某交通工程地处中国乃至全球地形陡度起伏最大、气候条件最恶劣、内外动力地质作用最强烈、新构造运动最活跃、地质灾害极端频发的“地球第三极”青藏高原东南缘，复杂的地质演化过程导致其规划建设面临前所未有的工程地质问题^[1-2]. 由于该地区具有高地震烈度、高地应力、高陡、高寒等复杂特殊的孕灾环境，导致交通工程沿线区域边坡岩体变形失稳模式多样，在降雨、强震或人类强烈工程活动影响下，斜坡易发生崩滑等地质灾害，且成灾机理复杂，加固和防治难度大^[3-4].

针对某交通工程沿线高山峡谷区的斜坡稳定性以及加日山所在区域滑坡和潜在不稳定斜坡问题，杨帆^[5]从滑坡的运动方式、物质组成和关键致灾因子等方面对西部山区大型滑坡展开研究，将其分为倾倒破坏、旋转滑动、平面滑动、不规则滑动4类. 陈帆等^[6-7]对斜坡成灾机理进行了分析，认为岩质边坡的破坏主要受节理和滑动面控制. 邓建辉等^[8-11]将白格滑坡按高程划分为3区，即前缘的阻滑区、中部的主滑区和后缘的牵引区，发现白格滑坡孕育过程是相对完整的阻滑区岩体在主滑区驱动下的渐进破坏过程：前部阻滑区及中部主滑区先启动，后缘牵引区再启动；二次滑动则是牵引区的部分岩土体在起阻滑作用的碎裂岩体渐进解体后下滑的结果. 朱赛楠等^[12]得出金沙江色拉滑坡受地质构造、地层岩性、降雨与河流冲刷侵蚀等作用影响，失稳模式为多级渐进式破坏，未来滑坡前部发生破坏失稳的可能性较大. Zhang等^[13-14]对金沙江上游典型堵江滑坡的基本特征和空间分布规律进行分析，发现研究区堵江滑坡地质灾害隐患具有明显的链式特征，大致可划为滑坡—堵江灾害链、崩塌—滑坡—堵江灾害链、滑坡—泥石流—堵江灾害链等3种类型. Yao等^[15]对青藏高原东部持续活动的鲜水河断裂带进行TS-InSAR时序变形检测，识别出3种类型的缓坡地质灾害：蠕动滑坡、泥石流和缓慢移动的冰碛，证明InSAR识别小卫星可以对地质潜在滑坡隐患进行高效综合遥感识别，适用于小卫星密集、地面交通不便的地区. 郭长宝等^[16]发现日扎滑坡在长期卸荷与重力、地震和岩溶水等作用下容易造成锁固段力学强度弱化和失稳，发生高位启动—滑动—堵江灾害链，深层蠕变带容易对建设其中的深埋隧道等重大工程造成危害. 可见，本区域斜坡稳定性总体上受断裂构造、大尺度不利结构面或软弱岩带控制. 斜坡顶部可见圈椅状，疑似滑坡后壁地貌，中上部岩体发生剥蚀、脱落，中下部坡脚出现多处坡表坍落现象，结合相关地质信息推测该斜坡有弯曲倾倒变形失稳的可能性^[17-18]，其稳定性关系到加日山隧道选线以及进口段隧道施工与运营安全. 然而，已有研究对某交通工程沿线加日山隧道进口斜坡的调查评价尚不能完全满足工程规划建设和安全运营的需要，特别是缺少在不同工况条件下详细立体式地质勘察基础上的稳定性评价及具体的工程防治措施建议，因此，迫切需要对该斜坡稳定性进行系统分析.

为此，本文以“天空地”一体化勘察为核心手段，精细获取加日山隧道进口斜坡的工程地质信息，分析斜坡破坏成因及演化模式，结合现场及室内试验等综合勘察结果，通过宏观地质分析、二维刚体极限平衡计算分析及三维数值模拟分析，对拟选的加日山隧道可能存在的山体变形、斜坡风险进行稳定性分析与评价，以期为类似隧道的选线规划以及建设运营安全提供理论指导和技术支撑.

