桂西三疊系砂泥巖邊坡穩(wěn)定性影響因素研究

為更好地開展廣西高速公路砂巖、泥巖邊坡破壞模式研究及工程災(zāi)害處治等工作，文章針對三疊系砂巖、泥巖地層分布及基本性質(zhì)進(jìn)行研究，重點(diǎn)選擇地質(zhì)災(zāi)害高發(fā)的桂西三疊系地層分布區(qū)，查清砂泥巖的巖性組合、地形地貌、構(gòu)造裂隙發(fā)育程度等，分析與滑坡相關(guān)的砂泥巖順層或軟弱夾層的特性及對工程的影響，并結(jié)合工程實(shí)例進(jìn)行分析，為相關(guān)公路工程的邊坡穩(wěn)定性分析及滑坡災(zāi)害處治提供參考。

三疊系砂泥巖；巖性組合；地質(zhì)特征；邊坡穩(wěn)定

U416.1+4A030083

基金項(xiàng)目：

南寧市青秀區(qū)科技計(jì)劃“棄渣堆場災(zāi)變智能監(jiān)控預(yù)警及處治關(guān)鍵技術(shù)”（編號：2022003）；南寧市“邕江計(jì)劃”青年人才專項(xiàng)“水敏性軟巖邊坡災(zāi)變智能監(jiān)控及加固處治關(guān)鍵技術(shù)”（編號：RC20230108）

作者簡介：

李弈杉（1991—），博士，工程師，主要從事公路工程、巖土工程科研方面的工作。

0" 引言

在高速公路建設(shè)及后期維護(hù)過程中，道路邊坡及其周圍的地質(zhì)災(zāi)害時(shí)常發(fā)生，對高速公路的安全施工及運(yùn)營產(chǎn)生了嚴(yán)重的威脅。近年來，在桂西地區(qū)開展高速公路建設(shè)時(shí)，常會遇到三疊系砂巖、泥巖組合的地層，這是一類對環(huán)境敏感、工程性質(zhì)隨環(huán)境變化較大的特殊性巖石，容易發(fā)生滑坡等地質(zhì)災(zāi)害。因此，對該類邊坡地質(zhì)特性及其穩(wěn)定性的影響分析具有十分重要的工程意義［1-4］。王躍飛和李劍偉等［5-6］基于不同方法開展了巖質(zhì)邊坡的穩(wěn)定性分析；陳記等［7］研究了軟巖邊坡加固工程在服役期間的緩慢弱化效應(yīng)；李師毓等［8］基于離散元數(shù)值模擬法，揭示了軟硬互層順層巖質(zhì)邊坡動力響應(yīng)規(guī)律；高丙麗等［9］研究了巖質(zhì)邊坡結(jié)構(gòu)面的震動劣化效應(yīng)；王川等［10］研究揭示了裂隙巖體邊坡多級開挖卸荷作用的復(fù)合破壞模式。上述研究從多方面對巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性進(jìn)行了探討，取得了豐富的成果，而當(dāng)前針對砂泥巖，尤其是桂西三疊系砂泥巖邊坡地質(zhì)特性及其對邊坡穩(wěn)定性的影響研究仍較少。因此，本文開展桂西三疊系砂巖、泥巖地層分布及地質(zhì)特征調(diào)查研究，分析與滑坡相關(guān)的砂泥巖順層或軟弱夾層的特性，并結(jié)合工程實(shí)例對邊坡失穩(wěn)因素及處治進(jìn)行分析，可為類似工程提供參考。

1" 桂西地區(qū)地質(zhì)背景

右江盆地地處古特提斯構(gòu)造域和環(huán)太平洋構(gòu)造域的復(fù)合部位，盆地內(nèi)前泥盆紀(jì)基底由寒武系、奧陶系組成，零星出露，其上主要為連續(xù)出露的泥盆系-三疊系，如圖1所示，其中三疊系以發(fā)育一套厚度巨大的濁積巖系為特征，是廣西重要的含金層位。

三疊系廣泛分布于桂西右江盆地。早三疊世時(shí)期，盆地東緣沉積陳劉組泥巖，碳酸鹽臺地沉積馬腳嶺組、北泗組、羅樓組，局部臺地邊緣上斜坡沉積羅樓組，盆地內(nèi)部沉積石炮組。中三疊世時(shí)期，隆林、樂業(yè)、凌云邏樓、東蘭等地沉積臺地泥坪相板納組，其他地區(qū)主要為具復(fù)理石特征的盆地相陸源碎屑濁積巖-百逢組、蘭木組。晚三疊世時(shí)期，受印支運(yùn)動影響，盆地轉(zhuǎn)為海陸交互相或陸相沉積，早期巖性為灰綠-灰黑色碎屑巖，晚期十萬大山轉(zhuǎn)化為內(nèi)陸湖泊，形成紫紅色碎屑巖夾煤線沉積（如扶隆坳組）。

