张家界地区不稳定斜坡及滑坡对黔张常铁路选线的影响研究

刘卫斌

(陕西铁道工程勘察有限公司，陕西宝鸡 721001)

张家界地区不稳定斜坡及滑坡对黔张常铁路选线的影响研究

刘卫斌

(陕西铁道工程勘察有限公司，陕西宝鸡 721001)

通过对黔张常铁路张家界地区不稳定斜坡及滑坡的调查和分析，得出本区不稳定斜坡及滑坡的分布特点、成因机理及最主要影响因素。对边坡进行定性稳定性分析，并选取典型剖面进行了定量分析，同时初步评价不稳定斜坡及滑坡对工程建设的影响，进一步提出在该类地区选线时应注意的问题及选线原则，为线路的优化和滑坡防治提供了坚实的理论基础，同时希望提高对不稳定斜坡的认识和理解，引起对不稳定斜坡的重视。

铁路选线；不稳定斜坡；滑坡；稳定性

张家界地处武陵山区，地势由西北向东南倾斜，山脉总体走向呈北东向和北北东向，与河谷相间分布，受地形、地貌等因素的影响，境内气候复杂多变。

黔张常铁路所经路段大多地形复杂、地质多变，铁路建设中必然会对原地形地貌造成破坏，特别是越岭及河流沟谷两侧斜坡地带，它们在形成和演变过程中，由于受地质环境、构造运动、降水以及人类活动等外在条件的影响，导致岩土体内部应力不断调整，岩土体力学平衡逐渐被打破，引发各种不良地质作用，尤其是边坡失稳，认识不足、处理不当，可能埋下安全隐患，将来甚至可能造成交通中断和人员的伤亡，给人民生命和财产带来重大损失。所以在选线时要特别注意地质敏感区及潜在地质风险点，尽量采用多种勘察手段，以查明地质条件，优化线路方案，为工程建设提供准确资料。

1 不稳定斜坡及滑坡的分布及特征

张家界地区不稳定斜坡及滑坡主要分布在唐坊至张家界非可溶岩地段约20 km范围内，以河流两岸、沟谷两侧、山前斜坡最为发育，本次地质调查共发现9处滑坡及不稳定坡体，大小滑坡及不稳定坡体达60多个，见表1，其中尤以土质坡体和顺层基岩坡体为主，其中桥头村滑坡、向家岗滑坡对方案影响较大。

例如张桑公路靠山侧向家岗滑坡，据调查，张桑公路近4年来每年夏天雨季都会发生滑坡等地质灾害，张桑公路修建前，大部分坡体处于稳定或者基本稳定状态，但是张桑公路修建后，部分稳定坡体变成滑坡，多次出现滑动，阻断交通及给附近村民带来较大危害，故本次铁路地质调查也吸取了其经验，对不稳定斜坡也进行了详细地质调查。因为这些不稳定斜坡有可能将导致新的滑坡，会对以后的工程建设产生较大危害，将其划出有助于显著减少滑坡灾害的发生。

表1 本段各不稳定斜坡及滑坡分布及特征

2 不稳定斜坡及滑坡的影响因素及成因机理

滑坡是坡体因多种因素耦合而发生的形变，最终被某些诱发因素激发失稳产生滑动的一种地质灾害现象。影响滑坡的因素分为内因和外因，内在因素：岩土体的性质、地质构造、岩土结构、初始应力等；外在因素：气象因素、水的作用、地震、岩石风化、工程荷载条件及人工开挖等。但对某一特定滑坡或者不稳定斜坡总有一个或两个因素对滑坡的发生起控制作用，可以称它为主控因子，其他的则称为一般因子。根据以上观点，则对本段存在的边坡进行了分析判定(表2)。

