某公路邊坡變形破壞分析

王小林 蘭州鐵道設(shè)計(jì)院有限公司,甘肅 蘭州 730000

某公路邊坡變形破壞分析

王小林 蘭州鐵道設(shè)計(jì)院有限公司,甘肅 蘭州 730000

以某高速公路邊坡為例，對(duì)高邊坡工程地質(zhì)勘察報(bào)告進(jìn)行整理，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)調(diào)查，探討高邊坡的工程地質(zhì)特征、高邊坡巖體穩(wěn)定性分析與評(píng)價(jià)，結(jié)果表明：該邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)為1.361，正常工況為穩(wěn)定邊坡，建議在邊坡開(kāi)挖過(guò)程中及時(shí)進(jìn)行地質(zhì)調(diào)查和監(jiān)測(cè)。

高速公路；邊坡；變形；破壞；穩(wěn)定性

引言

邊坡變形破壞機(jī)理和穩(wěn)定性分析是邊坡設(shè)計(jì)和施工的重要內(nèi)容[1-3]，本文以某高速公路邊坡為例，對(duì)現(xiàn)有合同段高邊坡工程地質(zhì)勘察報(bào)告進(jìn)行整理，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)調(diào)查，探討高邊坡的工程地質(zhì)特征、高邊坡巖體穩(wěn)定性分析與評(píng)價(jià)和主要工程地質(zhì)問(wèn)題，擬得到相應(yīng)的結(jié)果為工程實(shí)踐提供參考。

1 工程地質(zhì)條件

該邊坡長(zhǎng)度87米，最大挖方高度42.5m。

1.1 地形地貌

場(chǎng)區(qū)地貌屬于構(gòu)造剝蝕丘陵地貌。該路塹邊坡位于山體斜坡地帶，線路大致呈東南～西北方向通過(guò)，與山體等高線平行～大角度相交，坡度10°～40°，坡面傾向南東，地形起伏較大，地表植被稍發(fā)育，以林地和旱地為主。

1.2 地層巖性

該路塹高邊坡因建設(shè)用地暫未交付使用，邊坡尚未開(kāi)挖。通過(guò)實(shí)地地質(zhì)調(diào)查及對(duì)兩階段施工圖勘察、設(shè)計(jì)資料的分析，認(rèn)為該邊坡地層自上而下依次為：上覆土層為第四系更新統(tǒng)覆蓋層(Qel+dl)，下伏前震旦系（Ptbn2l）基巖。其中第四系土層為殘坡積粉質(zhì)黏土，下伏基巖為淺變質(zhì)砂質(zhì)板巖，巖層產(chǎn)狀160°∠25°，節(jié)理5組：J1135°∠80°，密度6～10條/ m，J2350°∠62°，密度5～10條/ m，J30°∠42°，密度約10條/ m，J4200°∠55°，密度約10條/ m，J5220°∠70°。

參照鉆孔ZK-Ⅲ08-隧道01揭露地層巖性及厚度如下：

粉質(zhì)黏土（Qel+dl）：褐黃色，稍濕，硬塑，主要成分為粘粒和粉粒，土質(zhì)較均勻，含少量碎石，厚約1.0m，是邊坡的主要組成部分；

全風(fēng)化砂質(zhì)板巖（Ptbn2l）：褐黃色，巖石風(fēng)化劇烈，已基本風(fēng)化呈土狀，原巖結(jié)構(gòu)清晰，稍具殘余結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，揭露厚度11.8 m，是邊坡的主要組成部分；

強(qiáng)風(fēng)化砂質(zhì)板巖（Ptbn2l）：褐黃色，巖石風(fēng)化強(qiáng)烈，節(jié)理裂隙特別發(fā)育，巖石破碎，巖質(zhì)軟，揭露厚度14.0m，是邊坡的主要組成部分；

中風(fēng)化砂質(zhì)板巖（Ptbn2l）：褐灰色，巖質(zhì)較硬，巖石變余結(jié)構(gòu)，板狀構(gòu)造，裂隙較發(fā)育，該層未揭穿，揭露最大厚度12.5m，是邊坡的主要組成部分。

1.3 水文地質(zhì)條件

場(chǎng)區(qū)地下水由上部土層孔隙潛水和下部基巖裂隙水組成，均接受大氣降水補(bǔ)給。上部殘坡積土層和全風(fēng)化層含水性及透水性均較差，為弱透水層、相對(duì)隔水層，含水量小；中下部強(qiáng)、中風(fēng)化基巖，節(jié)理裂隙發(fā)育，為主要含水層，含水性及透水性一般。山坡底部有沖溝，場(chǎng)區(qū)內(nèi)水力梯度大，地表排水條件較好；該段地勢(shì)較高，地下水埋深較大。

1.4 巖土體物理力學(xué)性質(zhì)及指標(biāo)

根據(jù)地質(zhì)資料并結(jié)合以往工程經(jīng)驗(yàn)，推薦各巖土體的力學(xué)指標(biāo)如下表。

表1 巖土體力學(xué)指標(biāo)

