牌立芳，賴天文，吳紅剛

針對(duì)滑坡防治國內(nèi)外近年來取得了一些令人矚目的研究成果。Iverson[1]通過研究降雨引起滑坡在不同的時(shí)間尺度上運(yùn)行的物理過程，評(píng)估了降雨入滲對(duì)不同情況下滑坡發(fā)生時(shí)間、深度和加速度的影響并推導(dǎo)出三者之間的響應(yīng)函數(shù)關(guān)系式。Crawford等[2]通過結(jié)合不同的技術(shù)開發(fā)了電氣測(cè)量剪切強(qiáng)度的方法，發(fā)現(xiàn)電阻率可以用作滑坡監(jiān)測(cè)和評(píng)估剪切強(qiáng)度的工具，這些參數(shù)與滑坡的穩(wěn)定性有關(guān)。日本學(xué)者山田剛二[3]在《滑坡和斜坡崩坍及其防治》中指出滑坡分布不僅和巖性有關(guān)，而且也和斷層線、褶曲軸部位有關(guān)。事實(shí)上，滑坡常常就是沿這些地質(zhì)構(gòu)造線呈線狀或帶狀分布，滑坡的產(chǎn)生要有這樣的地質(zhì)內(nèi)因。宋克強(qiáng)等[4]通過對(duì)古劉黃土滑坡失穩(wěn)過程研究，經(jīng)由模型試驗(yàn)建立了有效的蠕變滑坡預(yù)警方法。張明等[5]以四川省達(dá)縣青寧鄉(xiāng)滑坡為研究對(duì)象，根據(jù)環(huán)剪試驗(yàn)提出顆粒的破碎、分層和剪縮效應(yīng)會(huì)降低土體抗剪切強(qiáng)度，從而導(dǎo)致滑體破壞。

1 武罐高速公路隧道滑坡體系沿線分布概況

表1 沿線主要隧道滑坡體系分布特征

2 隧道滑坡體系典型工點(diǎn)變形機(jī)理分析

2.1 圓臺(tái)子隧道滑坡

圓臺(tái)子隧道位于洛塘河左岸，此處地形起伏，河道崎嶇。該隧道為分離式隧道，隧道右洞長540 m，左洞長570 m，最大埋深171.2 m。

甘肅武罐高速公路圓臺(tái)子隧道南端進(jìn)出口均位于圓臺(tái)子第四系洪堆崩積碎石土形成的斜坡上。地質(zhì)調(diào)繪、槽探、物探等勘探資料表明：在隧道出口段(南端)巖土分界面處有一層粉質(zhì)黏土層，厚約6 m，該粉質(zhì)黏土層為順坡向分布，延伸較長;在高速公路左線隧道的左側(cè)有一沖溝，溝內(nèi)有季節(jié)性水流，隨著時(shí)間的推移，水不斷向下入滲，導(dǎo)致粉質(zhì)黏土層黏聚力、內(nèi)摩擦角降低，影響邊坡的穩(wěn)定。

圖1 圓臺(tái)子隧道拱頂部位三維變形示意

2.2 寶蘭客運(yùn)專線洪亮營隧道滑坡

寶蘭客運(yùn)專線是國家中長期鐵路網(wǎng)規(guī)劃中徐蘭客運(yùn)專線的西段，是國家鐵路“四縱四橫”客運(yùn)專線網(wǎng)、“八縱八橫”高鐵網(wǎng)陸橋通道[11]。

寶蘭客運(yùn)專線洪亮營滑坡從物質(zhì)組成上劃分為黃土滑坡[12]，新構(gòu)造時(shí)期附近以差異性升降運(yùn)動(dòng)為主要特征[13]，從其運(yùn)動(dòng)特征上劃分屬于黃土錯(cuò)落性滑坡[14]。黃土錯(cuò)落性滑坡滑動(dòng)時(shí)由于主滑塊的牽引，在主滑塊的上部形成了楔形的牽引滑塊，致使在滑坡兩側(cè)趾部引起了次級(jí)滑動(dòng)，從而使滑坡成為多級(jí)分塊滑動(dòng)的復(fù)合體[15]。洪亮營滑坡的滑動(dòng)面上陡下緩，在滑坡剪出口一帶的滑動(dòng)面較為平直，滑動(dòng)面總體上呈折線形，且滑動(dòng)面由于受滑體的擠壓和錯(cuò)動(dòng)作用呈光亮面，顏色比一般黃土深，呈淺褐黃色，滑床分布有十分明顯的擦痕。

