摘要：破碎岩体是隧道工程常见的岩体类型，其整体强度低，自稳能力差，隧道开挖后自稳时间较短，易出现剥落破坏，造成安全事故。在此类岩体中开挖隧道难度很大，支护技术以及维持该类围岩的稳定性一直是研究的重点问题，文章主要对破碎围岩的稳定性进行分析。下面小编整理了一些《岩堆体隧道工程论文(精选3篇)》的文章，希望能够很好的帮助到大家，谢谢大家对小编的支持和鼓励。
岩堆体隧道工程论文 篇1：
散岩堆积体中特大断面公路隧道洞口段合理施工工法研究
摘要：为研究散岩堆积体中隧道洞口段最适宜的开挖方式，文章以火凤山隧道（双线隧道）为工程背景，采用拉格朗日有限差分软件FLAC3D建立土体三维计算模型，对施工期隧道洞口段分别采用三台阶、三台阶预留核心土、三台阶七步法、CD法和CRD法共五种工法进行数值模拟开挖，分析不同施工工法下围岩应力分布及变形规律，提出适用于散岩堆积体地层条件下的隧道洞口段施工工法。研究结果表明：从隧道竖向位移分析得出，五种工法对应的最大位移分别为28.18 cm、25.90 cm、21.43 cm、18.58 cm、14.13 cm;从围岩应力来看，五种工法围岩应力分布规律上并未出现明显区别，只是在量值上有一定差异;随着围岩的不断开挖，隧道埋深逐渐增大，隧道各特征点的最大位移值也不断增大;在掌子面前方一定范围内，即开挖断面还未达到监测断面的部分区域已经产生了一定的变形，但是变形较小;当开挖断面推进到监测断面时，随着开挖面的推进，拱顶下沉不断增大，其特点是初期下沉速率很大，而后随离开掌子面的距离变大，其速度逐渐减缓，并趋于稳定，围岩收敛先快速增长后逐渐平稳。
关键词：散岩堆积体;公路隧道;双线隧道;数值模拟
中国分类号：U455.4文献标识码：A
0 引言
近几年，随着国家加大对基础交通建设的投入，工程地质环境也越来越复杂，因此对隧道施工技术也有更高的要求。大变形和塌方现象是在松散堆积体地层施工中经常遇见的安全事故，甚至难以避免，为此有必要针对在散岩堆积体地层条件下的隧道施工技术开展进一步的深入研究，从而为高速公路隧道的安全、快速施工提供重要保障。
作为一个不可回避的工程和科研问题，堆积体的稳定性问题已经得到了许多工程师和学者的关注和广泛研究。高俊宏[1]等在现场充分调绘及地质钻探的基础上，对某工程沿线的堆积体进行成因、病害、物质成分和分布特征的分析;申玉生[2]等为研究覆有厚层松散堆积体且穿越软硬交界面的隧道洞口段动力响应特点和抗减震措施，以飞仙关隧道洞口段为研究对象，采用有限差分软件分别建立隧道围岩渐进式注浆、设置减震缝和全环注浆3种工况，并和无措施情况下隧道衬砌的应力、变形对比，得出最佳抗减震措施;谢亦朋[3]等依托云南省罗打拉隧道，基于Monte-Carlo随机原理，结合数字图像处理技术，建立了考虑接触面单元及抗拉强度的堆积体地层隧道开挖细观结构模型，并探讨了隧道开挖引起的堆积体围岩变形、破坏过程以及失稳机制，并在现场进行应用验证。
以上研究都是国内学者从地质特点和力学状态等方面对散岩堆积体的形成机制和失稳模式进行了大量且深入的研究与总结。王星星[4]以厦门北站连接线工程为依托，通过现场分析及结合类似工程经验，提出卸载部分松散体+仰坡浅层注浆+洞内双层大管棚预支护为主体的进洞方案，并针对小净距隧道穿越松散地层提出了针对性的措施;谢贵明[5]根据省道303线南华特长隧道洞口段复杂地质条件，介绍洞口坡面防护、抗滑樁桩基挡墙、套拱加长、开挖工法、超前预支护及初期支护加强等施工关键技术以及发生变形后的加固处治措施;针对塌方量大、塌腔位置未知、塌方体松散的实际情况，郭鹏[6]采用塌方堆积体固结、长管棚超前支护、小导管超前预注浆、开挖采用超前小钢管的施工方法，使隧洞塌方的处理得以顺利解决;王腾华[7]结合西康铁路二线东坪隧道浅埋偏压堆积体段，论述了采取大管棚、洞顶回填等措施确保了施工安全的技术措施;何玉龙[8]基于大圆子隧道，结合地层状况及现有技术经验，采用了双层自进式锚杆安全穿越洞口破碎堆积体的施工方法;唐辉湘[9]等结合工程实际，对松散破碎围岩区隧道施工过程的力学行为进行了深入研究。
由于针对散岩堆积体中隧道施工中究竟采用何种工法最适宜洞口段的开挖方式有很少的研究，鉴于此，本人在前人研究的基础上，采用数值模拟结合依托工程的实际工程地质条件，对常用隧道洞口施工工法进行对比分析，初步提出火凤山隧道散岩堆积体洞口段的适宜性施工工法，提出合理的施工方案，以提高施工效率和安全性。
