桂北浅变质岩区边坡变形破坏特征及处治措施

摘要：山区高速公路建设中对自然边坡的深挖带来了一系列的次生地质灾害，如何恰当地结合工程区的地质条件采取安全、经济的处治措施仍是目前山区高速公路设计中的一大难题。本文从现有路线走廊带中已有边坡变形破坏情况进行综合调查分析的基础上，论述了桂北浅变质岩区边坡变形破坏的类型、内在因素及相互之间的关系，并对边坡处治措施进行初步探讨。

关键词：浅变质岩；边坡；处治措施

引言

拟建的桂林至三江公路是国家高速公路网规划中的包头至茂名和厦门至成都的重要路段，是国家高速公路网规划“十一五”期间重点建设“四射五纵十横及四个重点路段”的“五纵”之一，为厦门至成都国家高速公路在广西境内最北侧的一段，其中桂林至龙胜段与包头至茂名国家高速公路共线段长达36km，该段路线均处于桂北浅变质岩区。由于地形条件复杂，沿线深切方多达29处，如何有针对性地对沿线高边坡变形破坏特征进行评价和预测是一个难题。本文试图从现有路线走廊带中已有边坡变形破坏情况进行综合调查分析的基础上，对桂北浅变质岩区的边坡变形破坏特征及工程处治措施进行有益的探讨。

1工程地质条件

1.1地形地貌

地貌类型属于构造剥蚀作用形成的中―低山地貌，为山岭重丘地形。主要河流为珠江水系西江流域的浔江，流经龙胜县的龙胜、日新、瓢里等地，河面宽30～100m，多为“V”字型。从龙胜至三江路段，线路大部分沿江傍山而行。其间不断跨越冲沟、溪流，多次跨越浔江，为越岭路段，桥隧、挖填路段多。沿线山坡残坡积土厚1.0～5.0m，植被发育，林木茂盛。

1.2地层岩性

桂北浅变质岩区受区域变质的地层主要为中―上元古界和下古生界，主要经受了四堡期和加里东期低温低压型区域动力变质作用的改造。中元古界相对比上元古界和下古生界的变质程度较深，为丹洲群合桐组及拱桐组，主要岩性有（绢云母）板岩、（绢云母）千枚岩夹少量变质长石石英砂岩、粉砂岩等，出现的变质矿物有：绿泥石、绢云母、白云母、黑云母、阳起石、透闪石、绿帘石、斜黝帘石、石榴石和钠长石等，属低绿片岩相―高绿片岩相，变质时代为四堡期；上元古界震旦系长安组、富禄组、南沱组、陡山沱组、老堡组，长安组主要由陆缘冰水相含砾泥质砂岩及含砾砂质泥岩组成。富禄组以浅海一滨海相长石石英砂岩为主，南沱组以陆缘冰水相含砾砂质泥岩及含砾泥质砂岩为主，陡山沱组以深海盆地相灰绿色页岩为主，底部多为砂岩。老堡组为浅灰至灰白色厚层块状硅质岩。下古生界寒武系清溪组、边溪组主要由砂岩及页岩组成。上元古界和下古生界中仅出现绿泥石、绢云母和白云母等变质矿物，基本属于低绿片岩相的绢云母―白云母带，变质时代为加里东期。

1.3地质构造

本项目区域属南华准地台，次级构造单元为桂北台隆。该区域位于广西“山”字型构造北端与晚期新华夏系第三巨型构造带西南段之复合部位，南岭纬向构造带中与广西“山”字型构造东翼内则，桂东的南北向构造带中桂林弧形构造带，以及江南地轴南缘，湘桂褶皱带的北侧，为两者交汇处，为扬子准地台和南华准地台的两重性。路线所经过的地域内褶被构造和断裂构造发育，主要褶皱有三门复式背斜和龙胜复式背斜，主要断裂为一系列新华夏系北北东向呈迭瓦式排列的压扭性断裂。沿线节理裂隙发育，其走向主要为北东或北西向，多呈陡倾角状，裂隙多呈闭合～微张型，隙面较平直～粗糙，可见黑色或褐色铁锰质浸染物。线路展布方向与构造形迹延伸方向呈大角度相交或近于直交，地质构造对线路影响相对较小。

