(wàn)元，完全規(guī)避了滑坡風(fēng)險(xiǎn)，作為推薦方案。

5.2 治理方案

沿既有道路通過(guò)滑坡區(qū)，采取“多級(jí)抗滑樁+后緣截排水”治理措施。滑坡區(qū)位于山體斜坡的中下部，上部形成的匯水面積龐大，因此在滑坡后緣外圍設(shè)置截排水工程。在線路內(nèi)側(cè)設(shè)置一排樁板墻，防止坡體進(jìn)一步牽引變形，治理段長(zhǎng)度約203 m；在滑坡中前部相對(duì)較緩位置設(shè)置多級(jí)抗滑樁。此方案總造價(jià)約6 300萬(wàn)元，不作為推薦方案。

經(jīng)多方案比選，最終確定采用繞避方案，成功繞避了然章巨型滑坡，不僅確保了公路施工及運(yùn)營(yíng)的安全，同時(shí)也極大地降低了治理滑坡的費(fèi)用，并有效地降低了通過(guò)地質(zhì)災(zāi)害區(qū)的風(fēng)險(xiǎn)，線路方案也滿足相關(guān)技術(shù)指標(biāo)要求，保證了行車安全與舒適，設(shè)計(jì)效果達(dá)到最優(yōu)。

6 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)工程地質(zhì)調(diào)查、現(xiàn)場(chǎng)鉆探等綜合手段，查明了然章滑坡的規(guī)模、特征，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行工程地質(zhì)分析，得出滑坡變形破壞模式和形成機(jī)制，再進(jìn)行穩(wěn)定性分析，形成了一套系統(tǒng)有效的分析方法，為優(yōu)化線路方案提供了有力的地質(zhì)支撐。通過(guò)地質(zhì)選線，成功繞避了然章巨型滑坡，確保線路方案使用安全、線型舒適、造價(jià)合理。實(shí)踐證明，地質(zhì)選線的理念、思路和工作機(jī)制合理可行，可對(duì)巨型土質(zhì)滑坡路段的地質(zhì)選線提供一定參考。

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