1 隧道施工过程
1.1 数值模型的建立
本文本构模型采用摩尔-库伦模型，利用有限差分软件 FLAC3D 进行三维数值分析。在模型建立时，考虑隧道开挖对于周边围岩的扰动，因此，建模时山体范围沿隧道纵向取150 m。鉴于围岩影响范围，模型宽度为隧道中轴线向边侧取50 m，模型顶部为自然表面，模型下边界从隧道底部延伸至以下35 m处。
模型网格划分如图1所示，模型上边界为自由面（z轴向上为正），而底面为竖向约束，隧道开挖方向为y轴正方向，模型的四周围岩外边界面为垂直围岩面的法向约束。
1.2 材料参数的选取
按照弹塑性理论来考虑隧道围岩情况，岩体的物理参数主要是依靠土工试验来进行确定，实际工程中常用管棚法及小导管锚杆进行超前加固，而在数值模拟过程中为模拟加固区，通常采用的方法是提高围岩材料参数，参数的取值有时还得根据以往的经验资料或者依靠经验类比的方法来进行确定。具体计算参数如表1所示。
2 计算结果及分析
按照各工法的开挖方案和支护方案，运用有限元软件对该隧道开挖与支护进行模拟计算。主要研究隧道围岩的受力及位移特征，以得到各种工法位移场的相关模拟结果，并讨论了进洞90 m的目标断面的位移变化情况，选取各工法在监测断面90 m处的隧道各点的竖向位移，如下页图2所示。在FLAC3D中，位移的正值代表向右、向上的变形;位移的负值代表向左、向下的变形。运用Origin软件，整理所采集到的数据，绘制拱顶竖向位移变形曲线图，并且在隧道开挖时还对掌子面周围处围岩的变形特征以及周围围岩的受力特征进行了分析。
2.1 隧道周边围岩位移特征
由图2曲线变化规律可知：随着围岩的不断开挖，隧道各特征点的最大位移值也不断增大，在掌子面前方一定范围内，即开挖断面还未达到监测断面的部分区域已经产生了一定的变形，但是变形较小。当开挖断面推进到监测断面时，随着开挖面的推进，拱顶下沉不断增大，其特征为初期沉降速率很快，而后随距开挖面的距离愈远，其速率愈渐平缓，并趋于稳定。
将不同特征点的最大位移值制成表2、表3。从表2、表3可知，隧道沉降最大位移位于拱顶，隆起最大位移位于隧道拱底，拱肩与拱腰也存在一定的竖向位移。三台阶法、三台阶预留核心土法与三台阶七步法开挖引起的围岩位移较大，不适宜于隧道的开挖。而由于CD法及CRD法有中隔墙的支撑作用，有利于控制地层变形，对隧道开挖所造成的隧道变形较小，因此火凤山隧道散岩堆积体隧道洞口段宜采用CD法或CRD法进行开挖施工。
2.2 围岩应力特征
由于隧道开挖过程中围岩应力状态以受压为主，故只选取围岩第三主应力（最小主应力）进行分析，结果显示：围岩总体处于受压状态，掌子面应力主要集中在与洞周围岩接触的部位。掌子面围岩应力大致主要集中在隧道两侧拱肩至拱脚处，拱顶压应力最小，其次是拱底。这是因为隧道开挖后，在围岩重分布的过程中，顶板开始沉陷，并出现拉裂纹，顶板中部的裂纹发展并张开，逐渐变松动，石块开始掉落，石块与围岩母体分离，其界面多为拱形，此时垂直压力稳定在一定的数值内，但侧向压力增加，即地层原存在应力沿两侧传递，顶板停止塌落，垂直压力和侧向压力都趋于稳定。这表明：隧道在开挖的过程中，相比于其他位置，隧道顶部更容易出现拉性破坏，而岩石的抗拉性能要比抗压性能要小很多，这就要求隧道在开挖过程中需要多加注意隧道顶部出现的岩体塌落现象，需要及时施加初期支护。随着开挖的不断进行，洞室围岩应力逐渐增大，掌子面后方岩体的应力也随开挖增大。这说明各工法开挖对已完成开挖的部分围岩应力仍有一定影响。
从围岩应力来看，五种工法在围岩应力分布规律上并未出现明显区别，只是在量值上有一定差异。由于散岩堆积体自承载能力有限，为保持围岩稳定，所以在隧道开挖过程中要及早对隧道进行支护，且开挖对已完成的部分围岩应力状态仍有影响，掌子面附近一定范围内已完成部分的支护结构状态也应留意观察。
2.3 工法比选分析
围岩的自承载能力均不高是散岩堆积体主要的物理力学特性。本文基于火凤山隧道工程，分析了这五种工法施工时隧道围岩的位移和受力特性。要使得隧道在开挖过程中限制住围岩的变形，主要的承载结构势必要由支护结构来承担。从围岩应力来看，五种工法在围岩应力分布规律上并未出现明显區别，只是在量值上有一定差异;从围岩变形规律来看，五种工法的变形规律也类似，只是掌子面划分区域较多的工法（三台阶法，三台阶预留核心土法、三台阶七步法）开挖对隧道掌子面前方围岩的影响范围较大，即在掘进过程中所引起的围岩变形普遍要大，而隧道竖向位移值上，由CRD法和CD法开挖引起的沉降较小。