2边坡变形破坏类型

2.1滑坡 沿线滑坡主要分布于浔河边或大型山间沟谷边部地段，发育滑坡的层位一类是震旦系下统长安组的泥质砂岩、砂质泥岩、泥岩等工程地质岩组，该类岩组为浅变质岩，以变余泥质结构多见，属软岩～极软岩类。发育的滑坡规模较大，以大型滑坡为主。如K87涂家古滑坡达480万方、大云滑坡达600万方等。该类滑坡多地处浔江河流冲刷凹岸，山坡陡峻，在河流凹岸的侧壁冲刷作用下，坡脚被淘空，致使上部岩体临空，加之山坡岩体结构本身分布有泥岩，属软弱夹层，在地表水的渗透及软化作用下，造成上部岩体沿泥岩等软弱夹层结构面产生滑动。滑动面形态多以折线形常见，局部顺岩层面滑动。滑坡体厚度一般在25～45m，属深层滑坡。另一类滑坡主要分布于元古界千枚岩、板岩等工程地质岩组，属较软岩～较硬岩类。该类滑坡规模一般较小，仅几十万方，沿线主要分布于现有公路或建筑场地边坡地段，其成因主要是由于千枚岩岩层倾角较陡，岩体结构呈变余鳞片结构，风化层中泥质成分含量较高，边坡开挖后地表水的下渗一方面弱化了原岩的力学参数，另一方面使原岩风化层中的亲水矿物遇水产生膨胀，再者地下水的渗透作用增加了土体中的动水压力，加之边坡开挖后未做坡面防护及排水工程措施，因此，雨季时沿线公路两侧及建筑场地边坡中多见此类中小型滑坡发育。

2.2崩塌或碎落分布于震旦系中统富禄组中、厚层状（长石石英）变质砂岩、老堡组硅质岩等岩组，属较坚硬岩～坚硬岩类，该类岩石风化层薄，岩质硬，地形上易形成陡坎或悬崖，加之成岩时代古老，历经多期次的构造运动，岩体中节理裂隙较发育，完整性较差，临空侧岩体在重力和地表水的渗透作用下极易产生崩塌破坏。特别是边坡中分布陡倾顺坡向结构面时，此类变形破坏尤为突出。局部陡崖地段在几组结构面的组构下崩塌后的边坡可形成反坡或月形坡。碎落主要分布于震旦系中统南沱组含砾泥质砂岩以及寒武系砂页岩岩组中，该类岩石多属较软岩～较硬岩类，出露强风化层较厚，多呈变余砂泥质结构，中、厚层块状构造，浅部岩体破碎，边坡开挖后极易产生碎落。

2.3冲刷破坏主要发育两种类型：一是震旦系下统长安组的砂质泥岩，由于该类岩质软，抗风化能力差，全、强风化层极厚，且风化层土体粒径多以粉粒为主，具有大孔隙比（0.8～0.9）、高液限（>45%）的特点，在地表水的作用下，一方面具湿陷性，另一方面极易带走土体中的粉粒，从而在坡面形成纵横交错的沟壑。另一种类型是后期侵入体附近，由于侵入体与围岩之间的接触热变质作用强烈，破坏了原岩的结构和矿物成分，这些地段的岩体在后期风化作用下极易风化呈土状，而周围未经热变质作用的岩石仍呈微风化岩体，因此，这些接触带地段常成为地表面流产生坡面冲刷破坏的薄弱地段，坡面常形成较深的沟、槽。

2.4岩堆分布于浔江河岸及山间沟谷边部地段，由于山高坡陡，岩体破碎，山坡上部陡坡地段岩体崩塌滚落在山坡下部堆积而成。一般情况下，岩堆发育地段的边坡植被稀少，坡面块石松散分布，自然坡度35°～45°，高度约30～50m。岩堆中岩块间多有架空现象，充填物为泥质、碎石等，土质不均，稳定性差，坡面在地表水冲刷下，近河岸的岩堆体在地表水的长期浸泡和季节性水位的升降软化并带走了坡脚的细粒土，加剧了岩堆中块石间的空隙，从而引起次生崩塌或滑塌。

