1  工程概述

　　湖北某山区高速公路隧道位于秦岭、大巴山余脉，隧道呈近东西向展布,左幅长322m，最大埋深约57m；右幅长311m，最大埋深约69m。隧道毛洞宽约12m，高约10m，隧道洞口段围岩等级为Ⅴ级，拟在洞口设置5m明洞，20m超前管棚支护。隧道仰坡设计按1：0.75刷坡，采用φ25L4.0m中空注浆锚杆防护；隧道洞口段接高填方路堤，下设钢筋混凝土拱涵跨越冲沟。隧址区属构造剥蚀丘陵-低山地貌区，地形起伏较大，植被较发育。隧道轴线经过地段地面高程约245～510m。隧道进出口地形坡度稍陡，自然坡脚约20～30°，坡脚为青石沟沟底，有季节性流水。该区域地质构造十分复杂，具有典型活动型地壳构造和时空演变规律，岩浆活动频繁，区域变质作用普遍，褶皱、断裂十分发育，褶皱多扇形及倒转构造，断裂有正、逆、平移等类型。表层分布第四系残坡积层，基底岩石为元古界武当山群挡鱼河组片岩。

　　2  隧道洞口稳定性影响因素及破坏模式

　　隧道洞口段施工与边坡稳定相互影响。洞口段开挖已经破坏了山体的自然平衡，进洞施工时进一步减少了山脚的支撑，使得进洞施工时边仰坡变形增加；同时，边坡变形后对洞口段支护结构的压力增大，导致支护结构受力不利。对于坡面平行型边坡，边坡出现的病害为隧道开挖诱发山体滑坡和隧道拱顶薄弱处塌方，隧道支护结构受地形偏压的影响受到不对称荷载而出现开裂、喷层剥落等病害；对于坡面正交型边坡，开挖导致隧道上方岩体向隧道内移动，当隧道埋深较浅时地表会出现较大沉降，当边坡较高且防护不及时可能出现滑坡或者坡面开裂等情况。为避免施工时边仰坡出现塑性区或者限制塑性区的发展，减小松动范围，防止边坡破坏，需要在隧道进洞前对边仰坡进行支护，限制边坡位移[1]。

　　2.1  隧道边坡稳定性影响因素

　　影响边坡稳定性的基本因素是多种多样的，对于隧道边坡，首先要从隧道所处地质的结构状况、力学特性出发，再结合具体的工程因素和自然因素等综合分析，寻求各因素的影响特点和关系[2]。

　　1）地质结构的影响

　　对于处于岩质地区的隧道，洞口岩体中结构面的存在是影响岩质边坡稳定性的重要因素之一。不稳定岩体往往是沿着1个适宜的结构面或多个结构面的组合边界发生剪切滑移、张拉破裂和错动变形等，从而造成岩体边坡的失稳。

　　对于处于土质地区的隧道，边坡的破坏无不与地表水的冲刷、侵蚀有关，而土体自身的凝聚力对边坡稳定的影响最大。

　　2）地应力的影响

　　地应力包括自重应力、地质构造应力、地震应力、温度应力以及有关物理化学作用所引起的应力等。由于隧道的开挖，工程活动形成的二次应力场的叠加、干扰和调整问题，破坏了边坡岩土体的相对平衡的应力状态，进而进一步加剧了岩体的物理力学状态的复杂性，初始应力状态重新分布，不仅表现在应力释放方面，而且表现在应力集中方面，这对于洞口处的边坡稳定是很不利的。

　　3）其他因素的影响

　　在施工过程中，由于隧道的开挖，可能破坏原有的稳定控制界面，将原有的控制界面带间的水流闭路系统破坏，形成渗流通道，使得界面上的黏性参数大幅降低，导致边坡的滑移破坏。

　　2.2  隧道边坡破坏模式

　　在隧道工程中，边坡的破坏模式主要表现为以下几种：1）边坡喷层剥落破坏；2）张拉破坏；3）剪切破坏；4）局部塌陷破坏；5）雨水冲刷破坏；6）洞口初期支护失稳破坏。其中，比较常见的是剪切挤压破坏和拉裂破坏。对于隧道边坡的破坏模式，可以分为以下几种：平面滑动破坏、楔形破坏、崩溃破坏、局部塌陷破坏和堆塌破坏[3]。

　　隧道洞口开挖整平过程中，山体边坡发生滑动，地表出现开裂变形，严重影响隧道洞口段的施工。滑坡区自下向上主要分为3个平台，第1级平台标高约275m，第2级平台标高约为289m，第3级平台标高约为298m。滑坡体平面上呈“簸箕”形，主滑方向75°，滑坡后缘高程312m，前缘高程275 m，前后缘高差37 m，倾向东侧冲沟。