1.   加日山隧道进口斜坡工程地质条件

1.1   区域地质概况

某交通工程加日山隧道进口处斜坡地处青藏高原的东南部，侵蚀高山山原-深切峡谷区，位于鲜水河—安宁河—则木河—小江断裂带和金沙江—元江—红河断裂带所围限的“川滇巨型菱形块体”西部边界之金沙江断裂带内，金沙江断裂带在工程区无全新世活动性. 降曲河断裂（波罗—沙马断裂）沿斜坡坡脚降曲河通过，产状为N20°—30°W/SW∠55°—70°，为晚更新世活动断裂，晚更新世以来活动性微弱，斜坡区处于波罗—沙马断裂上盘. 加日山隧道进口斜坡所在区域位于50年超越概率10%的基岩地震动峰值加速度0.20g区，反应谱特征周期为0.40 s，相应的地震基本烈度为Ⅷ度.

1.2   斜坡工程地质条件概况

加日山隧道进口斜坡区域呈高山峡谷地貌，整体位于纳洼-玉斥向斜西翼，呈“V”字形. 底部降曲河海拔约为3214 m，坡体顶部海拔4545 m，相对高差1331 m.

根据现场调查与无人机三维摄影建模等成果显示，加日山隧道进口斜坡两侧高程3900～4350 m及后部4300～4500 m内皆发育早期石林、石丛（丛峰）、石芽现象，其走向与岩层层面走向基本一致（如图1所示）. 石林、石丛根部局部发育溶蚀裂隙、溶孔. 斜坡下游坡脊处（标高4246 m）发育洞径约10 m的溶洞，洞向基本沿结构面，可见多条沿结构面及坡脊形成的溶蚀槽谷地貌，有一定线性迹象；坡面小型溶洞沿构造线分布.

图  1  石林、石墙、石丛地貌及石墙走向

Figure  1.  Morphologies of stone forest, stone wall, stone cluster, and direction of stone wall

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工程区出露地层主要为泥盆系格绒组（D₁g）、泥盆系穹错组（D₂q）浅黄色白云岩、白云质结晶灰岩（大理岩化灰岩）及松散第四系堆积物等，如图2所示. 斜坡高程4418 m以上为坡残积与坡崩积覆盖层，厚约5～15 m，下伏基岩受构造、剥蚀及溶蚀等作用，基覆界面地形起伏大，导致局部覆盖层厚度超过20 m；高程3600 m以下为崩坡积物覆盖层，厚度一般为10～20 m，最厚处可超过30 m；沟床冲洪积覆盖层厚度约5～10 m. 根据调查成果统计，斜坡岩体结构以节理裂隙为主. 地下水以构造裂隙水、碳酸盐岩类岩溶裂隙水为主，次为风化带网状裂隙水，而孔隙水分布较少.

图  2  斜坡地层展布

Figure  2.  Strata of slope

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1.3   斜坡岩体质量与岩体力学性质研究

现场地表及平硐调查发现，共发育5组主要节理裂隙：层面（N20°—50°W/SW∠55°—70°）、J1 （N35°—60°W/NE∠71°—88°）、J2 （N70°—80°E/NW∠50°—60°）、J3 （近E-W/N∠80°—90°）、J4 （N5°—20°E（W）/NW（SW）∠35°—50°）、J5 （N5°—20°E（W）/NW（SW）∠60°—85°）. 因此，斜坡总体上为上缓下陡，断层和优势节理带组合，在一定程度上控制斜坡顶部地貌，白云岩和白云质灰岩倾向坡体内，结构面基本陡倾，外倾结构面不发育.

通过钻孔摄影对钻孔揭示的主要结构面进行判识：层面都倾向坡内，主要节理走向均与坡面大角度相交，整体顺坡外结构面不发育；钻孔3-3、钻孔2-1揭示层间夹层亦沿层面分布，倾向坡体内；原生节理以层面为主，层面反倾、倾角较陡；卸荷裂隙主要表现为平行岸坡、倾向坡外的张性卸荷结构面，部分张开形成裂缝；斜坡裂隙走向以NW为主，其次为SW走向；溶蚀裂隙具有沿优势陡倾裂隙或层面发育的特征. 通过平硐勘察成果显示，坡体内部发育小断层26条，走向以NNW向为主，多为陡倾坡内，唯有断层f3、f15、f24、f25共4条为顺向发育的结构面，整体均陡倾.