在晚古生代-中生代伸展裂陷期間，桂西地區(qū)臺、（溝）盆縱橫交錯(cuò)格局，反映了由正斷層系控制的地塹-地壘構(gòu)造、類盆-嶺構(gòu)造結(jié)構(gòu)樣式特點(diǎn)。地塹地帶窄、長、深，形成深水槽盆地；地壘部分為寬、平、孤，形成孤立的大小不等地塊。三維模型如圖1所示。

2" 三疊系砂泥巖邊坡地質(zhì)特征及其滑塌影響因素

2.1" 地層巖性組合及產(chǎn)狀

地層巖性是桂西三疊系分區(qū)域產(chǎn)生滑坡、崩塌等地質(zhì)災(zāi)害的物質(zhì)基礎(chǔ)。巖性組合不同，其工程地質(zhì)性質(zhì)往往亦有所不同，產(chǎn)生地質(zhì)災(zāi)害的種類及難易程度也各異。通過實(shí)地調(diào)查發(fā)現(xiàn)，在同樣受力條件下，能干性不同的巖層互層或夾層組合比單一能干性的巖層組成的邊坡更容易發(fā)生滑坡、滑塌等。泥巖、粉砂質(zhì)泥巖、鈣質(zhì)泥巖、泥質(zhì)粉砂巖等軟弱層分布區(qū)域，由于巖石形變的不均一性和泥巖中黏土礦物易發(fā)生變形、崩解的特性，在受到上覆巖層壓力、剪應(yīng)力的作用時(shí)，泥巖等軟弱層相較能干性較高的砂巖、灰?guī)r等更容易發(fā)生劈理化、碎裂化等變形，進(jìn)而為滑坡、崩塌的產(chǎn)生創(chuàng)造條件。

桂西三疊系砂泥巖邊坡穩(wěn)定性影響因素研究/李弈杉，米樂民，李世文，邵" 羽，葉道華

2.2" 地形地貌及地質(zhì)構(gòu)造對邊坡的影響

滑坡、巖質(zhì)崩塌在桂西主要發(fā)生碎屑巖中山區(qū)、低山丘陵區(qū)或者是一些切割較深的溝谷地區(qū)。有溝谷分布的區(qū)域、凹槽狀地段、高差較大的碎屑巖山坡等地，較易產(chǎn)生較大規(guī)模的滑坡或崩塌且趨于穩(wěn)定的時(shí)間較長，有的甚至長期處于蠕滑狀態(tài)。除此之外，地形的緩陡也影響著滑坡、崩塌的發(fā)育，坡度陡容易導(dǎo)致滑坡、崩塌的產(chǎn)生。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，滑坡、巖質(zhì)崩塌原始坡度以＞30°的陡坡居多，尤其是＞40°時(shí)更易發(fā)生。

地質(zhì)構(gòu)造在宏觀上控制了一個(gè)地區(qū)的巖層出露和地形地貌的分布情況，是控制地質(zhì)災(zāi)害形成的重要條件。在桂西三疊系分布區(qū)域，構(gòu)造破碎帶往往形成一些溝谷地形，地表、地下水相對豐富和活躍，為滑坡、崩塌的產(chǎn)生提供了一定的基礎(chǔ)。地質(zhì)構(gòu)造在微觀上使基巖中產(chǎn)生各種構(gòu)造裂隙、節(jié)理及斷層破碎帶，破壞了巖體完整性，為地質(zhì)災(zāi)害體的形成提供了比較有利的條件?；碌鹊刭|(zhì)災(zāi)害大多分布在斷裂帶及褶皺帶上，或者距離斷裂帶及褶皺帶不遠(yuǎn)的區(qū)域。主要原因是越靠近斷裂、褶皺的區(qū)域，節(jié)理裂隙、劈理等越發(fā)育，巖石也就越容易破碎，并且地表風(fēng)化較強(qiáng)烈，為滑坡、崩塌等提供了有利條件。

2.3" 自然降雨對滑坡發(fā)生的影響

降雨是桂西三疊系碎屑巖分布區(qū)域滑坡、崩塌的重要誘發(fā)因素之一。目前實(shí)地調(diào)查發(fā)現(xiàn)，大多數(shù)滑坡、崩塌等地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生在降雨中或雨后。

降雨對滑坡的影響表現(xiàn)在如下幾個(gè)方面：

（1）雨水的入滲不但增加了斜坡上部巖土體的重度，而且對巖層起到了軟化作用，促進(jìn)巖層中礦物在應(yīng)力作用下的溶解遷移和重結(jié)晶，有助于巖石的塑性變形。幾種巖石在干、濕條件下的抗壓強(qiáng)度如表1所示，可以看出，雨水的入滲還會大大降低巖土體的強(qiáng)度，加速破壞邊坡原有的平衡狀態(tài)，進(jìn)而使邊坡失穩(wěn)。

