云南元武高速公路滑坡稳定性分析

李 全，金培杰，张红利

(1．云南元武高速公路建设指挥部，云南 昆明 650032;2．中铁西北科学研究院有限公司，甘肃 兰州 730000)

云南元武高速公路滑坡稳定性分析

李 全1，金培杰2，张红利2

(1．云南元武高速公路建设指挥部，云南 昆明 650032;2．中铁西北科学研究院有限公司，甘肃 兰州 730000)

云南元谋至武定高速公路穿越多个区域构造断裂带，沿线滑坡、坍塌等地质灾害频发，危及线路施工及后期运营。本文对公路沿线地形和地质特征进行分析;通过对沿线23处滑坡进行调查，按照滑坡体物质、厚度和规模进行分类，并对滑坡产生的原因从地层岩体结构、地形地貌和地质条件、岩层地质特性、施工因素、人类活动影响等方面进行分析;应用Bishop法和N．Janbu法对7处滑坡的稳定系数和破坏概率进行了计算，根据计算结果提出工程整治建议。

滑坡 分类 工程地质 稳定性分析

云南元谋至武定高速公路是“十一五”计划国家重点建设项目，是国家西部开发通道兰州至磨憨公路在云南境内的重要路段，是连接我国西南、西北及通向南亚、东南亚各国的国际大通道的组成部分，是云南通往四川的主要通道，也是楚雄州规划的“三纵三横”骨架公路网的重要组成部份。整条高速公路由西北向东南贯穿于云南省楚雄州境内。

元武高速公路穿越元谋—绿汁江大断裂、发窝—中干河断裂、迤纳厂断裂等区域构造断裂带(图1)，受断裂构造带的影响，线路通过地段岩层破碎、地下水发育，边坡失稳、滑坡等地质灾害频频发生，对线路的施工及运营构成很大威胁。

图1 路线穿越构造断裂带示意

本文针对元武高速公路的滑坡、边坡失稳等，分析研究其病害类型及地质特征，探讨成因，并对其稳定性做出分析与评价，为工程处治提供依据。

1 沿线滑坡地段的地形与地质特征

1.1 地形特征

云南元武高速公路地处云贵高原西部，横断山脉南延地区，穿越复杂地貌单元。区域内高山峡谷特征明显、沟谷纵横，河流切割深，高山与河谷高差大，河谷呈“V”形高山峡谷地貌，地形陡峭，巍峨险峻，高低起伏较为频繁。

该条公路中的木溪悟段、龙王庙段是此类地形的典型代表路段，其地层分布与地貌形态受南北向构造及多期构造相互干扰与交汇的控制，滑坡地段一般呈现多期构造剥蚀面及山梁、沟谷相间或相互组合的地貌形态。

木溪悟河岸和龙王庙段山坡岩性软弱。受木溪悟河流和山间溪流雨季径流冲刷影响，削弱了斜坡下部的支撑力，同时形成了较多的临空面，山体易沿着软弱滑动带形成滑坡、坍塌等自然灾害。

沿线出现的大部分老滑坡群一般表现为具有明显的圈椅状或两山梁夹持的低洼地或凹槽状的地貌形态，或是处在山间断陷盆地边缘地带，由此形成较大汇水面积，促使滑坡体在这两处路段大量分布，给公路施工及运营维护带来较大危害。

1.2 地质特征

元武高速公路沿线主要出露第四系全新统与下更新统、下第三系、白垩系、侏罗系、寒武系、下元古界等不同时代的地层，地层的分布受到断裂构造带的控制。

公路在K87+456附近穿越元谋—绿汁江大断裂带，该断裂影响线路范围自K87+150起，止于K104+380附近。发窝—中干河大断裂带在K144+900附近与路线几乎正交，线路从K143+430开始受到影响，止于K145+680附近。该断裂带以南，断层两旁地层有显著差异，西部为下元古界昆阳群，岩性主要为变质砂岩、千枚岩、板岩夹粉砂岩。东部为古生界地层，岩性主要为粉砂质泥岩、泥质粉砂岩、钙质泥岩、泥灰岩及泥岩、砂岩等。

这两条断裂带出露岩层大多为压碎岩、碎裂岩、糜棱岩及断层泥等，工程地质特性极差，地下水赋存丰富，对线路及工程建筑物具有较大危害。

2 滑坡病害的类型

根据《公路工程地质勘察规范》(JTG C20—2011)及铁路、公路部门多年来对边坡病害的总结与研究，结合对元武高速公路地形、地质情况的分析，提出按边坡的变形类型划分公路沿线的地质灾害类型，这对于认识滑坡、坍塌与边坡失稳等类型和确定防治工程措施较为有利。对滑坡则采用按滑体的物质分类、以滑动面成因为基础，再结合滑坡体厚度和其他特征指标进行分类的方法。调查的23处滑坡概况及其分类见表1。