河谷下切过程造成岸坡岩体临空方向强烈回弹，浅表部岩体卸荷强烈，强卸荷特征明显，表现为岩体卸荷裂隙发育，多张开2.0～5.0 cm，多为碎裂-块裂结构；充填次生泥或形成空缝，部分含岩屑、岩块，整体架空现象不明显，局部可见轻微错落变位迹象；平硐揭示强卸荷界线为90～100 m，与弱风化上段基本吻合. 弱卸荷带岩体卸荷裂隙较发育，多张开0.5～2.0 cm，局部充填次生泥或形成空缝，基本未见整体松动和变形；岩体嵌合较松弛，岩体完整性较差，多沿原有结构面张开，集中卸荷为主，局部见完整岩体，为块裂-层状结构；平硐揭示弱卸荷界线为170～180 m，一般不浅于弱风化下段. 类比金沙江流域水电站平硐成果，叶巴滩水电站距离斜坡约20 km，岩性为闪长岩，33个平硐揭示深卸荷一般小于120 m，均小于180 m，且属高应力区^[19]；波罗水电站距离斜坡约60 km，岩性为大理化灰岩、白云质灰岩，9个平硐揭示强卸荷深度31.0～71.0 m，弱卸荷深度92.5～139.0 m，未发现深卸荷与高地应力现象^[20]. 加日山边坡钻孔未揭示饼芯等高地应力现象，且与波罗水电站岩性基本一致，产状较为接近，均具有明显的峡谷特征，综合比较表明，加日山隧道进口斜坡区基本不发育深卸荷带. 结合平硐、物探、钻孔岩芯及钻孔波速等（如图3所示），综合确定强卸荷水平深度90.0 m，弱卸荷水平深度180.0 m，坡顶整体略深，深卸荷不发育.

图  3  多手段获取的斜坡岩体卸荷特征

Figure  3.  Unloading characteristics of slope obtained using various methods

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岩体质量主要取决于岩石强度、岩体结构特征和风化卸荷程度等，根据斜坡岩石物理力学试验成果、岩体结构、风化卸荷等情况，类比类似斜坡岩体结构划分指标，将加日山隧道进口斜坡岩体工程地质质量分为Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ 类. 以室内测试成果为基础，参考邻近金沙江上游正在建设及勘察的叶巴滩水电站和其他类似条件水电站边坡岩体与结构面力学参数取值^[19-21]，提出加日山隧道进口斜坡区岩体力学参数建议值，如表1所示.

表  1  斜坡岩体力学参数建议值

Table  1.  Suggested mechanical parameters of slope rock masses

岩体质量等级	干密度 ρd/（g·cm−3）	变形模量 E0/GPa	泊松比 μ	抗剪断强度
				摩擦系数	黏聚力/MPa
Ⅱ 类	2.52～2.58	(10, 20]	[0.25, 0.29]	(1.20, 1.40]	(1.50～2.00]
Ⅲ 类	2.30～2.50	(5, 10]	(0.29, 0.33]	(0.80, 1.20]	(0.70～1.50]
Ⅳ 类	2.10～2.40	[2, 5)	(0.33, 0.37]	[0.55, 0.80]	[0.30～0.70]

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为深入研究结构面力学性质，在平硐内采用平推法开展2组岩体（结构面）天然状态下的剪切强度原位测试，在0+150 m和0+71 m各完成1组（1-1和1-2组），岩性均为大理岩，代表类型为强风化岩体和压碎带，每组试体数量为5个，得到的结构面强度参数如表2所示.