（2）雨水入滲增加巖土體地下水動靜水壓力。地表水補(bǔ)給滑體后，多通過滑體滲流，在滑坡前緣形成濕地或泉水，產(chǎn)生動壓力。雨量大或滲流不暢時(shí)，水位上升，形成靜水壓力，加劇滑體下滑。

（3）雨水入滲滑坡面，減少摩擦阻力，加劇巖崩災(zāi)害。雨水滲入巖體裂隙，降低力學(xué)聯(lián)結(jié)，積水形成大孔隙水壓力，加寬裂隙；雨水沖刷掏空危巖體底部，失去支撐，易失穩(wěn)崩落；雷電、風(fēng)倒等擾動加劇崩落，小塊巖石撞擊大塊危巖，易引發(fā)大規(guī)模崩塌。

3" 工程實(shí)例分析

3.1" 工程概況

某高速公路項(xiàng)目地處于廣西西北部，路線總體走向?yàn)槟媳毕?，沿線以溶蝕峰叢洼地地貌和剝蝕丘陵地貌為主。項(xiàng)目中一段三級邊坡的最大坡高為28.2 m，主要為泥質(zhì)粉砂巖，薄-中厚層狀構(gòu)造，全-強(qiáng)風(fēng)化狀態(tài)為主，裂隙發(fā)育，巖體破碎，層厚較大，中風(fēng)化巖層埋藏深。

3.2" 邊坡失穩(wěn)變形特征

該邊坡開挖完成后不久，部分區(qū)段發(fā)生整體下滑?；鲁嗜σ螤罘植?，滑坡后緣位于原邊坡開口線往外3～5 m，滑坡剪出口位于坡腳位置，后緣裂縫寬1～5 m，錯(cuò)臺高0.5～8 m，滑面埋深約1～15 m，滑體主要以第四系粉質(zhì)黏土和全風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖為主，滑坡為淺層牽引式土質(zhì)滑坡，規(guī)模約22 500 m3。采用按1.5和1.75坡率清除滑體，坡腳設(shè)路塹矮墻支擋，采用柔性擋墻反壓坡腳，每級8 m，共三級，臨空面坡率設(shè)為1.75，柔性擋墻噴播植草綠化等方案處治。如下頁圖2所示。

按處治方案重新施工期間，該邊坡發(fā)生二次滑動，滑坡后緣位于邊坡開口線后14 m，剪出口位于第二級邊坡中部位置，屬于牽引式中層小型滑坡。出現(xiàn)該滑坡后，根據(jù)實(shí)際情況，取消柔性擋墻方案，改為每級邊坡均按照坡率1∶1.75放坡，碎落臺寬度設(shè)為40 m，坡率設(shè)為1∶10，硬化10 cm以方便排水，其余分級平臺寬度設(shè)為2 m；第一～三級邊坡采用擴(kuò)大頭錨桿格梁防護(hù)，其余邊坡采用錨桿格梁防護(hù)；坡面掛鐵絲網(wǎng)噴混植生綠化。施工過程接順截排水系統(tǒng)，減少雨水入滲。在處治施工期間，邊坡再次出現(xiàn)裂縫，根據(jù)現(xiàn)場踏勘發(fā)現(xiàn)，邊坡部分區(qū)段已滑動，且滑面較明顯，滑坡后緣位于第三級邊坡坡頂，剪出口位于邊坡坡腳加深邊溝中部，前期滑坡屬于牽引式，由于未及時(shí)反壓，已由牽引式轉(zhuǎn)為推移式小規(guī)模圈椅狀滑坡。

3.3" 失穩(wěn)因素及處治方案

根據(jù)邊坡多次失穩(wěn)變形情況來看，引起失穩(wěn)的因素主要包括：（1）在地層巖性上，邊坡主要由三疊系中統(tǒng)百逢組全-強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖組成，巖體具崩解性，遇水強(qiáng)度大幅度降低；（2）在巖性組合上，巖層厚度變化較大，存在中厚層夾薄層，薄層較破碎，含泥量高，強(qiáng)度較低，形成軟弱夾層，本次滑動便是沿軟弱結(jié)構(gòu)面下滑；（3）在地形地貌上，邊坡屬于緩慢傾順向坡，巖層傾角為14°～16°，開挖坡度陡于巖層傾角，開挖后不及時(shí)防護(hù)易產(chǎn)生滑動；（4）在地質(zhì)構(gòu)造上，邊坡節(jié)理裂隙發(fā)育，巖體極破碎，存在延伸10 m以上節(jié)理，形成的結(jié)構(gòu)面容易引起局部滑塌；（5）邊坡于開挖過程中，經(jīng)歷多次降雨，雨水入滲降低邊坡巖土體強(qiáng)度。