由于随着隧道开挖距离的增加，隧道的埋深也在增大，因此隧道的变形量也随之持续增大。通过分析数值模拟所计算得到的各施工工法下隧道各特征点围岩位移值及掌子面周围围岩受力特征，可以得出以下结论：（1）从隧道竖向位移分析得出，三台阶法开挖造成的最大位移为28.18 cm;三台阶预留核心土开挖造成的最大位移为25.90 cm;三台阶七步法开挖造成的最大位移为21.43 cm;CD法开挖造成的最大位移为18.58 cm;CRD法开挖造成的最大位移为14.13 cm，由此可以看出，采用CRD工法时要比采用三台阶法产生的拱顶最大竖向位移将近减少50%。（2）从围岩应力来看，五种工法围岩应力分布规律上并未出现明显区别，只是在量值上有一定差异。从以上数值可以看出，隧道在掘进过程中引起的围岩变形较大的施工工法分别为三台阶法、三台阶预留核心土法与三台阶七步法，得出此三种工法不适宜于散岩堆积体山体中进行隧道开挖的结论。而CD法及CRD法有中隔墙的支撑作用，有利于控制地层变形，对隧道开挖所造成的隧道变形较小，因此火凤山隧道散岩堆积体隧道洞口段宜采用CD法或CRD法进行开挖施工。
3 结语
本文通过数值分析的方法，模拟五种不同的开挖工法，计算和分析了在散岩堆积体中施工时隧道围岩的位移、受力特性，得到了如下结论：
（1）随着岩体的不断开挖，隧道埋深逐渐增大，在隧道各特征点处的最大位移值也随之持续增大。在掌子面前方一定范围内，即开挖断面还未达到监测断面的部分区域已经产生了一定的变形，但是变形较小;当开挖断面推进到监测断面时，随着开挖面的推进，拱顶下沉不断增大，表现特征为围岩位移变形收敛先快速增长后逐渐平稳，即初期时围岩变形速率很快，而后随距开挖面的距离越远，其速率愈渐变缓，并趋于稳定。
（2）各方法开挖进度下，围岩总体处于受压状态，比较各个开挖进程的主应力云图，可以发现掌子面应力主要集中在与洞周围岩接触的部位。掌子面围岩应力主要集中在隧道两侧拱肩至拱脚范围处。随着开挖的不断进行，洞室围岩应力逐渐增大，掌子面后方岩体的应力也随开挖增大。对于已经开挖完成的部分，围岩应力分布为拱肩至墙脚应力最大，其次为拱顶，底部的应力最小。开挖已完成的部分最大值出现位置与掌子面周边围岩应力最大值出现位置不同，最大值出现在墙脚位置。这说明各工法开挖对已完成开挖的部分围岩应力仍有一定影响。
（3）由于CD法及CRD法有中隔墙的支撑作用，对于控制地层变形有着有利的影响，因此对隧道开挖所造成的隧道变形较小。从围岩应力来看，五种工法围岩应力分布规律上并未出现明显区别，只是在量值上有一定差异，而且差异较小。由此基于火凤山隧道（双线隧道）为工程背景，得出在软岩堆积体中适于隧道洞口段开挖的施工工法为CD法或CRD工法，采用此种工法产生的拱顶最大竖向位移将近要减少50%。采用优选工法施工时进行小循环进尺掘进，洞室的围岩位移将能够得到有效的限制，并且洞室附近围岩的第一、第三主应力以及最大剪应力都会有明显的减少。原因是：虽然散岩堆积体的自稳能力较差，但较小的开挖进尺更容易使围岩发挥出其有限的自承载能力，从而改善初期支护的受力情况，而数值模拟的结果也表明对于围岩压应力，较小的循环进尺对于初期支护和二者的承载情况有很好的改善作用。
参考文献：
[1]高俊宏，刘世东.堆积体成因机制及路堑边坡稳定性分析评价[J].公路交通科技（应用技术版），2018，14（2）：145-148.
[2]申玉生，张 熙，杜明哲，等.厚层堆积体偏压隧道洞口结构抗减震技术研究[J/OL].隧道建设，2019（9）：1-8.
[3]谢亦朋，杨秀竹，阳军生，等.松散堆积体隧道围岩变形破坏细观特征研究[J/OL].岩土力学，2019（12）：1-10.
[4]王星星.松散地层条件下小净距隧道进洞方案技术研究[J].福建建筑，2018（9）：89-91.
[5]谢贵明.南华特长隧道堆积体进洞综合技术研究[J].工程技术研究，2017（3）：7-10.
[6]郭 鹏.长管棚在隧洞大塌方处理中的应用[J].四川水力发电，2019，38（3）：45-48.
[7]王腾华.东坪隧道通过特殊地貌施工技术[J].科技资讯，2012（18）：72-73，75.
[8]何玉龙.双层自进式锚杆在碎石堆积体隧道中的应用[J].公路，2019，64（1）：295-299.
[9]唐辉湘.散体围岩浅埋隧道的开挖与支护技术研究[D].长沙：长沙理工大学，2011.