表  2  结构面强度试验成果

Table  2.  Test results of structural surface strength

试验编号	试验位置/m	抗剪断强度			抗剪强度		地质特征
		摩擦系数	黏聚力/MPa		摩擦系数	黏聚力/MPa
1-1	PDG01 洞 0+150 m	1.09	1.33		0.87	0.20	主要为压碎带弱风化大理岩，但剪切主要沿压碎带及其影响带剪断
1-2	PDG01 洞 0+71 m	0.81	1.34		0.70	0.51	弱风化大理岩，碎裂结构，岩级为 Ⅳ 岩体

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2.   斜坡变形破坏成因与演化分析

2.1   斜坡变形破坏特征

地表调绘和坑槽、平硐揭示，斜坡顶部高程和中低部高程斜坡变形与岩溶具有明显的差异，如图4所示. 图中：蓝色圈起的是小型溶洞. 4400 m高程以上为缓坡平台，总体坡度在15°～20°，具有圈椅状缓坡起伏的地形特征，可见多级座落（错落）、滑移、倾倒折断以及近代岩溶及后期风化剥蚀等综合作用形成的沟槽状地貌，最后缘座落台坎高差约80～100 m，但坡度较缓，一般仅10°～15°；沟槽内基岩溶蚀裂隙发育，且普遍充填有高含水的灰绿色岩溶泥，其包裹的灰岩、结晶灰岩岩块微新，无风化晕；外侧反坡台坎为厚层灰岩、结晶灰岩基岩，属近代岩溶残留石墙，长期剥蚀和冻融作用后普遍圆缓，坡度仅5°～10°，表部覆盖层仅0.5 m左右；缓坡平台下游侧还见岩溶石林、石芽与溶洞，岩性同样以厚层灰岩、结晶灰岩基岩为主；岩层中陡倾角反倾山里，平台槽探揭示基岩和前缘基岩岩体均未见明显弯曲倾倒现象.

图  4  坡面小型溶洞沿构造线分布示意

Figure  4.  Distribution of small caves of slope along structural lines

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4400 m高程以下斜坡坡形较平顺，无深大冲沟发育，地形较完整，无明显的起伏或缓坡平台，总体坡度在35°～40°；斜坡岩体变形以风化卸荷为主，局部浅表有小规模的崩塌、塌滑，在3400 m以下的坡脚堆积了5～10 m不等的崩坡积，钻孔揭示河床覆盖层厚度也仅10～20 m；高程3650 m、水平开挖深度为200 m的PDG01平硐揭示：全洞干燥、无地下水出露，灰岩、结晶灰岩岩体较破碎，岩层中陡倾角反倾山里，平硐揭示随洞深变化岩层产状特别是倾角变化不明显，不具备明显弯曲倾倒现象. 从地表调查来看，斜坡高程3700～4400 m内，多处区域的岩体受卸荷、风化作用影响，表现为岩体剥蚀、脱落，局部存在坡表塌滑，为崩坡积破坏的主要所在区. 从高程3650 m的PDG01平硐内岩体结构特征调查揭示，水平方向上，斜坡整体从坡外至坡内未见弯曲倾倒变形，主要以卸荷拉裂为主的浅表生改造为岩体变形破坏特征，横河向裂隙是无扩容，无整体进入松动状态的直接证据. 由于覆盖层物质松散破碎，根据已有钻孔69-斜-01和钻孔69-斜-02揭示情况来看，高程为3 170～3 190 m的斜坡坡脚一带河床附近崩坡积覆盖层厚度最大约为20 m. 一般表现为沿基覆界线临空小规模塌滑，范围和方量有限，一般为几百立方米到几千立方米，滑塌物质进入降曲河后被水流冲刷带走.

2.2   斜坡变形破坏成因及演化

斜坡上部变形破坏现象主要为后部出现的多级台坎以及台坎后部凹槽，并且斜坡上部出现明显的反坡台坎现象. 基于ALOS-1数据进行的D-InSAR技术处理结果显示，坡体范围内的地表在差分干涉图上不存在清晰连续的相位周期变化（即近似圆环状的颜色周期变化），表明格聂边坡不存在变形迹象. 同时，基于Sentinel-1数据分析结果也表明格聂边坡目前未见形变信息，处于基本稳定状态（图5）. 根据平面地质测绘的28个地质岩性点揭示的地质情况以及测得的岩层层面产状显示统计结果可发现：加日山隧道进口段斜坡岩层倾角与高程的增加无明显相关性；勘探平硐内反倾坡内结构面倾角随洞深变化也未表现出弯曲倾倒变形规律. 结合已有深部物探资料，目前斜坡总体不具备整体弯曲倾倒变形特征.

