孝柳铁路K32+000～K32+150段路基病害成因分析

张 怀 建

(1.太原理工大学，山西 太原　030024；　2.山西省勘察设计研究院，山西 太原　030013)



孝柳铁路K32+000～K32+150段路基病害成因分析

张 怀 建1,2

(1.太原理工大学，山西 太原030024；2.山西省勘察设计研究院，山西 太原030013)

介绍了孝柳铁路K32+000～K32+150段的自然地理条件及地质环境条件，根据该铁路段路基滑坡的特征，分析了路基滑坡的岩土物理力学指标与成因机制，最后提出了路基滑坡的防治措施。

铁路，路基，滑坡，地质条件，稳定性

孝柳铁路K32+000～K32+150段位于孝义市杜村乡石匣社村西约1.0 km，距孝义市区约25 km。该段铁路为填方路基，建在古滑坡的后缘，自建成以来多次发生过沉降及水平蠕变，在2004年曾对铁路路床做过注浆处理，2011年夏季降雨较多，于2011年10月中旬铁路路基发生滑移，并出现纵向裂缝，11月上旬变形加快，至12月4日路基累计沉降量达到13.1 cm，累计位移量达到11.4 cm，威胁到孝柳铁路的正常运营。

1　自然地理条件

1.1地形地貌

孝柳铁路K32+000～K32+150段路基区域地处属吕梁山脉西麓褶皱山地，地貌属于构造侵蚀剥蚀黄土堆积低山丘陵区，区内地形较陡峭，沟谷发育，小型沟谷多呈“V”形状，大型沟谷多呈“U”形状，切割深度达10 m～80 m，微地貌单元有分水岭、黄土梁、陡崖、黄土冲沟、基岩冲沟等。区内地势西高东低，地面标高介于1 150 m～1 230 m之间。

1.2气象与水文

1)气象。本区属暖温带大陆性半干旱、半湿润气候，一年四季分明，春季风大雨少，夏季炎热多雨，秋季温暖湿润，冬季寒冷少雪。年平均气温10.6 ℃，极端最高气温39.5 ℃(1974年6月16日)，极端最低气温-22.9 ℃(1970年1月5日)。多年(1956年—2010年)平均降水量484.0 mm，最大年降水量747.8 mm(1964年)，最小年降水量248.0 mm(1985年)，降水年内分配不均，降水多集中在7月份～9月份，约占全年降水量的60%～80%,多年平均蒸发量为1 957.84 mm。全年主导风向为偏西风，年平均风速3.6 m/s，其中4月份最大，平均风速为4.1 m/s，8月份最小，平均风速为2.0 m/s。全年平均无霜期190 d。

2)水文。孝义市的河谷水系比较发达，但多为季节性河流，均属黄河流域汾河水系，勘察区属于孝河流域，孝河流域主要有下堡河、兑镇河、柱朴河、东许河、虢义河5条支流，勘察区地表水主要分布在滑坡南侧边界的冲沟里，地表水主要由地下水渗出补给，流量约0.5 L/s 。

2　地质环境条件

2.1地层岩性

勘察区地表出露及钻孔揭露的地层有：古生界奥陶系、石炭系、新生界第三系、第四系，现将地层按时代由老到新分述如下。

2.1.1奥陶系(O)

峰峰组(O2f)。以灰色、灰黄色石灰岩、豹皮状灰岩为主，强～中等风化，钻孔最大揭露厚度为23.80 m。

2.1.2石炭系(C)

本溪组(C2b)。岩性主要为灰白色、灰黄铝土页岩，底部有不连续的山西式铁矿，钻孔揭露厚度为7.8 m～12.6 m。

2.1.3新生界上第三系(N)

2.1.4新生界第四系(Q)

1)中更新统(Q2)。岩性以红色粉质粘土为主，含钙质结核，垂直节理发育，钻孔揭露厚度为6.8 m～8.4 m。

2)上更新统(Q3)。由风积物组成，主要分布于黄土梁顶部，岩性为粉土，具大孔结构，垂直节理发育，钻孔揭露厚度为1.0 m～1.6 m。

3)全新统(Q4)。

2.2地质构造

勘察区构造特征表现为一个小型向斜，向斜轴向大致呈250°，向斜轴部位于2—2′剖面附近。地面可见向斜北翼，出露岩性主要为铝土页岩，岩层倾向介于155°～160°之间，倾角介于15°～18°之间，向斜南翼在地表没有出露，这种构造特征有利于地下水的汇集。