由寶蘭客運(yùn)專線洪亮營隧道滑坡的分析可知，洪亮營滑坡在右側(cè)堆積土和左側(cè)隧道明洞及地面(右側(cè)為人工堆積土體形成的平臺(tái)，左側(cè)為洪亮營隧道明洞)的反作用力下主滑體產(chǎn)生了大量的縱向鼓脹裂縫，致使表面土體產(chǎn)生局部崩解，這一階段時(shí)間很短暫，是和滑坡劇烈滑動(dòng)階段連續(xù)發(fā)生的，滑體產(chǎn)生的崩落體在左右趾部形成次級(jí)崩解性的滑塊，導(dǎo)致隧道明洞段直接被左側(cè)滑體下滑力剪斷破壞(明洞位于滑坡主軸斷面左側(cè)50 m處)，滑體下滑后封閉了隧道洞口，如圖2所示。

圖2 洪亮營隧道示意

3 模型試驗(yàn)驗(yàn)證

3.1 試驗(yàn)?zāi)康?/h3>

3.2 試驗(yàn)材料設(shè)備

本次試驗(yàn)在中鐵西北科學(xué)研究院有限公司定遠(yuǎn)滑坡實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行。模型試驗(yàn)采用細(xì)篩黃土作為滑體材料；基巖采用水泥土(黃土與水泥混合比為7∶3)并夯實(shí)來模擬；滑帶(1 cm)采用塑料薄膜表面鋪設(shè)砂、黏土、滑石粉與水的混合物進(jìn)行模擬，砂∶黏土∶滑石粉∶水=50%∶13%∶37%∶16%；隧道用直徑為50 mm的PVC管代替。加載方式采用坡體堆載，坡腳開挖。試驗(yàn)在室外模型箱內(nèi)完成，如圖3所示，模型箱尺寸為1 400 mm(長)×600 mm(寬)×1 100 mm(高)，滑坡周界設(shè)計(jì)為圈椅狀(簸箕狀)，坡面為40°的單面斜坡。

圖3 隧道滑坡體系模型試驗(yàn)布置

3.3 試驗(yàn)測(cè)試布置

圖4 隧道縱向應(yīng)變片布置(單位：cm)

3.4 試驗(yàn)過程

整個(gè)模型試驗(yàn)均在試驗(yàn)室現(xiàn)場(chǎng)一次完成。首先在隧道上(50 mm PVC管)粘貼應(yīng)變片，經(jīng)處理后埋入模型箱，修整坡面，然后在加載平臺(tái)上放置加載板，為了更好地反映在各個(gè)階段的試驗(yàn)效果，設(shè)計(jì)試驗(yàn)時(shí)采用分段均勻加載，分時(shí)分段開挖。

3.5 試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

圖5 不同測(cè)點(diǎn)的應(yīng)變曲線

由圖5可知：

1)在加載的第1階段，隨著第1級(jí)荷載的增加，各測(cè)點(diǎn)曲線有一段明顯的上升，但是各測(cè)點(diǎn)增加幅度有明顯差異。1#測(cè)點(diǎn)的變形幅度大于2#測(cè)點(diǎn)，3#測(cè)點(diǎn)的變形幅度小于2#測(cè)點(diǎn)，4#和5#測(cè)點(diǎn)的增長幅度小于3#測(cè)點(diǎn)，且5#測(cè)點(diǎn)也小于4#測(cè)點(diǎn)的增幅。由于測(cè)點(diǎn)的位置到滑帶距離不同，2#測(cè)點(diǎn)位于滑帶體內(nèi)，滑帶體的強(qiáng)度遠(yuǎn)小于基巖，上部加載時(shí)，由于滑帶松散，變形較大，導(dǎo)致滑帶和基巖處產(chǎn)生較大的相對(duì)位移，1#測(cè)點(diǎn)位置管體翹曲，所以處于強(qiáng)度大的基巖1#測(cè)點(diǎn)的變形幅度大于2#測(cè)點(diǎn)。3#測(cè)點(diǎn)位于滑體內(nèi)，強(qiáng)度略大于滑帶，但3#測(cè)點(diǎn)相對(duì)于2#測(cè)點(diǎn)距離滑帶較遠(yuǎn)，上部加載時(shí)因滑帶與基巖相對(duì)剛度差異導(dǎo)致在沿滑帶表面產(chǎn)生剪切應(yīng)力集中，3#測(cè)點(diǎn)上方堆載一部分?jǐn)D壓土體，傳遞到隧道該位置的作用力引起的變形較小，所以3#測(cè)點(diǎn)的變形幅度小于2#測(cè)點(diǎn)。同理，4#和5#測(cè)點(diǎn)距離3#測(cè)點(diǎn)較遠(yuǎn)，且第1級(jí)荷載引起的荷載等級(jí)效果不明顯，尤其是5#測(cè)點(diǎn)位于滑坡體表面附近，土體松散，曲線更加不明顯，但從整體上看，4#和5#測(cè)點(diǎn)的增長幅度小于3#測(cè)點(diǎn)，且5#測(cè)點(diǎn)也小于4#測(cè)點(diǎn)的增幅。