图  5  InSAR形变速率图

Figure  5.  Deformation rate determined by InSAR technique

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此外，根据探槽TC-03与TC-04揭示的下伏基岩岩层产状与地表调查结果可知，加日山斜坡的岩层倾角变化不大，无明显弯曲倾倒变形特征；加日山斜坡坡体地层岩性从下至上为志留系雍忍组（S₃y，灰色中厚-块状碳质结晶灰岩、白云岩）、泥盆系格绒组（D₁g，浅黄色白云岩、白云质结晶灰岩）和泥盆系穹错组（D₂q，灰、深灰色泥质结晶灰岩、生物灰岩、大理岩），岩体完整性较好、强度相对较高，也不具备发生弯曲倾倒变形的条件. 故加日山斜坡上部后部台坎呈现的反坡台坎现象基本可以排除由坡体发生整体弯曲倾倒变形而产生的可能.

基于对川西高原地貌发育过程的研究成果，细化降曲河两岸谷肩和顶面宽缓地带，在降曲下切过程中有3次相对缓慢期：分布标高4300 m，以谷肩为主，局部形成顶面宽缓地带，属早更新世中期；分布标高3800 m，以谷肩为主，属早更新世晚期；分布标高3500 m，以谷肩、缓台地貌为主，降曲两岸“滑坡”后缘地貌，属早更新世晚期. 结合现场对斜坡4100 m高程上下地貌差异的调查，从地质时代演进的角度，斜坡变形破坏迹象主要成因如下：

1） 斜坡区属于高山峡谷区（青藏高原6大组成部分之一），该区域在大地构造上处于喜马拉雅地槽区，一般海拔在3000～5000 m，平均海拔4000 m. 根据已有研究成果，古生代至早新生代，该区域范围内沉积了多层碳酸盐岩和碎屑岩，碳酸盐岩岩层大致呈东西走向条带状分布. 中新世晚期该区域曾发生强烈构造运动，使中新统及更老的地层遭受到剧烈的褶皱（向斜）与断裂作用. 在地壳相对稳定期，岩溶作用发育充分，可形成较大规模岩溶，局部发生岩溶塌陷，软弱区形成. 第四纪以来，强烈而持续的整体性抬升运动使地壳大幅度上升，气候转为干冷，不利于地表岩溶的发育，岩溶作用主要在地下进行，发育了少量溶蚀裂隙及岩溶泉，地下水流一般仍以裂隙性渗流为主. 尤其是中更新世以来，出露风化程度相对较弱、较新鲜的基岩在长时间的溶蚀、风化作用下，由于灰岩、泥岩、白云岩的抗溶蚀能力不同而发生差异风化，抗溶蚀能力低的灰岩、泥灰岩条带更容易被溶蚀带走，而抗溶蚀能力相对较高的白云岩则相对保留较多.

2） 准宽谷期到宽谷期，即距今约（10～50）万年的中更新世之前，相当于早更新世中期形成的川西高原二级夷平面（4100～4600 m）时期，此时为河流下切初期的准宽谷期、宽谷期，河流下切速率较慢、持续时间长，夷平面解体后，斜坡变形充分，其变形模式可能包括中缓倾坡外或近水平结构面座滑，也可能为中陡倾滑移-弯曲变形破坏，或浅表层弯曲倾倒变形. 根据该区域岩层反倾坡内的事实及区域性长大结构面的延展分布情况（J4、J5），推断在约4100 m以上高程曾发生过以座落为主、兼有弯曲倾倒性质的局部滑移破坏地质事件.

该时期工程区新构造运动比较活跃，早期强震活动频发，导致新近纪以前的强烈岩溶作用及差异溶蚀形成的溶腔、溶沟、溶槽和石墙发生塌陷和垮塌，导致坡体产生变形破坏，垮塌后形成多级沟槽相间的地貌，后期经过风化、剥蚀、岩溶和冻融作用后，形成目前沟槽相间、缓坡起伏的地形地貌，如图6（a）所示.