2.3水文地质条件

勘察区范围内地下水包括上层滞水和孔隙潜水。上层滞水含水层主要为第①1层含碎石灰土、第①2层碎石填土，以第①3层素填土及第④层铝土页岩作为相对隔水层，接受大气降水入渗补给；孔隙潜水在勘察区广泛分布，含水层主要为上第三系上新统粉质粘土(N2)及滑坡堆积层(第②层粉土、第③层粉质粘土)，以第④层铝土页岩作为相对隔水层，接受大气降水入渗补给及地下水侧向径流补给，潜水由西向东径流，在滑坡体上低洼位置、滑坡前缘及右侧冲沟出露地表。

3　路基滑坡基本特征

3.1路基滑坡地形地貌

滑坡在空间上形成圈椅状地形，滑坡后壁顶高程介于1 213 m～1 222 m之间，后缘高程介于1 187 m～1 193 m之间，前缘高程介于1 165 m～1 168 m之间。滑坡平面形态呈舌状，滑坡周界明显，右侧边界为一小型冲沟，左侧边界为稳定基岩，主滑方向约80°，滑坡轴线与铁路路基基本垂直，滑坡前缘以乡村小路为界，滑坡后缘以铁路路基左侧排水沟为界，滑坡轴线长近140 m，滑体宽度介于50 m～85 m之间，滑坡后缘陡壁地形坡度介于37°～42°之间，滑体坡度在10°左右，滑体上发育有2个小型滑坡鼓丘和2个积水洼地。铁路路基位于滑坡后缘，地表高程介于1 191 m～1 194 m之间，路基坡度约为25°。滑坡地形地貌特征见图1。

图1　滑坡地形地貌

3.2路基滑坡要素特征

古滑坡体勘探厚度为1.0 m～9.1 m，前部和后部薄，中部厚，新滑坡体勘探厚度为7.6 m～19.6 m。古滑坡体上水草丰富，反映了滑坡体地下水量丰富，古滑坡体中部生长有幼小“马刀树”，路基右侧边坡出现鼓胀现象。

3)滑坡周界。滑坡右侧边界为一条冲沟，左侧边界为稳定基岩，后缘与滑坡后壁界线明显，前缘剪出口裸露。

4)滑坡鼓丘与积水洼地。滑坡体上发育有2个小型滑坡鼓丘和2个积水洼地，1号滑坡鼓丘位于滑坡中部，鼓丘顶部高出周围约0.3 m，呈椭圆形；2号滑坡鼓丘位于滑坡前部，鼓丘顶部高出周围约0.4 m，呈椭圆形。1号积水洼地分布于两个鼓丘之间，平面形态基本呈圆形，直径约2.0 m，水深0.2 m左右；2号积水洼地位于滑坡前缘右侧，为滑坡右侧边界冲沟的沟尾，平面形态基本呈圆形，直径约3.0 m，水深0.1 m左右。

5)滑坡裂缝。从调查情况来看，地表发现的滑坡裂缝主要集中在滑坡后缘的铁路路基上。铁路路基上发育有3条裂缝，每条裂缝的特征如下：L1裂缝，位于路基右侧，裂缝宽2 cm～13 cm，裂缝走向350°左右，延伸长度约60 m，无明显错落；L2裂缝，位于路基右侧，裂缝宽0.5 cm～25 cm，裂缝走向350°左右，延伸长度约120 m，无明显错落；L3裂缝，位于路基左侧，裂缝宽1 cm～17 cm，裂缝总体走向350°左右，延伸长度约130 m，错落高度介于15 cm～45 cm之间，裂缝已贯通到路基底部，路基底部的排水涵洞已被拉断，涵洞排出浑水。各裂缝间距介于1 m～15 m之间，呈现出中间裂缝和错落大，两端裂缝和错落逐渐变小以至尖灭的特征。调查发现的滑坡裂缝从力学性质上分析均为张拉裂缝，3条裂缝向滑坡北侧延伸的部分为路基变形牵引裂缝，裂缝的发育程度直接反映了滑坡的稳定状态。

6)滑动面(带)。古滑坡滑动面主要位于第②层粉质粘土与下覆石炭系本溪组铝土页岩接触面，新滑坡滑动面后缘位于路基填土内部，中前部与古滑动面重合，滑带土均已经饱和，滑带土具有明显的挤压或揉皱层理，基岩表面可见轻微擦痕，滑带土厚度达到0.5 m～1.5 m。滑动面倾向东，滑面坡度介于5°～65°之间。