基于現(xiàn)場情況及上述分析，采用如下處治方案，如圖3所示。

（1）臨時(shí)反壓坡腳穩(wěn)固坡體，反壓體寬度≥6 m，高度與第一級邊坡齊平，若反壓過程中邊坡穩(wěn)定，可停止反壓，由于后期需施工抗滑樁，故反壓體應(yīng)按路基填筑標(biāo)準(zhǔn)壓實(shí)。（2）碎落臺設(shè)為7 m，硬化10 cm，并向外傾3%排水。（3）監(jiān)測數(shù)據(jù)穩(wěn)定后，距離邊溝7 m處布置懸臂6 m抗滑樁，入土段設(shè)為8 m，抗滑樁施工完成后采用碎石土回填，按路基填筑標(biāo)準(zhǔn)壓實(shí)。（4）失穩(wěn)破壞部分按照1∶1坡率清除第三級邊坡滑體，按照1∶1.75坡率清除第二級邊坡滑體，設(shè)置柔性擋墻反壓坡體。（5）未失穩(wěn)破壞部分：第二級和第三級邊坡按照原設(shè)計(jì)放坡，第一級分級平臺設(shè)為30 m，第一級邊坡按1∶1.75放坡。（6）柔性擋墻表面噴播植草綠化，接順截排水系統(tǒng)。對上述方案繼續(xù)穩(wěn)定性分析，通過基于圓弧滑動破壞的極限平衡法計(jì)算，最不利滑面如圖3所示，所得安全系數(shù)為1.25，可滿足規(guī)范要求。

4" 結(jié)語

（1）桂西三疊系砂泥巖能干性較低，容易發(fā)生黏性流動，所組成的邊坡更容易發(fā)生劈理化、碎裂化等變形，進(jìn)而為邊坡失穩(wěn)、崩塌的產(chǎn)生創(chuàng)造條件。

（2）區(qū)域地貌特征控制著滑坡、崩塌體的宏觀分布，地質(zhì)構(gòu)造也為滑坡、崩塌等產(chǎn)生提供了有利的條件，在實(shí)際工程中，應(yīng)考慮相關(guān)地質(zhì)特征對邊坡穩(wěn)定性的影響。

（3）桂西三疊系砂泥巖往往較為破碎，具有崩解性，遇水強(qiáng)度大幅度降低，降雨入滲顯著增加了砂泥巖邊坡的失穩(wěn)滑塌的風(fēng)險(xiǎn)，在設(shè)計(jì)及滑坡處治時(shí)應(yīng)針對性設(shè)置防排水措施，以防災(zāi)害的發(fā)生及反復(fù)。

［1］魏" 斌，朱自強(qiáng).巖質(zhì)邊坡滑帶參數(shù)取值方法和穩(wěn)定性分析［J］.公路工程，2009，34（3）：123-126.

［2］李天寶.軟弱砂泥巖互層公路路基邊坡整治案例分析［J］.西部交通科技，2022（3）：56-58.

［3］田文豐，林" 銳，楊堉果，等.新東門碼頭砂泥巖互層邊坡分類及坡率取值［J］.水運(yùn)工程，2021，583（6）：238-244.

［4］馮" 振，金福喜，龔裔芳.紅砂巖順層邊坡監(jiān)測及變形破壞分析［J］.巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2011，30（S2）：4 078-4 086.

［5］王躍飛，肖毅海，劉海鴻，等.橋址高陡巖質(zhì)斜坡穩(wěn)定性分析［J］.公路工程，2012，37（1）：144-148.

［6］李劍偉，何" 勇，楊堉果，等.某砂泥巖互層緩傾長大順層邊坡穩(wěn)定性分析［J］.水運(yùn)工程，2023（S1）：143-149.

［7］陳" 記，劉慶元.在役軟巖邊坡變形機(jī)理分析及處治技術(shù)［J］.公路交通科技，2021，38（7）：29-37.

［8］李師毓，吳" 瓊，王亮清，等.地震作用下軟硬互層順層巖質(zhì)邊坡動力響應(yīng)研究［J］.地球科學(xué)，2023，48（8）：3 127-3 136.

［9］高丙麗，劉" 拴，任建喜，等.考慮結(jié)構(gòu)面震動劣化效應(yīng)的巖質(zhì)邊坡塊體動力穩(wěn)定性評價(jià)［J］.土木工程學(xué)報(bào)，2024（1）：97-110.

［10］王" 川，冷先倫，張占榮，等.基于裂隙擴(kuò)展的多級巖質(zhì)邊坡開挖卸荷破壞路徑分析［J］.巖土力學(xué)，2023，44（4）：1 190-1 203.

20240427