图  6  坡体变形破坏后的地形地貌

Figure  6.  Morphologies of slope after deformation and failure

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3） 晚更新世晚期之后，河流进入快速下切期，即峡谷期，4200 m高程以下，坡形平顺、较完整，基本是一坡到底，以风化卸荷拉裂为主，浅表局部崩塌或塌滑，没有发生过大的变形破坏，从斜坡无明显的起伏或缓坡平台可以得到验证，也可从现代河床、坡脚覆盖层浅、少情况得到验证. 反之，如果4400 m高程以上变形破坏发生时间较近，或者4400 m高程以下斜坡发生过大规模的失稳破坏，其失稳破坏一定会在坡脚、现代河床大量堆积，形成一定深度的深厚覆盖层，甚至堰塞降曲河. 该时期，侵蚀基准面下降，该部位以上岩溶基本停止发育. 仅表现为地下水侵蚀基准面以下的溶蚀裂隙以及顺岩溶裂隙发育的岩溶泉，斜坡区域内岩溶泉仅在加日沟沟口下游170～240 m处出露，且具有下降泉特征.

4） 第四纪的更新世也是冰川广布的时期，该地区同样为冰川覆盖，因此，不可避免会受到冰川作用的影响，但根据金沙江同高程冰川地貌特征调查，全新世以来由于强烈的外动力地质作用改造，冰川地貌和冰川堆积均有不同程度的破坏，现基本已面目全非或破坏无遗. 在该斜坡区域范围，仅在5000 m高程以上的高山山顶地区可见规模不等的冰斗（湖）、角峰、悬谷及“U”型冰川侵蚀谷等冰川地貌残迹，而在4100～4500 m同样高程范围内的多处地貌特征对比分析，其冰蚀作用并不明显. 一般情况下，冰碛垄主要发育在垂直于河流的支沟中，但通过调查，在降曲河两岸冰川堆积的现象并不明显. 另外，类比临近海子山相同高程范围内的冰川作用表现为众多较大尺寸的孤块石，且有一定磨圆，但在斜坡范围内没有这些现象存在. 因此，可以推断加日山斜坡区4100～4500 m高程范围地形地貌受冰川作用改造程度有限. 综上，以早期座落塌滑为基础，后期继续叠加近代岩溶作用，更新世晚期以来斜坡坡顶区域又经历了长期剥蚀、冻融风化等作用，最终才形成今天看到的斜坡顶部圈椅状及多级缓坡台坎和沟槽相间地貌，如图6（b）所示.

综上所述，加日山隧道进口斜坡变形破坏的主要成因及其演化过程为：准宽谷期到宽谷期，在约4100 m以上高程曾发生过以座落为主、兼有倾倒性质的局部滑移破坏，后期叠加长期的剥蚀、冻融风化、岩溶和冰蚀等作用，最终形成现今斜坡顶部圈椅状滑壁及多级缓坡台坎地貌；从约4100 m高程位置，伴随降曲河的快速下切直至目前约3200 m河床高程，高差约800～1000 m范围内斜坡体遭受的浅表生改造作用主要以卸荷拉裂为主，局部发育崩滑，造成在岸坡3400 m高程以下形成的一定范围的崩坡积堆积体；加日山斜坡变形破坏是川西高原期夷平面在急速抬升中的迅速分解和深切峡谷深入发展的过程中，伴随岩溶作用、新构造运动、冻融风化及冰蚀作用综合影响的结果.

3.   斜坡稳定性与隧道工程影响分析

3.1   稳定性宏观评价

加日山隧道进口斜坡坡脚一带发育区域断层1条，即降曲河断裂，沿降曲河谷展布，断面倾向与斜坡倾向相反，为反倾发育的区域断层，斜坡整体位于降曲河断裂上盘. 降曲河断裂为早-中更新世活动断裂，晚更新世以来该断层已无活动性，故降曲河断裂并不是决定斜坡稳定性的控制性断层，对斜坡的稳定性影响相对较小. 斜坡后缘深部钻孔勘探揭示2条断层，产状与区域优势层面的产状基本一致，即走向NW、倾向SW，倾角60°～65°，为倾坡内的构造破碎带. 此外，平硐揭示小断层26条，其中顺倾向4条（f3、f15、f24和f25），但整体延伸长度有限，属 Ⅳ 级结构面范畴； f3为B3类软弱结构面（泥夹岩屑型），其余都为B1类软弱结构面（岩块岩屑型），且4条顺坡向小断层倾角为55°～85°，属中-陡倾角，皆大于斜坡坡度. 因此，通过软弱结构面与斜坡的交切组合关系分析可知，平硐内揭示的26条坡体内小断层无一能构成剪出坡外的滑动底界，但可能构成控制局部稳定的后缘边界. 因此，断层对斜坡稳定性影响较小.