7)滑床。滑坡滑床为第④层石炭系中统本溪组(C2b)铝土页岩，灰白色、灰黄色，泥质结构，层状构造，强风化，岩芯呈破碎状，岩体基本质量等级为Ⅴ级，RQD在20～30之间，属于极软岩，表层饱水软化后具有良好的隔水能力。第④层铝土页岩以下分别为第⑤层强风化石灰岩和第⑥层中风化石灰岩。

8)滑舌。滑坡前缘滑舌部位向乡村小路凸出，剪出口裸露，并有地下水渗出。

4　路基滑坡岩土物理力学指标

本工程在滑体土中取样进行了直接快剪试验，在滑带土中取样进行了反复直剪试验，根据试验结果、反算结合地区经验给出各土层的滑坡计算参数值见表1。

表1　滑坡土各土层主要设计计算参数

5　路基病害成因机制分析

5.1路基滑坡对路堤稳定性的影响

孝柳铁路K32+000～K32+150段路基位于原古滑坡的后缘，增加了滑坡的下滑力，引起古滑坡蠕动变形，据了解，原古滑坡后缘有泉水出露，泉水流量不小于2 L/s。修建铁路时，仅考虑了地表水排水而忽略了地下水的排水问题，导致地下水水位雍高，软化土体，动水压力增加，在多雨时期，地下水对滑坡稳定性的影响表现的更为明显。

5.2路堤填土自身对路堤稳定性的影响

根据本次勘察结果，路基第①3层素填土含水量较大，接近饱和状态，抗剪强度标准值为c=12.0，φ=10.0°，该层填土的强度较低，基本承载力值仅为80 kPa，属于路基的软弱下卧层，对路基的稳定性有很大影响。

6　路基滑坡稳定性分析评价

该段路基滑坡为中型人工填土—古滑坡堆积体滑坡，滑动面主要沿基岩面展布，剖面上呈折线型。对该滑坡采用传递系数法(折线型滑动面)进行整体稳定性评价。滑体中存在地下水，现状滑坡已经达到饱和状态，进行滑坡稳定性和推力计算时均考虑了地下水渗透压力(Pw)的影响。滑坡区地震基本烈度为7度，考虑地震力的作用。

折线型滑动面滑坡稳定性系数计算公式(传递系数法)：

其中,WQi为第i土条的重力与外加竖向荷载之和；ci，φi分别为第i土条底的粘聚力，kPa和内摩擦角，(°)；li为第i土条底滑面的长度，m；Ei-1为第i-1土条传递给第 i土条的下滑力；Fs为稳定安全系数。

滑坡稳定性计算结果见表2。

表2　滑坡稳定性计算结果表

7　路基病害防治工程措施建议

孝柳铁路K32+000～K32+150段路基病害的主要原因包括路基滑坡因素以及路堤填土(第①3层素填土)强度不足因素，同时这两方面因素都是由地下水排水不畅引起的，所以排出地下水是本工程治理的核心问题。路基病害防治工程措施建议如下：1)在现有路堤左侧排水沟地段，布置截水盲沟截住上游地下水；修复排水涵洞，以利于排出雨水。2)采用桩板墙结合锚索对路基滑坡进行支挡，采用粘土或灰土填塞路堤上的裂缝，在桩板墙上设置仰斜排水孔排出路堤积水。3)对路堤第①3层素填土采取注浆加固措施，以提高路堤边坡自身的稳定性。4)可考虑以桥梁的形式代替本段路基。

8　结语

孝柳铁路K32+000～K32+150段路基建在古滑坡体的后缘，且为填方路基，增加了滑坡的推力，导致古滑坡复活。针对线路工程，应加强工程地质选线工作，避让灾害地质体或进行妥善治理后，方可进行工程建设。

Analysis on sub-grade disease causes of K32+000～K32+150 section of Xiaoliu railway

Zhang Huaijian1,2

(1.TaiyuanUniversityofTechnology,Taiyuan030024,China;2.ShanxiSurveyDesignInstitute,Taiyuan030013,China)

This paper introduced the natural geographical and geological environment conditions of K32+000～K32+150 section of Xiaoliu railway, according to the characteristics of railway section sub-grade landslide, analyzed the rock soil physical mechanics index and formation mechanism of sub-grade landslide, and finally put forward some measures for the prevention and treatment of sub-grade landslide.

railway, sub-grade, landslide, geological condition, stability

1009-6825(2016)21-0141-03

2016-05-13

张怀建(1982- )，男，在读工程硕士，工程师

U213.1

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