表1 滑坡工点分类汇总

由表1可见，按滑体物质分类，滑坡可分为:

1)堆积层滑坡。包括残积黏土滑坡和坡积层滑坡。前者为滑体由风化残积土层组成，也包括具有胀缩性的黏土层滑坡，K88+380—K88+830，K144+660—K144+750段滑坡为代表。其表现形式为边坡坍塌逐渐发展成为滑坡。后者主要以坡积成因的碎石土及角砾组成滑体物质，松散易于坍滑为其特点。K83+180—K83+850，K89+100—K89+250，左 K101+060—K101+418，K145+320—K145+540 等滑坡、坍塌边坡为此类滑坡的代表。

2)岩石滑坡。以泥岩、泥质粉砂岩等软岩组成的边坡，K94+388—K94+597，K143+350—K143+430等区段滑坡属于这种类型。

3)构造破碎岩石滑坡以碎裂岩、糜棱岩及断层泥等破碎岩石为滑体主要组成物质。左 K100+120—K100+282，右 K101+712—K101+846，K144+960—K145+300等区段滑坡为此类代表。

3 滑坡产生的原因分析

3.1 存在具有不同岩体结构的地层

元武高速公路沿线出露不同时代的地层岩性，在公路沿线挖方路段形成20 m以上高边坡较多，由于地质构造断裂带发育及地层岩性复杂，形成不同类型的岩体结构，而边坡的稳定与否直接受到岩体结构类型的控制，为此，对公路沿线边坡的岩体结构类型进行划分，以进一步了解各种岩体结构在边坡临空条件下的破坏模式。岩体结构的类型划分如下:

1)层状结构。按组成边坡的岩层产状与临空面的关系可分为顺倾层状结构、反倾层状和斜交层状结构等类型。层状结构的边坡以顺倾层状结构对边坡的稳定性影响最大，边坡在开挖过程中易于形成顺层滑坡。斜倾层状结构的边坡也会出现顺层滑动情况，对施工及运营都会造成较大的危害。反倾结构的边坡一般形成局部崩塌、落石等危害，其危害程度小于前两种结构。

2)块状结构。组成边坡岩体的岩性为沿线出露的粉砂岩或泥质粉砂岩等，通常以两组结构面发育和切割为主要特征，层面构造相应因厚层而起次要作用，岩体多被分割成块状，变形破坏主要受结构面控制。元武高速沿线基本都由厚层状粉砂岩组成且为块状坡体结构特征边坡，少数路段存在结构面切割严重的块状碎裂结构的坡体。

3)构造破碎结构。组成边坡的岩体由构造破碎的岩体组成，这些破碎岩体为压碎岩、碎裂岩、角砾岩、糜棱岩或呈泥岩夹碎块石、碎块石夹泥等。沿线构造破碎结构岩体主要集中出现在元谋断裂带和法窝—中甘河断裂带等有较大的区域结构断裂带附近，另外，在挤压较严重的背斜构造分布路段也有此类结构的坡体存在。

4)散体结构。这是碎裂结构的特殊情况，而且主要指的是构造破碎带中的糜棱岩及断层泥等，经风化作用等后期改造作用而失去胶结力或粒间连接力，大部分已呈渣状或散粒状，也有散粒物包裹大小不等岩块的情况，这种结构的坡体往往会产生坍滑变形，开挖边坡会出现随挖随塌的情况。

3.2 地形地貌与地质条件的影响

构造断裂带或多期构造交会地带控制着滑坡、坍塌与失稳病害的分布。沿线以南北压扭性断裂为主干构造，它多由断层破碎带及众多的南北向复式褶皱群组成，地貌上表现为较大的垭口或断裂沟谷分布地带。同时，亦呈现有相间排列的狭长山梁与沟槽展布地带。

滑坡体的分布受地貌形态、地质因素制约。沿线地质构造以南北构造为主干构造，南北构造与多期构造相互干扰与交汇控制。滑坡、坍塌及边坡失稳多呈现构造剥蚀面及山梁、沟谷相间或相互组合的地貌形态，或是处在山间断陷盆地的边缘地带，有的地势较为平缓，却是滑坡、坍塌及边坡失稳集中发育的地带，如太和寺滑坡、把渡滑坡、庙山滑坡等地段。

3.3 不同岩层地质特性的影响

地层、岩性的软硬程度决定着滑坡、坍塌与失稳的分布与发育。元武高速公路沿线分布着侏罗纪、白垩纪、第三系及早更新统不同时代的地层，地层的分布也都是受到大的断裂构造的控制。与此同时，沿线出露的粉质砂岩或夹有粉质砂岩、泥岩粉质砂岩的岩性较为软弱，受构造挤压容易破碎，同时由于地下水的软化作用而使岩层形成泥化物或泥夹碎石，或者由于风化作用而形成松散的碎屑物质。因此，在重力作用下易产生滑坡、坍塌与失稳等自然灾害。