2.5顺向坡工程区构造形迹的延伸方向与路线走向呈大角度相交，不存在长路段的顺向坡，但由于岩层走向与路线走向呈大角度相交，在冲沟、河谷地段分布的桥梁总有一端桥台呈顺向坡；类似地，穿过山岭的隧道也总有一端洞口段的仰坡为顺向坡。上述构筑物顺向坡地段由于岩层倾角较陡（达35°～75°），当边坡岩体为较硬岩～坚硬岩类施工开挖后易产生崩塌、倾倒或错落；如边坡岩体为较软岩～软岩类时，岩体节理裂隙发育，风化层较厚，边坡开挖后易产生滑移变形破坏。

3边坡变形破坏机理探讨

边坡的变形破坏与其自然的坡体岩（土）体物质成分、坡体结构、边坡几何形态等有着密切的关系，显然，前两者是内因，在边坡稳定中起决定作用。

3.1元素丰度[1]从图1分析：①桂北浅变质岩中元素丰度最大的是Si，其次是AL，K、Na次之，Mg元素最少。②从元古界中统到上统，岩石中Si元素丰度逐渐增加，而其它元素丰度则逐渐减小。

3．2矿物成分[2]桂北浅变质岩属低湿低压区域动力变质作用形成，主要特征矿物为绢云母、绿泥石等。 图1 岩石元素丰度图

从图2分析：①随着变质程度的加深，石英的含量明显地减少。②随着变质程度加深，所有长石均已蚀变。③随着变质程度的加深，绢云母的含量增加明显，绿泥石的含量略有增加。④变余砂泥质结构的岩石较变余砂质结构的岩石绢云母的含量有明显的增加。

图2岩石矿物成分分布图 图3风化岩石粒度成份分布图

3.3粒度成分风化后岩土体呈碎散颗粒的集合，而颗粒之间的相互联系是相对薄弱的，颗粒间相互结合力决定了土体的强度。从图3分析：①桂北浅变质岩几类典型岩石中元古界中统丹洲群变质程度相对较深的千枚岩～板岩岩组中岩石风化后以砂粒、粉粒为主，黏粘较少。而变质程度较轻的震旦系砂岩、泥质砂岩、泥岩岩组中岩石风化后则以粉粒、黏粘为主，砂粒较少，尤其是泥岩风化后砂粒最小，不到10%。②泥质砂岩或砂质泥岩风化后黏粒百分含量最高。

3.4塑性图从图4分析：①桂北浅变质岩中丹洲群变质程度相对较深的千枚岩～板岩岩组风化后呈高液限黏土， ②变质程度较轻的震旦系泥质砂岩～砂质泥岩岩组风化后呈低液限黏土，砂岩风化后呈低液限粉土。图化岩石塑性图

3.5不良地质工点分布与岩性的关系从图5分析：①滑坡工点主要分布在震旦系下统长安组泥质砂岩～泥岩岩组中，其次在元古界中统千枚岩～板岩岩组中有少量分布，其余岩组中未有分布。从塑性图（图4）看发育滑坡的岩性均分布在A线上部，究其原因主要应与岩石风化后的粒径有关，其次则与岩石本身的矿物成分有关。黏粒、粉粒为主的风化岩土体和岩石中绢云母、绿泥石含量高的岩土体易产生滑坡。 ②崩塌主要分布于震旦系中统富禄组（长石石英）砂岩，其次为南沱组含砾泥质砂岩及寒武系砂页岩中。说明风化岩土体粒径以砂粒、粉粒为主且矿物成分以石英、长石为 图5不良地质工点与岩性关系分布图