作者：戴武 钱志豪 王宗学 张航
岩堆体隧道工程论文 篇2：
浅谈破碎围岩的稳定性
摘要：破碎岩体是隧道工程常见的岩体类型，其整体强度低，自稳能力差，隧道开挖后自稳时间较短，易出现剥落破坏，造成安全事故。在此类岩体中开挖隧道难度很大，支护技术以及维持该类围岩的稳定性一直是研究的重点问题，文章主要对破碎围岩的稳定性进行分析。
关键词：破碎围岩；隧道；初始应力状态；岩体及结构；稳定性
破碎围岩是隧道工程中常见的一种围岩，在围岩类型划分中属于稳定性较差的Ⅲ、Ⅳ、V级围岩。此类围岩稳定较差，特别是拱部的围岩，在隧道开挖失去支承后极易出现滑落现象，由于围岩自稳时间很短，往往来不及完成临时支护。所以保证破碎围岩的稳定性是相当重要的。
岩体的破碎程度有两个含义，一是构成岩体的岩块大小，二是这些岩块的组合形态。前者一般是采用裂隙的密集程度(裂隙率、裂隙间距、体裂隙率等)来表达。后者主要考虑了构成岩体的完整状态的各种岩块的组合比例。
影响隧道围岩稳定性的地质环境因素大体上可分为两大类：一类是客观存在的地质环境因素(内在因素)；一类是人为的主观因素(外部环境因素)。内在因素主要有围岩初始应力场状态、围岩的岩性及结构和地下水状态等。外部环境因素主要有施工方法、隧道的形状和尺寸以及隧道的埋深等。
文章主要讨论围岩的初始应力状态、围岩的岩性及结构对其稳定性的影响以及有利于破碎围岩稳定的施工方法。
1 围岩初始应力状态
隧道开挖后围岩发生松弛破坏是一个动态的变化过程，只要洞壁各点的应力均未超过能够导致岩体破坏的临界值，那么围岩就能保持完好；反之，任何围岩的破坏必先从隧道内部墙面开始。从而可以看出，隧道周边应力的集中规律和特点对评价围岩的稳定性有着十分重要的意义。
现有的研究成果表明：构造应力场是普遍存在的而且是不均匀的，大量的实践资料证明，大多数地区的岩体的天然应力状态有两种，一种是水平应力，另一种是垂直应力，但主要是以前者为主。与重力应力场有很大不同，它的参数不是固定的，而是处于变化中，一般是从空间和时间上的变化较大。除此之外，变化幅度大的还有主应力轴的方向和绝对值。岩体天然应力的形成不是随机的，存在一些内在原因。它是岩体的自重应力、构造应力、变异及残余应力三者相互作用而成。一般情况下，让隧道轴向与水平主应力形成垂直状态可以改善隧道周边的应力状态。遇特殊情况，水平应力很大时，则隧道方向最好与之平行以保证边墙的稳定性。地质构造形态不仅改变了重力应力场，而且除了以各种构造形态获得释放外，还以各种能量形式积聚在岩体内，这种残余构造应力将对某些隧道工程产生重大的影响。
2 围岩的岩性及结构
岩土体在地质构造的作用下，会产生各种结构面、断裂、形变、错动等使其破碎，在不同程度上丧失了其原有的完整状态。因此，结构状态的完整程度对隧道围岩的稳定与否，起着相当重要的作用。从岩体的结构角度，可将岩体结构划分为整体块状结构(整体结构和块状结构)、层状结构(薄层状结构和厚层状结构)、碎裂结构(构镶嵌结构和层状碎裂结构)、散体结构(破碎结构和松散结构)。软弱夹层对围岩稳定性的影响主要取决于它的性状和分布。一般认为软弱夹层的粗细颗粒含量、矿物成分、易溶盐、含水量和有机质等的含量是决定其性质的主要因素，对不同类型的软弱夹层，这些因素是不大相同的。由于软弱夹层的抗强度较低，故它不利与隧道围岩的稳定。而围岩可分为脆性围岩和塑性围岩两大类。脆性围岩主要指各类坚硬及半坚硬岩体。岩石自身的特性对结构面有直接影响，岩石带有一些自身的特点，这些特点决定了结构面稳定情况。所以结构面强度要看岩体本身的情况。塑性围岩大部分有很相似的特点，大多具有遇水易于软化、力学强度低、风化速度快、膨胀或崩解等不良性质。在此类围岩中，稳定性最差的是碎裂结构，第二是薄层状结构，厚层状及块体状岩体是稳定性最高的。如果隧道围岩没有损坏，结构完好，那么，隧道开挖后，围岩产生的二次应力一般不会使岩体发生破坏，即使发生破坏，变形的量值也是较少的。
3 破碎围岩施工方法
在破碎围岩的隧道施工中要注意以下观念：依据隧道结构和开挖的自稳性，选择一个合理的施工方案。这就可以预防出现塌方和各种病害，安全优质地建成隧道；设计和施工是一个整体，所以在施工过程中，我们一定要选择合理的施工方法。