3.4 施工的影响

施工产生的临空面、横向弃土堆积导致的岩(土)体荷载增加，使原有的坡体应力平衡状态被破坏。

3.5 人类对自然的改造与破坏因素

垦荒种田、砍伐森林造成植被破坏严重及水土流失引起河流、溪流对地表冲刷破坏作用加剧也是滑坡、坍塌的主要原因之一。

4 滑坡的稳定性判别与分析

对不同滑坡、坍塌体及边坡失稳的稳定性判断，需从定性分析与定量计算两方面入手，以便为滑坡及失稳边坡的处治提供依据。以下为典型滑坡及失稳边坡的实例分析。

4.1 滑坡体失稳的基本分析

1)基本范围与特征

滑坡及失稳边坡的特征包括地貌特征、形态特征，所处的位置与路线、地形、沟谷、河流的关系，以及滑坡及失稳边坡在平面位置的分布、纵向长度、横向宽度，前缘、后缘与地形的关系等。滑坡及失稳边坡与这些基本特征有一定关系，应引起高度重视。

2)滑体物质与地质结构

滑坡及失稳边坡与滑体物质、地质结构有着直接的关系，这是滑坡及失稳边坡产生的物质基础。元武高速公路比较典型的滑体物质包括第四系全新统(Q4)和下更新统(Q1)、侏罗纪下统冯家河组(J1f)、白垩系上统(K2)、寒武系()等。

地质构造方面的影响因素包括上覆坡积层、堆积物、岩层产状(走向和倾角)，土层与岩层、岩层与岩层之间的相互关系，破碎带、断层、褶皱的分布，层面、节理面、片理面、接触面、断层面、不整合面等。

3)地质勘察资料分析

查明滑坡、坍塌体及失稳边坡中的软弱层或滑动面，通过土工试验确定重度、黏聚力、内摩擦角、土体的含水率、液塑性指数等数值，查清地表水、地下水的持续作用情况。调查滑坡、坍塌体及失稳边坡与公路建筑物的关系，滑体厚度的确定等，这些数据和界面的确定，将为稳定性计算提供基本数据。

4)工程实施的影响

工程施工虽不是产生滑坡、坍塌体及失稳边坡的决定因素，但却是主要的诱发因素，例如路基填方会产生加载作用，路基挖方会产生新的临空面，隧道开挖、桥梁基础的施工都有可能打破土体的应力平衡状态。

4.2 计算实例及分析

滑坡、坍塌体失稳分析的一个重要步骤是稳定性的定量计算，本文采用简化Bishop法和N．Janbu提出的非圆弧普遍条分法确定稳定安全系数。

滑坡及失稳边坡的定量计算过程，应贯彻综合考虑、动态跟踪的原则。应在充分掌握现场地质与水文条件、滑体物质及其性质的基础上进行定量计算。计算时应注意计算参数的选取。典型滑坡及失稳边坡的岩性为粉质砂岩与泥质粉砂岩、亚黏土、黏土及碎石土，主要物理力学指标包括:重度、黏结力与内摩擦角。岩土体物理力学参数依据《元谋—武定高速公路两阶段施工图设计》地勘资料及专项勘察地质资料提供的试验数据、工程地质参数和经验数据选取。

采用 Slope/W 软件，应用 Bishop法或 N．Janbu法，对部分典型滑坡及失稳边坡进行了稳定性计算和破坏概率分析，其中7处计算结果见表2。

表2中的稳定状态与发生概率均符合实际。对不同地质条件分别采取工程措施。对1号，4号边坡建议采用锚索框格梁，锚索长度21～27 m;2号，3号，6号边坡建议采用抗滑桩，桩长21～28 m;7号边坡建议采用锚索杆框格梁，锚杆长度12～16 m;5号边坡安全系数符合治理条件，但发生概率较小。

5 结束语

通过对元武高速公路的典型滑坡及失稳边坡的地形、地质特征分析，从滑体物质、滑动面特征、滑体厚度与规模及其它特征进行判别，对公路沿线的滑坡灾害作了分类。同时通过稳定系数的定性分析及定量计算，得出滑坡及失稳边坡的稳定性评价结论，为实际工程处治提供了依据，其研究方法可供类似工程借鉴。

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U416．1+63

A

10．3969/j．issn．1003-1995．2013．04．33

1003-1995(2013)04-0109-04

2012-06-14;

2013-01-16

李全(1965— )，男，云南昆明人，高级工程师。

(责任审编 李付军)