岩体裂隙影响方面，由2.2节可知，加日山隧道进口边坡的优势结构面除J1外都与坡向大角度相交，且包括优势结构面J1在内的所有优势结构面倾角基本以中倾角-陡倾角为主. 这使得优势结构面两两组合的交棱线无顺倾向且倾角小于坡脚的组合倾角，基本以中陡倾角为主，优势结构面组合结构相对稳定，无明显不利组合.

总体上，工程区无顺坡向、缓倾角的控制性结构面及软弱面存在，亦无明显的岩体弯曲倾倒变形迹象和滑坡的剪出口. 从斜坡已有变形特征、地质结构分析得出，加日山斜坡区山体雄厚，岩石强度中到坚硬，坡体上无活动性断裂通过，坡面地层产状中陡倾坡里，岩层倾角变化不大，整体未见弯曲倾倒变形迹象，岩体浅表卸荷裂隙发育，未见贯穿坡面倾坡外的结构面发育，坡体整体稳定.

3.2   潜在失稳模式

在地质调查的基础上，采用刚体极限平衡法和三维数值计算法进一步计算加日山隧道进口斜坡在不同工况下的稳定性，为工程治理以及防灾减灾提供地质依据. 根据对斜坡岩体结构特征的调查，结合相关水电工程类似斜坡勘探经验，确定斜坡存在以下2种潜在失稳模式：

模式一：坡体上部拉裂起点定在4400 m处的陡缓变坡区域，将J1结构面作为后缘拉裂面，强卸荷界线为底面边界，下部剪出点定在高程3300 m （即降曲河断层顶部），为滑动破坏（图7（a））.

图  7  某隧道进口斜坡推测潜在失稳模式

Figure  7.  Potential instability patterns of slope at tunnel entrance

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模式二：拉裂起点定在4100 m处的陡缓变坡区域，将J1结构面作为后缘拉裂面，强卸荷界线构成底面边界，剪出点定在高程3300 m，为滑动破坏（图7（b））.

3.3   斜坡二维刚体极限平衡计算

采用二维刚体极限平衡法-Morgenstern-Price法进行斜坡稳定性计算. 岩体力学参数通过平硐内实验等现场取得（见表1和表2）. 根据现场调查、钻探钻进过程及岩芯揭露情况，在天然工况和地震工况岩石抗剪断强度取中值，暴雨工况强度折减系数取0.95. 斜坡基本地震动峰值加速度为0.2g，罕遇地震动峰值加速度一般按基本地震动峰值加速度的1.6倍～2.3倍考虑，根据某交通工程全线安评结果，50年超越概率2%的地震峰值加速度为0.373g. 根据前文所述的2种失稳模式进行稳定性计算与分析：模式一，Ⅳ 类岩体从4400 m高程后缘拉裂面（J1）沿弱上风化、强卸荷下界限分界线从前沿坡脚剪出滑动；模式二，Ⅳ 类岩体从4100 m高程后缘拉裂面（J1）沿弱上风化、强卸荷下界限分界线从前沿坡脚剪出滑动.

斜坡稳定性状态分为稳定（稳定系数F_s≥1.15）、基本稳定（1.05≤F_s＜1.15）、稳定性差（1.00≤F_s＜1.05）和不稳定（F_s＜1.00） 4种状态. 计算结果表明：后缘切割面高程4400 m （模式一）一般工况、暴雨工况和罕遇地震工况斜坡稳定性系数分别为1.412、1.342和1.208；后缘切割面高程4100 m （模式二），一般工况、暴雨工况和罕遇地震工况斜坡稳定性系数分别为1.392、1.322和1.200. 极限平衡分析表明斜坡整体处于稳定状态.