　　3.1  滑体及滑床特征

　　滑坡体物质成分主要为第四系残坡积碎石土，褐黄色，主要由碎石土组成，碎石由强风化片岩碎块石组成，稍密-中密，土石比2：8，碎石粒径一般为2～5cm，少量大于20cm。其中K3、K4钻孔土石比6：4，粉质黏土含量较高，呈可塑状。该层厚度3.95～8.80m。

　　滑床物质成分为片岩，灰绿色、深灰色，变晶结构，片状构造，主要矿物成分为云母、石英，根据岩石风化程度可分为强风化带和中风化带。采取中风化岩石样作饱和单轴抗压强度试验，抗压强度9.52～21.94MPa，平均值为16.53MPa。

　　3.2  滑面特征

　　从滑体的物质成分及变形特征分析，滑坡为土质滑坡，滑面为土岩接合面。滑面整体倾角18°，土岩接合面处黏性土含量较高，呈软塑状态，地下水在此遇阻后浸泡软化土体。

　　滑坡体主要位于隧道左洞及两侧，前缘为现隧道洞口开挖的175m高程坡脚，跨2幅隧道的洞口段；后缘位于山间小路西侧陡坎附近，陡坎局部基岩出露；南北两侧边缘斜裂隙发育，地表变形界限较清晰。

　　滑坡体第2级平台垂直下陷最大达2.8m，平均下陷1.8m，形成拉张裂缝宽30cm以上，中部形成多处拉张裂缝,滑坡后缘第3级平台拉张裂缝平均宽7cm，南北两侧形成剪切斜裂缝，宽度5～20cm不等。滑坡体纵长约90m，横宽约40～70m，平均厚度约6.0m，面积约5400m2，体积约32400m3，该滑坡属于小型浅层土质滑坡。

　　隧道边坡采用了削方减载法，通过减轻滑坡致滑段的滑体超重部分，减小滑体的下滑力，使得滑坡趋于稳定。通过数值模拟，分析了隧道边坡坡脚开挖时的情况，并且模拟削坡卸载的3种方案：1）沿表面地层线削坡1m厚度；2）沿表面地层线削坡1.5m厚度；3）沿表面地层线削坡2m厚度。

　　4.1  分析方法

　　采用强度折减法进行边坡稳定性系数计算。强度折减法就是运用式（1）和式（2），不断调整土体的强度指标c、，然后对边坡进行数值分析，通过不断增加折减系数，反复分析边坡，直到其达到临界破坏状态，此时得到的即为稳定安全系数[4]。

　　4.2  模型建立与计算参数的选取

　　由于地质情况的复杂性和不确定性，考虑到勘查的滑坡体范围和洞口地形（见图1）以及洞口边坡剖面（图2），确定该隧道进洞口边坡模型X方向边坡长为90m，Y方向研究厚度为0.5m，Z方向边坡高度为37m。边界条件中，平行于XOZ面的两侧为Y方向约束，平行于YOZ面的两侧为X方向约束，平行于XOY面的底面为固定约束，模型上表面为坡面，取为自由边界。

　　在进行模拟时，整个模型分为表层碎石土层、中层强风化岩层以及下层中风化岩层，边坡表层碎石土层采用elastic（弹性）模型，厚度为6m；强风化及中风化岩层采用mohr（摩尔库伦）模型，强风化岩层为6m，中风化岩层为24m。在整个建模过程中，应用实体单元模拟整个边坡结构。

　　　　模型模拟时采用的地质参数见表2。

　　4.3  数值模拟计算结果分析

　　通过数值模拟得出隧道洞口边坡在自然情况、坡脚开挖以及几种工程削坡处治状态下的稳定性系数，详细见表3。 通过理论分析得出，边坡的最不稳定部分为坡体前缘，因此需要在施工时密切监控前缘的位移变形，进洞时对初进洞部分采取有效的加固措施，保证边坡的稳定性。削坡卸载方案中，随着削坡厚度的增加，边坡的最大竖向位移呈现先减小后增大的趋势。这说明在削坡过程中，削坡的厚度对于边坡的稳定性有相应的影响，削坡厚度过小，则不能完全达到卸载的效果；而当削坡厚度过大，则对坡体产生较大的扰动，从而影响到岩土分界面。

　　结合边坡稳定性系数分析结果，考虑到削坡土方工程量、成本以及边坡加固效果，建议采用削坡厚度为1.5m的削坡卸载方案。

　　坡脚开挖对于边坡稳定性的影响较大，由于坡脚开挖导致边坡竖向位移增大，在采用了削坡卸载方案后，边坡的竖向位移明显减小，说明其边坡加固措施是有效的。结合数值分析结果以及工程实践经验，该工程滑坡治理采取地表排水+自钻式锚杆注浆+工程削坡卸载（削坡厚度1.5m）相合的方法，取得了很好的效果。