汶马高速通化隧道进口边坡变形特征及机理

吴京涛，胡卸文,2



汶马高速通化隧道进口边坡变形特征及机理

吴京涛1，胡卸文1,2

（1. 西南交通大学地球科学与环境工程学院，成都 610031；2. 西南交通大学高速铁路运营安全空间信息技术国家地方联合工程实验室，成都 610031）

在建的汶（川）马（尔康）高速公路通化1号隧道进口边坡倾倒变形特征明显，其稳定性控制汶马高速公路建设及运营安全。通过野外勘察查明倾倒变形体的空间发育特征，依据其倾倒强弱程度将倾倒体划分为倾倒坠覆区、强倾倒变形区和弱倾倒变形区，根据其变形特征进行了稳定性评价，并提出了针对性治理措施建议。

倾倒变形；变形体；演变过程；稳定性

在建的汶（川）马（尔康）高速是四川第二条藏区高速，是四川连接西北的大通道，其中的通化1号隧道进口边坡倾倒变形体位于汶马高速K71+100m处，属四川省理县通化乡。受地形地貌、地层岩性、地质构造和坡体结构等影响，边坡以倾倒变形为主，变形体前缘距汶马高速仅2~10m，查明其发育特征及变形机理，对正确评价其稳定性及采取针对性措施具有重要意义。

图1 倾倒变形工程地质平面图

1 场地地质环境条件概述

场地所在部位河谷深切，两岸岸坡大体呈“V”字形，倾倒变形边坡位于杂谷脑河左岸，岸坡坡向约155°，自然坡度35°~60°，总体表现为上缓下陡，坡表植被发育较少，基岩多裸露。区内地层出露岩性为志留系茂县群第四组千枚岩和第四系覆盖层。千枚岩片理发育，层厚约10~20cm，正常基岩产状为355°∠77°。第四系覆盖层主要为分布于边坡坡脚的崩积碎石土、冲洪积卵砾石土和坡表坡残积碎石土。受强烈构造作用影响，坡体内节理发育，表现为两组优势节理面，产状分别为226°∠68°和190°∠45°。此外区域内地震活动强烈且比较频繁，2008年5月12日汶川大地震中，场区地震烈度达到了Ⅷ度。

图2 倾倒变形体及各变形区照片

2 倾倒变形体空间分布特征

倾倒变形体前缘位于边坡坡脚机耕道附近，后缘位于边坡中段陡缓交界处，前后缘高差约120~130m；倾倒体左、右侧以小型冲沟为界，其中左侧冲沟下切较深，如图2所示。变形体顺坡向长约130~140m，顺河向宽约120~140m，水平分布深度约10~40m，一般20~30m，估算方量约47×104m3。坡脚及两侧冲沟内崩塌落石发育，其中粒径大于1m的巨石占比约40%，块碎石含量约50%，砾石含量约10%，最大落石粒径可达4m。

3 倾倒变形分区

野外调查显示，在山脊等山体突出部位岩层倾倒变形强烈，岩层发生明显的折断，层间张开甚至发生崩塌落石等现象；而冲沟等负地形部位和坡度较缓部位岩层倾倒变形轻微。据此，可根据倾倒变形强弱程度，以倾倒岩层倾角为定量指标，将该边坡倾倒变形体划分为倾倒坠覆区（A区）、强倾倒变形区（B区）和弱倾倒变形区（C区），划分依据见表1，分区结果见图1和图2。

通化1号隧道进口边坡倾倒变形强烈程度等级划分表

变形等级岩层倾角与正常岩层倾角变化幅度变形特征 倾倒坠覆＜17°＞60°岩体碎裂，多为危岩体或孤石，坡脚崩塌岩堆发育，坡脚崩落块石直径可达2~4m。 强倾倒变形17°~45°32°~60°岩层明显拉开，根部完全折断，岩层倾角变化幅度大，岩体较破碎，坡脚为崩塌堆积块碎石土。 弱倾倒变形45°~70°7°~32°岩层轻微拉开，多为柔性变形，根部偶见折断，倾角变化幅度小。

3.1 倾倒坠覆区基本特征

从空间上看，倾倒坠覆区（A区）分布于变形体中上段，顺坡长约5m，宽约10m，水平发育深度约5~8m（图2、3）。其主要特点：①倾倒后变形体岩层倾角一般小于17°，与正常基岩倾角相差可达60°；②岩体破碎，呈碎裂结构，多呈危岩或孤石，风化严重，自稳能力差；③坡脚及右侧冲沟内落石、岩堆发育，落石块径一般1~3m。

图3 通化1号隧道进口边坡倾倒变形体2-2＇剖面图

图4 弱倾倒变形区台阶型折断面

分析显示，该区是早期强倾倒变形体表层剥落后的残留体，坡脚落石表明该区曾经发生过崩塌。总体上看，倾倒坠覆区整体稳定性一般，局部稳定性较差，暴雨或地震工况下可能发生危岩体崩落。该区危岩体失稳后会对汶马高速建设及运营造成直接危害。

3.2 强倾倒变形区基本特征

强倾倒变形区（B区）分布于变形体中下段，顺坡长约25~50m，宽约70m，水平发育深度约10~20m（图2和图3）。其主要特点：①该区植被不发育，斜坡坡度大于45°；②倾倒后变形体岩层倾角一般为17°~45°，与正常基岩倾角相差约32°~60°；③岩体完整性较差，风化严重，受卸荷影响，局部较松弛，自稳能力一般；④相较于变形体左侧，其右侧的倾倒变形程度更高，稳定性相对更差。