表2 各不稳定斜坡及滑坡影响因素判定

2.1 气象因素

张家界属中亚热带季风性湿润气候，雨量充沛，年平均降水量1 200～1 500 mm，年最大降雨2 251.3 mm，年平均降水150～180 d。气象作用对滑坡的影响主要为降雨、冻融等，根据“中国地质灾害数据库”记载，1949年至1995年间发生的滑坡灾害中，68.5%是由降雨诱发的[3]，因此有“大雨大滑，小雨小滑”之说。降雨是滑坡尤其是浅层堆积体滑坡发生、发展的一个重要外部条件，多数则是滑坡发生破坏的主要诱因，对堆积体的初始位移激发、间歇性蠕变、滑动变形以及失稳剧滑的各个阶段都有很大影响，浅层堆积物坡体特定的物质组成以及厚度条件决定了其特殊的亲雨性，故降雨是影响该地区斜坡稳定性的重要因素。

2.2 水的因素

据调查，本段多为浅层覆盖型滑坡，滑动面多为基岩面。水对边坡的影响主要表现在两个方面：一是降雨入渗进入松散土体后，土体容重增加，且使接触面岩土体软化及润滑，岩土体抗剪强度急剧降低，滑动面摩擦系数减小，由此形成软弱面，稳定性急剧下降而产生位移变形，从而诱发滑坡的发生；二是降雨使得坡体内的地下潜水面抬升，产生浮托力，且当降雨时间长，强度大，雨水来不及入渗或者遇到隔水层的阻挡，会对坡面冲刷和在坡体内形成地下渗流，而一定的水力梯度形成的动水压力增加了孔隙水渗流方向的滑动力[4]。

2.3 地层岩性

岩性是滑坡形成的物质基础，特别是岩性结构，力学性质特征等对滑坡形成起着重要作用，本段斜坡及滑坡基本上有一共同点，那就是地表坡体主要为第四系坡积土、残积土，结构比较松散、孔隙发育、多大孔隙、渗透性比较好，在水的作用下其性质能发生较大变化，抗剪强度低，力学性质差；下伏志留系页岩，基岩面多为第四系沉积前的侵蚀、剥蚀斜面及缓坡，与上部土体在结构上存在明显差异，一般为隔水层，表层在一些外在因素影响下易形成软弱面，这就为滑坡形成提供了很好的条件。

2.4 人为因素

据统计，50%以上的滑坡事件与人类活动有着直接或间接的关系[5]。人类活动能力日益剧增，在大型土工活动中，由于开挖斜坡坡脚、堆载、弃土、爆破、破坏植被等，使边坡中的土体内部应力发生变化，或由于开挖使土体的应力发生变化，造成工程滑坡的事例比比皆是，比如上面提到的向家岗滑坡群，就是因为张桑公路修建开挖坡体及爆破所致。

2.5 地质构造

岩体构造和产状对山坡的稳定、滑动面的形成、发展影响很大，一般堆积层和下伏岩层接触面越陡，则其下滑力越大，滑坡发生的可能性也愈大。岩层产状对基岩顺层滑坡影响较大，尤其岩层倾角大于10°小于30°，倾向坡外且倾角略小于坡角时，更容易失稳，如唐坊滑坡就属于基岩顺层滑坡，坡体自然坡角20°～25°，岩层产状N12°W/24°N，坡体方向同岩层倾向相同，根据赤平投影，此类边坡稳定性较差。

2.6 地形地貌

本段地处中低山区，微地貌为山前斜坡，自然坡度15°～35°，沟谷发育，为滑坡的形成提供了有利的地形及自由空间。从局部地形可以看出，下陡中缓上陡的山坡和山坡上部成马蹄形或簸箕状地形，既有利于地表水汇集，又有利于地下水某一部位聚集漫延的地形地质条件，极易产生堆积滑坡。

3 不稳定斜坡及滑坡的稳定性分析

在漫长的地质历史时期，斜坡的稳定是相对的，而不稳定是绝对的，随着地质条件的不断变化，岩土体内部应力不断调整，斜坡的稳定也是不断变化。本次地质调查将不稳定斜坡也作为重点调查对象，就是担心其将来对工程建设造成重大影响。边坡稳定性分析方法很多，大致可以分为两大类：定性分析方法和定量分析方法。由于本次属于地质选线阶段，且沿线滑坡分布较多，故本文主要进行定性分析，并选取典型滑坡进行定量分析来验证定性分析的准确性。