实践表明通过对破碎围岩施加强预支护，围岩在发生位移之前就受到限制，开挖暴露出的围岩是经过改造强化的岩体，所以围岩自承能力得到了提高，在一定时间内实现了自稳的效果，为进一步施工创造了有利条件。其中强行预支护结构中的小导管、锚杆、插板、管棚等金属构件与四周的岩土体或注浆体共同组成沿隧道纵向的整体构件，在断面内各构件组成拱形的连续壳体，壳体承担上方破碎围岩的自重，起到支护作用。但是破碎围岩的强预支护还应注意一些问题：对于堆积碎石土、地下水活动较强且节理裂隙较发育的岩体，不宜直接使用锚喷支护，而应把超前小钢管加注浆或钢插板作为纵向预支撑，钢拱架作为环向支撑，这样一来结构的整体刚度较大，有利于限制围岩的不理变形。对于稳定性极差的破碎围岩，宜使用分步开挖，并制定合理的开挖与支护顺序，其施工顺序一般为：洞身开挖一初喷一锚杆施作一挂钢筋网一喷射混凝土。加强围岩初期形变增强了围岩的自承能力，确定围岩的初期支护结构级顺序亦是相当重要的。
另外隧道围岩分级的是对隧道开挖后，围岩作用在隧道支护上的压力，是隧道支撑或衬砌结构的主要荷载之一。其性质、大小、方向以及发生和发展的规律，这为保证正确的隧道设计做了提前工作，对后期的施工也有很大影响。隧道工程实践前做一些相关的准备工作是工程顺利完成的前提。如：围岩稳定程度的分级和评价构成围岩分级等。围岩分级可以作为施工方法的重依据；进行科学管理及正确评价经济效益等。在围岩分级时，主要考虑影响围岩稳定性的因素或其组合因素。在归纳、统计分析类似地质条件的基础，通过定量和定性确定影响隧道围岩稳定性的因素，就得到隧道围岩的分级。
最后不论是选择隧道位置，还是对隧道进行衬砌、考虑隧道的施工方法以及对隧道围岩稳定性进行维护，必须考虑岩体结构、岩石的性质、岩体结构、地下构造、天然应力状态、地下水以及施工方法、隧道的埋深以及隧道的形状和尺寸等这些自然因素对隧道围岩稳定性的影响。
作者：朱凯 段鸿川 廖成等
岩堆体隧道工程论文 篇3：
金沙江上游贡扎村岩质滑坡发育特征及演化成因分析
摘要：以金沙江上游贡扎村滑坡为研究对象，对滑坡滑床及堆积体进行现场调查，研究结果表明：①该区滑坡主要受岩层层面和两组共轭节理控制，岩层倾向与坡向相反，属于反倾边坡;堆积体内块石体积较大、形状规整，大部分保留母岩产状，在物质组成和结构上与滑床基岩存在较高相似性，判断贡扎滑坡为整体倾倒滑坡。②滑坡规模巨大，堆积体体积约4.5×107 m3，结合川藏地区金沙江流域地震活动特点，推测造成边坡大规模倾倒的主要原因是地震作用。③根据两级堆积体分布特点和滑坡后壁结构面发育特点，认为滑坡变形分为4个阶段：坡脚岩土体滑移、陡倾面拉裂、板梁弯曲折断和碎屑岩块堆积。地震是诱发滑坡的重要因素，坡内单一的岩性和岩层密集的节理是发生倾倒的内部原因，坡脚处岩土体滑移是倾倒发生的必要条件。
关键词：金沙江上游;反倾岩质滑坡;倾倒破坏;地震作用
0 引言
青藏高原东南的金沙江流域，在地形地貌上横跨青藏高原东南的川藏高山峡谷区与藏北高原区。该区活动断裂发育，地震活动频繁，地壳抬升强烈，冻融作用剧烈，地质灾害频发（邓建辉等，2019;王盈等，2019）。流域内典型的滑坡灾害有白格滑坡（张永双等，2020）、必油照滑坡（张旭等，2019）、茂顶河段滑坡（周鑫，2019）等。这些灾害时刻威胁着在建的川藏铁路、青藏高原公路、桥梁隧道和工业民用建筑等国家重大工程的安全建设。
在众多不同类型滑坡中，倾倒型岩质滑坡是最常见的种类（张倬元，1994），国内学者对此已做深入研究。如王飞等（2018）、邹丽芳等（2009）、张亮华等（2017）和谭儒蛟等（2009）详细研究反倾滑坡的时空演化和破坏机理;邱俊等（2019）总结大量倾倒实例，对比分析顺倾、反倾变形的形成条件和发育规模;谢良甫等（2019）运用SARMA法演算反倾斜坡的安全系数，得到水位上涨加剧、反倾斜坡变形，但不影响演化方向的結论;刘海军等（2017）推导出倾倒折断破坏深度的临界公式，证明层面倾角在50°～70°易发生倾倒破坏;赵华等（2018）用开挖模拟河谷下切作用得到突破稳态蠕变上限值αi，作为边坡失稳预警判据;吴昊等（2018）通过4组离心模型试验，得到岩质倾倒变形发生在潜在破裂面以上，坡趾有抗倾倒作用的结论。
目前对于反倾滑坡的研究，多集中在斜坡变形的演化过程、机理和发育特征等方面。大多学者的研究成果是基于前人对滑坡的详细调查和资料整理，也有学者以理想化模型为实验对象，但因很难找到与之匹配的真实原型，研究结果无法发挥应有的实际工程价值。本文旨在提供一个真实的大规模反倾滑坡原型，以贡扎村反倾岩质滑坡为研究对象，通过收集堆积体钻孔资料和现场勘测，总结滑坡和堆积体特征，分析滑坡形成的主要原因，为边坡减震研究和防灾减灾工程提供参照。
1 贡扎滑坡的工程地质条件