主的母岩易产生崩塌。③岩堆主要分布于富禄组砂岩中，其次为元古界板岩，说明沿线岩堆分布与崩塌的相关性较好，进一步说明岩堆的成因系上部边坡岩体崩塌形成。

4处治措施

4.1滑坡对第一类滑坡由于其规模大、滑面深、处治难度大，应尽量绕避，如大云滑坡在选线时已进行绕避。对无法绕避的应采取合理的路线方案通过，如涂家滑坡采用高架桥在滑坡舌地段通过，尽量减少对古滑坡的扰动。对第二类中小型滑坡，采用减载和抗滑桩进行处治，抗滑桩桩径宜采用2.3X1.8m2，桩距5m，桩长15～25m。

4.2崩塌或碎落[3]对不可避免的崩塌路段采用主动及被动防护型式。对于公路上方的危岩体尽量清除，以防后患；对岩石较为破碎、存在潜在崩塌隐患的路段，可根据地形、岩层情况，采取嵌补、支顶、支护、支撑等支补加固；对于基岩破坏严重，崩塌、落石的物质来源丰富，则采用落石平台、落石槽、拦石堤、拦石墙等拦截建筑物。

4.3冲刷破坏对第一类型冲刷破坏的边坡一方面设计中应调整平面线型和纵坡，严禁采用高边坡，另一方面可应采用骨架护坡+植草进行坡面防护，坡顶应修筑截水沟，坡面修筑排水沟。对第二类型冲刷破坏由于范围较小，可采用护面墙或浆砌片石封面处理。

4.4岩堆设计中应尽量采用路基通过，由于岩堆体多具架空现象，土质不均，易立生不均匀沉降，施工中可采用强夯处治，也可采用下部强夯，上部开挖回填压实进行处治。地下水丰富的地段路基下部应设置盲沟、渗沟等排水措施。近河岸分布的岩堆尚需做好抗冲刷处理，如抗冲刷挡墙。

4.5顺向坡采用先对自然边坡预加固后施工开挖尽量减少对自然边坡破坏的原则，尤其严禁剥皮式开挖。对桥台或隧道仰坡顺向坡地段先对边坡采用框架锚杆或锚索进行预加固，再进行构筑物开挖，锚杆可采用Φ22、Φ28II级螺纹钢筋，长度9～12m，同时，应加强坡体的截、排水设计。

5结论

①桂北浅变质岩区主要的边坡变形破坏类型有五大类，即滑坡、崩塌或碎落、冲刷破坏、岩堆、顺向坡等，后两者属潜在不稳定边坡，其中滑坡和冲刷破坏又可划分为两个亚类。

②决定桂北浅变质岩区边坡变形破坏的内在因素与岩石风化后的粒度成分有关，其次与岩石本身的矿物成分有关。

③黏粒、粉粒为主的风化岩土体和绢云母、绿泥石含量高的岩土体易产生滑坡。风化岩土体粒径以砂粒、粉粒为主且矿物成分以石英、长石为主的母岩易产生崩塌。风化岩土体以粉粒为主时多易产生冲刷破坏。

④应结合边坡的变形破坏特征有针对性地采取处治方案。大型滑坡应优先绕避，崩塌地段可采用主动与被动相结合的防护形式，顺向坡地段应采取预加固再施工尽量减少对自然边坡破坏的原则。

参考文献

[1] 黄海波 广西龙胜地区上元古界浅变质岩元素地球化学 《广西地质》第9卷 第3期 1996.9

[2] 广西壮族自治区地质矿产局广西壮族自治区区域地质志地质出版社1985.6

[3] 交通部第二公路勘察设计院主编 公路设计手册 路基（第二版）人民交通出版社 1996.8

Study on the characteristics and the treatments of Slope deformation or failure on the North of Guangxi

HEYingxiong

（Hunan ProvincialCommunications Planning Survey & Design Institute ，Changsha ，Hunan410008 ，China ）

[Abstract] The dig to the natural slope has brought a series of secondary geological disasters at Mountain Highway，How to treat it based on the geological conditions in project area safely and economically is still a major problem on mountain highway construations .Analysis on the situations of existed slope failures， This article discusses types and factors of slope failure ，and How to treat itpreliminary on the low-grade metamorphic zone of Northern of Guangxi .

[ Keywords] grade metamorphic rocks ；slope；treatmentmeasures