不稳定斜坡主要是分析其边坡可能的变形破坏方式及失稳的力学机制和引起滑动的最主要因素。如桥头村不稳定斜坡体，目前基本处于稳定状态，但是外界因素改变其地质条件后，如持续降雨，雨水进入到堆积体后，受到页岩的阻挡无法入渗，则在靠近基岩顶板附近形成上层滞水，这些水不但可以软化页岩，使其强度降低，而且形成静水和动水压力，且该部位多为坡积黏性土加少量碎石，为堆积体边坡的软弱地带，斜坡的整体性及稳定性受此软弱带的形状和坡度控制，因此滑坡总是沿该面滑动，其变形破坏方式则为平滑性滑动。

滑坡主要对其成因及演化历史进行分析，从而给出被评价边坡一个稳定性状况及其可能发展趋势的定性[6]。向家岗2号滑坡系工程引起的滑坡，据村民介绍，自从公路修建后，滑坡裂缝就开始出现，且逐年增多，特别是雨季时裂缝发展较快。根据现场调查，滑坡现在已经出现滑坡后壁，后壁为新鲜未风化页岩，后缘裂缝较为发育，滑坡体张拉裂缝较多，前缘横向裂缝较为发育，裂缝宽度1～8 cm，滑坡体上房屋开裂明显，部分房屋已经倒塌，滑坡前缘砌筑挡土墙但未能阻止滑坡蠕动。本次通过对该滑坡的勘察、取样及参数分析(表3)，采用geo-slope软件[7]对向家岗2号滑坡进行计算，并通过软件来搜索滑面以及分析其稳定性，其结果基本符合定性分析。滑坡剖面见图1，稳定性分析结果见图2。

表3 向家岗2号滑坡物理力学参数及稳定系数

图1 向家岗2号滑坡剖面示意

图2 Geo-slope向家岗2号滑坡稳定性分析

通过上述实例可以看出，水对该滑坡影响很大，在降雨条件下，滑坡处于极限平衡状态，且滑坡稳定系数较天然状态下下降较多，这也就验证了定性分析以及调查时雨季滑坡裂缝发展较快的结论，因此只有找出影响滑坡的主要因素，并采取相应措施，则能起到事半功倍的效果，同时滑坡分析应结合地形地貌、堆积土的成分及构造，地质构造和人为因素等，综合分析边坡的历史过程，给出稳定现状评价。

4 不稳定斜坡及滑坡对铁路选线影响

由于斜坡的稳定性对铁路的修建以及后期运营有极大影响，所以铁路工程对地基及边坡的稳定性要求较高，故铁路修建应尽量避开大型不稳定斜坡及滑坡。本地段不稳定斜坡一般安全系数较低，如果在此类斜坡上修建工程，不管是路基、桥梁或者隧道，都会对其造成影响，比如施工开挖坡脚会造成抗滑力降低，爆破振动会影响岩土体的结构等等，都会不同程度的改变斜坡的原有地质环境，再加上一些外在因素，则很可能会造成工程滑坡，对工程修建造成极大危害。

5 合理的选线原则

山区铁路的地质选线一直是铁路选线的难点，特别是不良地质发育地段，更是难中之难，所以选线时，最重要的一点就是要加强地质工作，进行详细的野外地质调查和资料分析，采用多种方法对斜坡的稳定性评价，分析斜坡对铁路修建的影响，根据其特点，规律等，选择相应的处理方法。选线时应注意以下几点。

(1)对于分布较多，规模较大、工程地质条件差、施工难以处理或者对后期运营危害较大的不稳定斜坡或者滑坡，线路要坚决予以绕避。

(2)在越岭、河谷地段选线，一般滑坡、崩塌、顺层等不良地质发育，如将线路选在不良地质和潜在不稳定斜坡地带，可能会造成线路改线或者施工、运营中造成重大人员伤亡，所以在前期方案选线时，要高度重视，仔细调查，选择技术上可行，经济合理的方案。如初测本段线路部分路基以及隧道口位于不稳定斜坡及滑坡上，当通过详细地质调查和分析后，判定此不稳定斜坡及滑坡会对将来施工造成重大影响，所以定测进行了改线，对此两处滑坡进行了绕避(图3)。