贡扎滑坡位于金沙江上游右岸，西藏自治区昌都地区芒康县索多西乡贡扎村，地理坐标为（99°3′2″N，29°28′42″E），向南5 km是苏洼龙坝址。滑坡区域属于典型的高山峡谷地貌，区内山峰陡峻，地形起伏很大，河谷相对高差达400～600 m。研究区地形切割强烈，两岸山体坡度45°～70°，切割深度500～800 m，总体呈“V”字型谷。
滑坡附近区域发育的断裂主要有：滑坡以东2 km近SN向的区域性金沙江主断裂西支——苏洼龙—王大龙断裂（Q2-3）;滑坡西北部的NNE—NE向的最大区域性断裂——巴塘断裂（Q4）;滑坡区西侧8 km处近SN向偏西40°～70°的西曲河—金州乡断裂（Q3），断裂活动性特征见表1。
滑坡区内历史上破坏性地震多，地震活动强度大、频率高，强震发震位置主要沿活动断裂带分布（图1），其中1870年巴塘7.3级地震震中，距离滑坡约60 km;1948年理塘7.3级地震震中，距离滑坡140 km，两次地震的震中烈度达到Ⅹ度。
滑坡区主要出露石英片岩、砂岩以及少量片麻岩和石灰岩等，岩体结构面发育。石英片岩是坡内出露的主要岩性，成层性较好，表面风化强烈。堆积体主要成分为石英片岩夹少量片麻岩，区域岩性变化不大，如图2所示。
2 滑坡的发育特征
2.1 滑坡体结构特征
贡扎滑坡体高度为720 m，滑坡后缘高程3 320 m，前缘坡趾高程2 600 m。岩层倾向坡内，倾角为55°～70°，倾向N30°E。滑坡后缘最高点至左岸冲击区最高点总长度为1 802 m，左右边界最大宽度为725 m，如图3所示。
现场调查共获得3组控制性岩体结构面，主要产状如图4所示：1组倾向185°，平均倾角约78°，近直立，为出露的结构面;2组倾向78°，平均倾角70°～80°，为陡倾的岩层层面;3组倾向355°，倾角40°，节理发育方向大致与坡面平行。如图5a所示，蓝、红色两组为 “X”形共轭节理，粉红色多边形线框为近乎直立的外露结构面。如图5b所示，坡内岩层面发育方向与坡表方向相反，岩性为红褐色片岩夹片麻岩，片理面清晰。因此判定岩层面反倾，倾角范围为65°～80°。
根据层状倾倒滑坡类型的划分条件（刘海军等，2017），即坡角β>30°、岩层倾角β>30°和坡高H>350 m的层状软硬岩边坡，判断贡扎滑坡为反倾向的层状倾倒滑坡。
2.2 滑坡倾倒特征
2.2.1 堆积体内岩体结构特征
在堆积体现场共测量获取50组结构面，如图6所示。经统计得出，坡内控制节理分为3组，分别为310°∠80°、356°∠43°和93°∠85°，与研究区区域性产状相近，如图7所示。堆积体岩性主要为片麻岩，与滑坡边界和滑床岩性相吻合。堆积体保留了原坡体发育形式，出露原岩成分也与原边坡高度相似，因此认为贡扎滑坡为整体倾倒滑坡。
2.2.2 堆积体表面岩体特征
调查滑坡堆积体发现，堆积体上可见大量滚石，断裂面清晰规整，且大多与岩体片理面垂直，如图8所示，平均体积为10 m3，最大达30 m3。这些滚石分布于堆积体表面，最远端直达临江断面上部。笔者认为这是原边坡上部倾倒时，岩层间相互挤压后破碎的产物。
2.2.3 堆积体横截面结构特征
堆积体前缘常年受金沙江强烈侵蚀，局部已出现多处垮塌，地表在此明显不连续，形成平均坡度为75°的临空面，在临空面可见堆积体保留原来的层状岩体结构，如图9所示。这也是岩层整体倾倒的证据。
2.3 地震作用特征
倾倒体的地震作用特征明显，本文主要从堆积体的规模、倾倒的最大距离和滑床基岩几方面分析地震作用对倾倒体的作用特征。
2.3.1 堆积体的规模
滑坡堆积体后缘高程2 600 m，与滑坡坡脚间存在平坦空缺带。堆积体前缘高程2 420 m，下部受金沙江切割形成接近直立的临空面，断面如图9所示。堆积体平均宽度690 m，最大宽度720 m。中国电建集团北京勘测有限公司在贡扎滑坡堆积体设计的3个钻孔资料（图3、表2）显示，堆积体最高处向下50 m为粒径较大的块石和孤石，最下部以碎石为主，母岩多为变质石英片岩，高处钻孔未击穿堆积体。ZK钻孔在120.1 m处出现明显地岩性变化，下部为新生和弱风化石英片岩，为原始坡面，上部为滑坡崩积物。因此判定堆积体厚度为120 m左右。估算堆积体总方量为4 500万m3，体量巨大，属于巨型滑坡。
2.3.2 滑坡倾倒距离
堆积体分布最远处距离坡脚1 022 m，已经到达金沙江左岸，并覆盖左岸山体，高达138 m。推断只有在强烈外力的作用下，才能使堆积体向前长距离移动后堆积到对岸山体。调查滑坡坡脚发现，堆积体后缘与滑坡坡脚之间存在一条水平的平均宽度为80 m的空缺带，横跨在滑坡与坡脚之间，如图10所示。空缺区域从坡脚至堆积体后缘逐渐抬高，直至堆积体最高点。推测倾倒体越过这条空缺带，被整体抛落到堆积体后缘。这一动作需要极大的初始速度，又因研究区构造运动复杂，固笔者认为地震作用是倾倒发生的主要原因。