2 邊坡變形破壞機(jī)理及穩(wěn)定性分析

2.1 邊坡變形破壞機(jī)理

邊坡開(kāi)挖卸荷及坡形改變后，其原有平衡狀態(tài)發(fā)生改變，將會(huì)導(dǎo)致坡腳應(yīng)力集中，特別是在大氣降雨（尤其是突發(fā)性暴雨）的作用下，大量雨水下滲，孔隙水壓力顯著增大，邊坡自重增加，巖體軟弱結(jié)構(gòu)面抗剪強(qiáng)度顯著降低，同時(shí)由于邊坡較高，坡面開(kāi)挖卸荷及坡形改變，應(yīng)力調(diào)整較大，易形成較大的松弛區(qū)，有可能產(chǎn)生由于坡腳應(yīng)力集中和巖土強(qiáng)度不足而產(chǎn)生沿類(lèi)土質(zhì)部分的圓弧形滑動(dòng)變形或沿軟弱結(jié)構(gòu)面的坍塌滑動(dòng)變形，過(guò)大的變形將產(chǎn)生邊坡的破壞。

2.2 邊坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)

根據(jù)野外地質(zhì)調(diào)查和兩階段施工圖勘察資料顯示，該路塹邊坡由殘坡積粉質(zhì)黏土和全風(fēng)化砂質(zhì)板巖、強(qiáng)風(fēng)化砂質(zhì)板巖、中風(fēng)化砂質(zhì)板巖組成，全風(fēng)化砂質(zhì)板巖基本風(fēng)化呈土狀，應(yīng)歸屬為Ⅲ級(jí)硬土，土石比為：普土：硬土：軟石：次堅(jiān)石=2：28：33：37，故邊坡屬于土石質(zhì)邊坡；

控制該邊坡穩(wěn)定的主要因素為粉質(zhì)黏土和全風(fēng)化砂質(zhì)板巖的含水量，其次為強(qiáng)風(fēng)化砂質(zhì)板巖的結(jié)構(gòu)面；

該邊坡潛在的破壞模式：①土質(zhì)層內(nèi)的圓弧形滑動(dòng)，剪出口為全風(fēng)化砂質(zhì)板巖與強(qiáng)風(fēng)化砂質(zhì)板巖的交界面；②強(qiáng)風(fēng)化砂質(zhì)板巖巖體內(nèi)的軟弱結(jié)構(gòu)面在水動(dòng)力和自身重力場(chǎng)作用下，巖體力學(xué)強(qiáng)度將顯著降低，易沿其軟弱結(jié)構(gòu)面發(fā)生平面位移，以致引起崩塌或滑塌；

從兩階段施工圖設(shè)計(jì)資料及調(diào)查得出，該邊坡強(qiáng)風(fēng)化砂質(zhì)板巖巖體類(lèi)型為Ⅳ類(lèi)，巖層產(chǎn)狀160°∠25°，坡向86°，坡向與巖層傾向大角度斜交，對(duì)邊坡的穩(wěn)定較為有利，根據(jù)巖層節(jié)理與坡向組合關(guān)系，按設(shè)計(jì)坡率、防護(hù)措施及推薦力學(xué)指標(biāo)，采用理正巖土計(jì)算軟件斜坡體圓弧滑動(dòng)法計(jì)算最危險(xiǎn)滑裂面的穩(wěn)定安全系數(shù)為1.361，正常工況為穩(wěn)定邊坡。

3 結(jié) 論

該邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)為1.361，正常工況為穩(wěn)定邊坡，建議在邊坡開(kāi)挖過(guò)程中及時(shí)進(jìn)行地質(zhì)調(diào)查和監(jiān)測(cè)，對(duì)原勘察、設(shè)計(jì)資料進(jìn)行復(fù)核和補(bǔ)充，以進(jìn)行動(dòng)態(tài)優(yōu)化設(shè)計(jì)。

[1]林杭，曹平，宮鳳強(qiáng). 位移突變判據(jù)中監(jiān)測(cè)點(diǎn)的位置和位移方式分析[J]. 巖土工程學(xué)報(bào).2007,29(9)：1433-1438

[2]彭文祥，趙明華，袁海平，等. 基于拉格朗日差分法的全長(zhǎng)注漿錨桿支護(hù)參數(shù)優(yōu)化[J].中南大學(xué)學(xué)報(bào).2006，37(5)：1002-1007

[3]G. Grasselli. 3D Behaviour of bolted rock joints: experimental and numerical study[J].International Journal of Rock Mechanics &Mining Sciences，2005，(42):13—24

Analysis for the Failure Deformation of Highway Slope

Wang Xiaolin Lanzhou Railway Survey and Design Institute Co., Ltd,Lanzhou 730000,China

A highway slope is taken for analysis, the geological documents are analyzed. According to the geological investigation, the geological characteristic of the high slope, and stability of the high slope are analyzed, the analysis results show that, the factor of safety of slope is 1.361, the slope is in stable state with the normal situation. It is recommended to take geological investigation and monitoring during excavation in slope.

highway; slope; deformation; failure; stability

TU457

A

10.3969/j.issn.1001-8972.2011.07.038

王小林（1977-），男，工程師，主要從事鐵路巖土工程勘察設(shè)計(jì)及施工技術(shù)方面的工作。