图3 黔张常铁路局部地段选线示意

(3)选线时应尽量考虑各种工程设置的特点，尽量避免大开大挖，坚决禁止开挖坡脚或者在坡体上方加载等不适当的施工措施，应考虑当环境发生变化时斜坡的稳定性以及斜坡对工程修建的影响[8]。

(4)工程选线阶段的地质工作必须达到足够深度，尤其复杂的山区选线，地质情况多隐蔽地下，不投入应有的工作量和进行较为细致的研究是难以查清的，对重要问题一旦有所疏漏，常常会造成严重后果。所以要采用多种方法来探明各种地质体的规律、成因、特点，评价对其线路的影响程度，对方案有控制作用的不良地质发育地段，加强地质调查，一定要查清其地质条件和不良地质发育规律，给线路提供一个安全的地质廊道。

6 结论

根据对黔张常铁路的地质调查和分析，充分认识本地区不稳定斜坡及滑坡的特点和稳定性，根据其形成成因、物质成分、地层结构、力学特性及变形特点，并考虑了工程建设及以后运行期可能改变边坡稳定边界条件的各种因素，综合分析斜坡的历史过程及自然边坡稳定现状，找出影响边坡稳定的最主要因素，为线路的优化和滑坡的防治提供了可靠依据，进而提出了在该类地区选线时应注意的问题及选线原则，对工程进行合理设置或治理都有重要的现实意义。

[1] 中铁第一勘察设计院集团公司.新建黔张江至张家界至常德铁路初步设计第四篇[R].西安：中铁第一勘察设计院集团公司，2011.

[2] 铁道部第一勘测设计院.铁路工程地质手册[M].北京： 中国铁道出版社，1999.

[3] 戚国庆.降雨诱发滑坡机理及其评价方法研究[D].成都：成都理工大学，2004.

[4] 赵晋乾.降雨入渗对边坡稳定性的影响研究[J].铁道标准设计，2011 (5):19-21.

[5] 王恭先.滑坡的分析与防治[R].兰州：中铁西北科学研究院，2002．

[6] 孙宏伟.铁路路堑高边坡稳定性分析和设计方案优化[J].铁道标准设计，2012(1)：9-11.

[7] 林贤蓬.基于GEO_SLOPE 某滑坡堆积体稳定性分析[J].中国水运，2010(2)：121-122.

[8] 付新平.石武客运专线石郑段地质灾害特征与工程防治措施[J].铁道标准设计,2010(9):15-17.

[9] 铁道第一勘察设计院.TB 10012—2007 铁路工程地质勘察规范[S].北京：中国铁道出版社，2007.

[10] 铁道第二勘察设计院.TB 10012—2007 铁路工程不良地质勘察规范[S].北京：中国铁道出版社，2001．

[11] 杜宇本，蒋良文.大瑞铁路大保段主要工程地质问题及地质选线[J].铁道工程学报， 2010(4):23-28.

Influence of Zhangjiajie Area Unstable Slope and Landslide on Qianzhangchang Railway Route Selection

LIU Wei-bin

(Shaanxi Railway Engineering Survey Co.， Ltd.， Baoji 721001)

Through researching and analyzing of the unstable slope and landslide of zhangjiajie area along Qianzhangchang railway， this paper summarizes the distribution characteristics of the unstable slope and landslide， the formation mechanism and the main influencing factors. A stability analysis of the side slope， and a quantitative analysis of selected a typical profile are carried out. Meanwhile preliminary evaluation of the influence of the unstable slope and landside on engineering construction is conducted. Furthermore， forwarded are issues to be addressed and route selection principle observed. These have provided a solid theoretical foundation for the railway optimization and landslide prevention. At the same time， it is hoped that recognizing and understanding of the unstable lope will be consolidated and great attention drawn to it．

Railway route selection; Unstable slope; landslide; stability

2013-11-13；

：2014-01-03

刘卫斌(1984—)，男，工程师，2008年毕业于长安大学，工学学士，E-mail：liuweibin-1984@163.com。

1004-2954(2014)09-0001-04

U238； U212.32

：A

10.13238/j.issn.1004-2954.2014.09.001