2.3.3 滑床结构面特征
滑坡后壁及滑床自上而下断裂面清晰，如图11所示，滑床整体光滑且无大体积岩土体堆积。如果仅有重力或卸荷作用等因素，那么对于反倾岩质滑坡，滑床上应残留未倾倒的原始坡体，这与目前贡扎滑坡滑床情况相反。因此滑坡发生时除了有自身卸荷和重力因素外，一定还存在巨大外力使陡倾的岩层完全倾倒。考虑到该区地震活动频繁，笔者认为地震作用也是倾倒发生的主要原因。
3 滑坡变形破坏模式
贡扎滑坡的变形破坏方式为先滑移后弯曲—拉裂，主要分为坡脚岩土体滑移、陡倾面拉裂、板梁弯曲折断和碎屑岩块堆积4个阶段，如图12所示。
（1）坡脚岩土体滑移阶段（图12a）。初始阶段，滑坡区地应力较高，随着边坡自身卸荷和地震力的输入，坡内应力重分布，坡脚处应力集中并超过坡体自身抗剪强度，出现自下而上发育的剪切破坏面。新生成的剪切破坏面向深部扩展，与边坡中部某一反倾的岩层面接触，形成近似“L”形折断，将坡脚的岩土体与原边坡分隔。坡脚岩体沿剪切破坏面向低高程滑移。边坡底部短时间出现“镂空区”，为上部岩层提供倾倒变形空间。滑落的岩土体体量较小，并未堵江，而是形成初级堆积体。
（2）陡倾面拉裂（图12b）。由于坡脚处“镂空区”的存在，边坡上部反倾的岩层失去底部支撑，形成悬空的“准倾倒区”。随着地震力的持续输入，陡倾的板状岩体在自重弯矩作用下有向临空方向倾倒的趋势。板梁之间互相错动并伴有拉裂，弯曲体后缘出现拉裂缝，伴有坡缘、坡面局部崩落。由于待倾倒区下部支撑不足，边坡整体欠稳定，因而这一阶段持续时间较短，是板梁弯曲倾倒的准备阶段。
（3）板梁弯曲折断（图12c）。板梁自下而上根部折断，岩层互相挤压碎裂。上部岩块转动、倾倒，导致崩塌。随板梁弯曲发展，作用于板梁的力矩也随之增大，由于弯曲变形角度很大，最大弯折形成了倾向坡外断续的破裂面，岩层中原有的垂直层面的裂隙随之转为倾向坡外，继续变形主要受这些倾向坡外的破裂面所控制。这一过程显示了累进破坏特征。上部板梁完全断裂后，滑坡后壁形成平行于层面走向的反坡台阶和沟槽。
（4）碎屑岩块堆积（图12d）。板梁完全断裂并互相挤压形成碎屑和断面规整的岩块，向低高程高速滑动。由于滑坡前缘存在相对较高的阻滑区，大部分下冲的碎屑和岩块碰撞阻滑区后停止滑動，沉积于初级堆积体上形成两级堆积体。剩余部分岩土体由于动能未完全消散，冲至金沙江内和对岸山体，造成堵江。至此滑坡滑动全过程完成。
4 结论
本文通过对贡扎滑坡及周边区域的调查，分析了实测数据和堆积体钻孔信息，得出以下主要结论：
（1）贡扎滑坡为反倾滑坡，具有变形规模大、影响范围广和变形程度剧烈的特点;滑坡区主要受3组节理控制，倾向分别为355°∠40°、78°∠82°和185°∠78°，岩层表现为反倾向。从堆积体侧表面和临江断面出露原岩结构特征、堆积体表面出露有拉裂痕迹的块石、堆积体的上表面几乎被大体积滚石覆盖、堆积体到达金沙江左岸等，判定贡扎滑坡是倾倒滑坡。
（2）地震作用是倾倒的主要原因。滑坡规模巨大，产生的堆积体方量为4 500万m3，造成金沙江堵江;滑坡堆积体距坡脚最远达1 022 m，达到金沙江左岸并覆盖左岸部分山体;堆积体后缘与滑坡坡脚之间存在一条平均宽度为80 m的平整空缺带;滑床基岩自上而下清晰可见，滑床后缘顶部到坡脚光滑，无堆积物。这些现象都说明滑坡的发生需要强大外力，考虑到该区地震活动频繁，认为地震作用是倾倒发生的主要原因。
（3）倾倒全过程分为4个阶段。边坡的变形破坏方式为先滑移后弯曲—拉裂。变形初始阶段，随地震力输入，坡脚岩体首先发生剪切破坏和滑移，形成初级堆积体，为上部岩层倾倒提供空间。陡倾的板状岩体有向临空方向倾倒的趋势，板梁之间互相错动拉裂，弯曲体后缘出现拉裂缝。随后，板梁自下而上根部折断，岩层互相挤压碎裂，上部岩块转动、倾倒，导致崩塌。板梁完全断裂后，滑坡后壁形成平行于层面走向的反坡台阶和沟槽。最终，板梁根部断裂，岩层间相互挤压形成碎屑和岩块，一部分沉积于初级堆积体之上形成两级堆积体，剩余部分岩土体由于动能未完全消散，冲至金沙江内和对岸山体，造成堵江。
感谢中国电建集团北京勘测设计研究院有限公司提供贡扎滑坡堆积体（岗达堆积体）的勘探资料和体积估算。
参考文献：
邓建辉，戴福初，文宝萍，等.2019.青藏高原重大滑坡动力灾变与风险防控关键技术研究[J].工程科学与技术，51（5）：1-8.