该区局部突出岩体在暴雨或地震工况下可能发生崩塌落石，由于山脊处变形程度较高，岩体松弛严重，特别是在施工过程中对坡脚的扰动可能加剧倾倒体变形，存在沿强倾倒变形折断面发生整体滑动的可能性。

3.3 弱倾倒变形区基本特征

弱倾倒变形区（C区）分布于变形体左上部，顺坡长约15~30m，宽约70m，水平发育深度约20~45m（图2和图3）。其主要特点：①该区植被零星发育，坡度较强倾倒区缓，一般为35°~45°；②倾倒后变形体岩层倾角一般为45°~70°，与正常基岩倾角相差约7°~32°，折断面呈台阶状，由底部向顶部发展；③岩体完整性较强倾倒区相对较好，在卸荷作用下，局部较松弛，风化较严重。

斜坡下部和沟道内分布的崩积碎石土表明该区同样是早期强变形体表层剥落后的残留体。从地形上看，斜坡中下部坡度较陡，为早期强倾倒体破坏预留了空间，弱倾倒体折断面呈台阶型（图4），充分说明该边坡的变形模式就是上部岩体在下部倾倒失稳后的逐级变形。

4 边坡倾倒变形过程机理分析

通过上述倾倒变形体特征论述，其变形发展可分为4个阶段。

1）弯曲变形阶段：反倾层状岩体在自重和卸荷作用下，上覆岩体发生重力蠕变，具体在浅表层发生弯曲变形并逐渐向坡体内部发展，岩体沿层面方向发生剪切变形（图5 a）。

2）弯曲-倾倒变形发展阶段：随着弯曲变形的逐步发展，弯曲层面之间发生错动，层面逐渐分离，层内出现拉应力，产生层内拉张裂缝，岩体弯曲变形加剧，并由前向后逐渐发展，发生弯曲-倾倒变形，斜坡后缘开始出现拉张裂缝，坡表呈现出反坡向台阶（图5 b）。

图5 通化1号隧道进口反倾岩质边坡倾倒变形过程示意图

3）弯曲-折断破裂阶段：倾倒变形进一步发展，已弯曲岩体在坡体内部最大弯折带处继续弯曲甚至发生折断，形成顺坡向的断续拉裂面，同时后缘拉裂缝不断向后扩展（图5 c）。

4）坡体滑移失稳破坏阶段：随着变形的继续发展，岩体倾倒折断形成的断续拉裂面将逐步发展并贯通，在重力或其他外部荷载作用下，斜坡坡脚出现隆起、外鼓现象，甚至出现滑移剪出迹象，变形体最终演化成以拉裂面为底滑面的整体滑移型破坏（图5 d）。

5 结论与建议

5.1 结论

1）通化1号隧道进口倾倒变形体顺坡向长约130~140m，顺河向宽约120~140m，水平分布深度约10~40m，一般20~30m，估算方量约47×104m3。

2）根据倾倒变形强弱，可将整个倾倒变形体分为：倾倒坠覆区、强倾倒变形区和弱倾倒变形区。

3）倾倒坠覆区岩体松弛、稳定性差，地震或暴雨工况下易发生崩塌落石；强倾倒变形区折断面发育，存在沿强倾倒变形折断面发生整体滑动的可能性。

4）反倾岩质边坡倾倒变形发展过程可分为4个阶段：弯曲变形、弯曲-倾倒变形、弯曲折断破裂和坡体滑移失稳。

5.2 建议

1）结合倾倒变形体稳定性及汶马高速公路位置，在边坡坡脚变形体前缘设置抗滑兼拦渣桩板墙，防治强倾倒变形体整体失稳及倾倒坠覆区可能崩落块石。

2）施工中尽量减少对边坡坡脚的开挖，加强倾倒体变形监测、预警。

[1] 张倬元、王士天、王兰生，工程地质分析原理[M].北京：地质出版社

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Slope Deformation and Its Mechanism at the Tonghua Tunnel Entrance of the Wenchuan-Markam Motorway

WU Jing-tao HU Xie-wen

WU Jingtao1HU Xiewen1,2

（1-Faculty of Geosciences and Environmental Engineering, Southwest Jiaotong University, Chengdu 610031; 2-State-Province Joint Engineering Laboratory of Spatial Information Technology for High-Speed Railway Safety, Southwest Jiaotong University, Chengdu 610031）

The slope toppling deformation at the Tonghua No.1 tunnel entrance is obvious, and its stability gets the construction and operation safety of the Wenchuan-Markam motorway under control. The spatial distribution of the toppling rock mass are identified through field investigation. According to the degree of deformation, the toppling rock mass is divided into three areas: falling area, strong toppling deformation area and weak toppling deformation area. According to the deformation characteristics, its stability is evaluated, and some treatment measures are proposed.

toppling deformation; deformation mass; evolutionary process; stability

2018-05-21

国家自然科学基金资助(No.41731285，41672283)；四川省国土资源厅科学研究计划(KJ-2014-10，KJ-2015-18，KJ-2016-8)

吴京涛（1993—），男，硕士研究生，主要从事工程地质方面的研究

胡卸文(1963—)，男，博士，教授、博士生导师，主要从事工程地质、环境地质方面的教学与研究工作

P642.2

A

1006-0995（2019）01-0105-04

10.3969/j.issn.1006-0995.2019.01.025