3.4   斜坡稳定性三维模拟分析

根据斜坡的实际地形和地质初步判断，为减少边界对计算结果的影响，计算建模区大于关注的坡体范围，北偏西30° 为X轴，南偏西60° 为Y轴，竖直方向为Z轴，生成三维数值计算模型，如图8所示. 模型中X、Y方向长度分别为2100、2200 m，Z=0平面对应高程为3050 m，网格模型包含240536个节点，511759个单元. 在三维数值计算模型中：蓝色为Ⅱ类岩体；绿色为Ⅲ类岩体；红色为Ⅳ类岩体；青色为节理裂隙；黄色为隧道所处位置，对应的参数仍为Ⅱ类岩体. 失稳模式与极限平衡法分析斜坡稳定性结论是一致的. 计算采用摩尔-库仑屈服条件的弹塑性模型，岩体及结构面参数同二维计算取值.

图  8  三维数值计算模型

Figure  8.  Three dimensional numerical calculation models

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由于河流快速下切，谷坡一定范围内地应力释放使得卸荷带岩体松弛拉裂，地应力值较低，且深孔未发现饼芯等高地应力现象. 另一方面，斜坡整体夹持在加日沟槽谷与降曲河河谷之间（见图2），槽谷谷底与降曲河河床以上一定高程范围内主要受重力场控制. 因此，在计算过程中仅考虑重力作用下形成的初始地应力. 故模型的底面施加竖向约束，模型侧面施加对应的法向约束. 在不同工况下，斜坡分别在失稳模式一和失稳模式二条件下表面塑性区的分布情况如图9所示.

图  9  斜坡塑性区分布

Figure  9.  Distribution of plastic zones of slope

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计算结果显示，加日山隧道进口斜坡在模式一和模式二天然工况、暴雨工况、基本地震工况以及罕遇地震工况下稳定性系数分别为1.730、1.640、1.580、1.480和1.720、1.630、1.580、1.500. 计算结果表明：加日山隧道进口斜坡不仅整体稳定，且坡体整体稳定状况对隧道无显著影响. 比较2种斜坡稳定性计算方法的结果得出：三维计算比二维计算结果大，符合一般规律，差别的主因是滑体的端部效应，二维简化为平面问题，无法考虑滑体端部的抗滑贡献，三维计算结果相比较高. 根据潜在失稳模式和稳定性二维计算结果同三维计算结果基本相同的结论可知，加日山隧道进口斜坡整体稳定.

结合无人机摄影、槽探、室内实验及洞探原位测试等“天空地”一体化勘察研究成果表明：在主轴断面上，隧洞标高3 248 m，降曲河标高3 180 m，隧洞距离斜坡水平距离434 m，垂直距离320 m. 隧洞距离弱卸荷低界125 m，距离局部不稳定体底界235 m；洞身钻孔揭示175.0～340.5 m （标高3 206～3 372 m）岩芯相对新鲜完整，洞身（标高3 248 m）位于岩体相对连续完整部位，以碎块状、柱状为主. 考虑极限平衡法与三维数值模拟结果，不难发现该斜坡处于稳定状态，对隧道工程安全无直接影响.

4.   结束语

在对某交通工程加日山隧道进口段斜坡采用无人机摄影、物探、槽探、室内实验以及硐探原位测试的“天空地”一体化勘察技术获取斜坡工程地质信息基础上，通过斜坡体地质条件、变形破坏特征和演化模式研究，结合二维刚体极限平衡、三维数值计算等手段对斜坡进行稳定性分析与评价，并取得如下认识和结论：

1） 斜坡岩体结构以节理裂隙为主，弱风化为主；河谷深切造成岸坡岩体在河谷下切过程中向临空方向强烈回弹，浅表部岩体卸荷强烈，岩体松弛破碎，强卸荷特征明显.

2） 加日山斜坡变形破坏是川西高原期夷平面在急速抬升中的迅速分解和深切峡谷深入发展的过程中，伴随岩溶作用、新构造运动、冻融风化及冰蚀作用综合影响的结果，断层、节理裂隙的影响均较小.

3） 综合宏观判别、二维极限平衡法、三维数值模拟评价结果可知，边坡整体稳定，仅后缘表部存在局部变形失稳的可能，且对加日山隧道工程安全影响很小.

4） 建议在交通工程建设阶段对斜坡高程 3900～4400 m范围开展深部和地表位移的精细化监测，以进一步监测工程扰动对古老变形体边坡的影响.