刘海军，巨能攀，赵建军，等.2017.层状岩质边坡倾倒变形破坏特征研究[J].合肥工业大学学报（自然科学版），40（6）：793-798.
邱俊，任光明，吳龙科.2016.金沙江某水电站左坝肩岩体双面倾倒形成机制[J].山地学报，34（1）：77-83.
谭儒蛟，杨旭朝，胡瑞林.2009.反倾岩体边坡变形机制与稳定性评价研究综述[J].岩土力学，30（S2）：479-484，523.
王飞，唐辉明，章广成，等.2018.雅砻江上游深层倾倒体发育特征及形成演化机制[J].山地学报，36（3）：411-421.
王盈，金家梁，袁仁茂.2019.藏东南地区地质灾害空间分布及影响因素分析[J].地震研究，42（3）：428-437.
吴昊，赵维，年廷凯，等.2018.反倾层状岩质边坡倾倒破坏的离心模型试验研究[J].水利学报，49（2）：223-231.
谢良甫，张佳琪，谭顺利，等.2019.基于稳定性演化路径的反倾斜坡变形演化特征研究[J].水力发电，45（3）：45-49.
张亮华，谢良甫，李兴明.2017.反倾层状岩质边坡倾倒变形时空演化特征研究[J].长江科学院院报，34（11）：112-115，120.
张旭，周绍武，龚维强，等.2019.金沙江乌东德库区必油照滑坡稳定性分析[J].人民长江，50（1）：124-129.
张永双，巴仁基，任三绍，等.2020.中国西藏金沙江白格滑坡的地质成因分析[J].中国地质，47（6）：1637-1645.
张倬元.1994.工程地质分析原理[M].北京：地质出版社.
赵华，李文龙，卫俊杰，等.2018.反倾边坡倾倒变形演化过程的模型试验研究[J].工程地质学报，26（3）：749-757.
周鑫.2019.金沙江上游茂顶河段滑坡成因机制及敏感性研究[D].长春：吉林大学.
邹丽芳，徐卫亚，宁宇.2009.反倾层状岩质边坡倾倒变形破坏机理综述[J].长江科学院院报，26（5）：25-30.
Analysis of Causes and the Development Characteristics of the Rock Landslide in Gonza Village，the Upper Jinsha River
GUO Mingzhu，LIU Huang，WANG Huanhuan，ZOU Yu，MA Ke
（College of Civil Engineering and Architecture，Beijing University of Technology，Beijing 100084，China）
In this paper，we conduct a field investigation of the slide bed and the accumulation body of a landslide in Gonza village in the upper Jinsha River，Tibet and find that the landslide is mainly controlled by the rock layer and two sets of conjugate joints.The dip direction of the rock layer is opposite to the sliding direction，and the slope is anti-inclined.The blocks of the deposit body are large and regular-shaped，and most of them still retain the occurrence of the parent rock.And the composition and structure of the deposit rock are highly-similar with those of the rock of the slide bed.All these suggest that the Gonza landslide is a holistic toppling landslide.The landslide is in huge scale，with a volume of about 4.5×107 m3.In the light of the characteristics of seismic activities in the Jinsha River basin，we speculate that the main reason for the large-scale toppling of the slope is earthquake effect.According to the distribution of the two-stage accumulation bodies and the characteristics of the development of the structural surface on the back wall，we conclude that the landslide deformation consists of four stages：slope toe sliding，steeply-inclined surface cracking，cantilever beam bending and breaking，and clastic rock accumulating.Earthquakes serve as an important factor in inducing landslides.The single lithology and dense joints in the rock layers make up intrinsic factors causing toppling，while the toe slippage is a necessary condition.
收稿日期：2020-07-08.
基金项目：青藏高原重大滑坡孕育的内外动力条件及其耦合作用机制“强震作用下斜坡岩体结构动力学响应特征”（2018YFC1505001）资助.
第一作者简介：郭明珠（1963-），教授，博士，主要研究方向为防灾减灾工程与防护工程.E-mail：gmz@bjut.edu.cn.
通讯作者简介：刘晃（1996-），硕士，主要研究方向为防灾减灾工程与防护工程.
E-mail：Liuhuang@emails.bjut.edu.cn.
作者：郭明珠 刘晃 王欢欢 邹玉 马可