2)在加載的第2階段，基巖外各測(cè)點(diǎn)圖線均下降，且2#測(cè)點(diǎn)的下降幅度均大于其余測(cè)點(diǎn)，1#測(cè)點(diǎn)曲線增加。由于加載過程中，一方面因人工堆載不穩(wěn)定對(duì)坡體造成了沖擊，另一方面因二次堆載荷載本身增大，再加上基巖坡面處強(qiáng)度未達(dá)到理想程度，導(dǎo)致基巖變形，削減了隧道應(yīng)承受的荷載，基巖外隧道的變形減小，所以基巖外各測(cè)點(diǎn)變形曲線在此階段均有下滑；但基巖內(nèi)隧道變形增加，所以1#測(cè)點(diǎn)變形曲線在此階段反而增加。

3)在加載的第3階段，各測(cè)點(diǎn)的變形曲線均有明顯的提高，尤其是1#，2#，3#測(cè)點(diǎn)曲線增幅呈明顯階梯狀。因荷載的增加，加劇了滑帶位置處隧道的變形，但是在頂部曲線有變動(dòng)，說明荷載在坡體內(nèi)部產(chǎn)生了應(yīng)力重分布，一部分土體被壓實(shí)，隧道的變形略有變化，最終穩(wěn)定時(shí)變形小于臨界值；而因?yàn)?#，5#測(cè)點(diǎn)距離滑帶較遠(yuǎn)，尤其是5#測(cè)點(diǎn)，再加上模型試驗(yàn)本身的原因，所以階梯狀的增幅并不是很明顯，但增幅依然存在，變形依然增大。

試驗(yàn)加載完畢后，數(shù)據(jù)采集儀采集的數(shù)據(jù)變化趨勢(shì)趨于穩(wěn)定，滑體滑動(dòng)現(xiàn)象不明顯，所以接下來采取坡腳開挖的方式。

16：56進(jìn)行第1次坡腳開挖，開挖距離10 cm，1#，2#，3#測(cè)點(diǎn)應(yīng)變曲線均有一個(gè)臺(tái)階式跳躍，表明坡腳開挖加劇了坡體的變形，隧道上的作用力增大，形變?cè)黾樱?#，5#測(cè)點(diǎn)因距離滑帶較遠(yuǎn)，尤其是5#，階梯狀的增幅不明顯，在模型箱兩側(cè)壁和坡面也未觀察到裂縫出現(xiàn)。

16：58第2次坡腳開挖，開挖距離10 cm，1#，2#，3#測(cè)點(diǎn)應(yīng)變曲線仍呈臺(tái)階式跳躍，4#，5#測(cè)點(diǎn)階梯狀的增幅不明顯，但是在模型箱側(cè)壁觀測(cè)到裂縫，如圖6所示。

圖6 坡體滑移裂隙

17：00坡腳第3次開挖，開挖距離5 cm，應(yīng)變曲線規(guī)律與上述相同，裂縫延伸發(fā)育。17：03坡腳第4次開挖，開挖距離5 cm，應(yīng)變曲線規(guī)律與上述相同，且1#，2#，3#測(cè)點(diǎn)應(yīng)變曲線此次臺(tái)階跳躍幅度明顯大于前邊坡腳開挖的幅度，表明坡體變形急劇增大，坡體的異常變形，表征坡體可能處于臨界破壞。坡體側(cè)壁的裂縫急劇延伸發(fā)育，滑坡中上部兩側(cè)出現(xiàn)羽狀裂縫，如圖7 所示。

圖7 坡體側(cè)面裂縫發(fā)育

17：05分坡腳第5次開挖，開挖距離5 cm，由于第4次坡腳開挖坡體已達(dá)臨界狀態(tài)，開挖未完坡體已經(jīng)破壞，整個(gè)坡面坍塌，加載板傾斜，如圖8所示，各測(cè)點(diǎn)的應(yīng)變曲線急劇下滑，模型試驗(yàn)結(jié)束。

圖8 坡體最終破壞狀態(tài)

4 隧道滑坡平行體系力學(xué)模型分析驗(yàn)證

圖9 隧道滑坡平行體系力學(xué)簡化模型

5 結(jié)論

1)在單滑面情況下，隧道與滑移面相交區(qū)段，滑坡對(duì)隧道的破壞模式主要是沿剪切面滑動(dòng)破壞。此種破壞模式使得隧道容易在基巖和滑坡交界面產(chǎn)生剪切應(yīng)力集中，隧道容易發(fā)生剪切和拉伸變形。