節(jié)應力解析及梯式固坡法在地質災害防治中的應用

（貴州省有色金屬和核工業(yè)地質勘查局物化探總隊 貴州都勻558004）

（貴州省有色金屬和核工業(yè)地質勘查局物化探總隊 貴州都勻558004）

危險邊坡對公路、鐵路、建筑物構成巨大威脅，給國家和人民生命財產造成嚴重損失，如何加大危險邊坡的有效治理和控危，已擺在目前工程建設領域亟待解決的重大工程治危技術問題。如何有效防范地質災害對已建成工程的危害呢？通過對節(jié)理、斷層、裂隙等地質構造易產生危險地質災害應力的分析和研究，并結合易產生危險地質災害地段布置多樣防治工程驗證，最終得出在高角度邊坡中治理地質災害采用梯式固坡法是最有效方法之一。

危險邊坡工程建設治危技術應力解析高角度邊坡有效防控方法和唯一途徑

1 引言

目前在我國西部山區(qū)大多數交通基礎設施建設施工過程中，不論緩坡還是高角度邊坡治理滑坡塌方都采用此種方法，因為這種方法省工、省時、省建設費用，一些基礎設施建成完工后，雖在短期內未出現滑坡塌方等地質災害，但在后期運行過程中，由于采用防治工程不當，在后續(xù)自然災害（如暴雨）影響下，會造成大面積地質滑坡和塌方，給國家及人民群眾的生命財產帶來巨大損失，社會影響極其惡劣、教訓極其深刻。之所以會產生如此嚴重后果，就是我們的勘查單位只注重事物的表象，未對產生災害性地質構造體作深入查證，重表象不注重實際才會產生如此嚴重后果。譬如在蘭海高速都勻東方機床廠對面山體在高速路開通幾個月后，遇大雨就產生大面積滑坡塌方；又譬如在滬昆高速三穗至麻江段，也是在高速路開通幾個月后產生大面積滑坡塌方；再譬如在遵赤高速習水二郎鄉(xiāng)路段也是高速路開通后產生滑坡塌方，給國家及人民群眾的生命財產造成嚴重損失，教訓極其深刻。那么，如何做到有效防治地質災害現象的發(fā)生呢，我想創(chuàng)新工作機制，求真求實，采取合適的工程防治措施是防止交通基礎設施建成后不發(fā)生滑坡塌方等地質災害最有效的手段，除此沒有它法。

隨著我國經濟的飛速發(fā)展，制約經濟發(fā)展的各種交通基礎設施建設也齊頭并進。如何使建成好的各種交通基礎設施能高效安全地運轉，是規(guī)劃設計部門和工程地質勘察部門必須考慮的重大技術課題；一是如何對交通基礎設施經過地各種地質構造進行有效統(tǒng)計，對地質構造的傾向、傾角進行精確測量，找出對交通設施產生危害的地質構造是工程勘察部門在勘察過程中必須作的一項重要工作；二是工程勘察部門必須對勘察過程中所記錄的可能對交通設施產生危害的地質構造要進行應力解析，作出各種構造及節(jié)理玫花圖并找出對交通基礎設施產生危害的最大應力聚集滑動構造面；三是設計部門根據工程勘察部門提供的勘察報告及建議，是否選擇更改最初設計線路或優(yōu)選設計并提交交通基礎設施建設實施方案；四是設計部門提交交通基礎設施建設實施方案后，工程勘察部門必須根據工程勘察成果編制交通基礎設施經過地段可能產生的地質災害及工程防治措施報告概算出工程防治建設總費用；五是財政部門根據設計部門最終提供的建設實施方案，根據先前設計預算基礎上，是否追加地質災害防治費用。

2 高角度危險邊坡性質特征

在高原山區(qū)和丘陵地區(qū)修建交通基礎設施都免不了要經過山地峽谷地帶，因此，交通基礎設施在建設過程中自然就形成一些邊坡，坡度低于10°的平緩斜坡對建成的交通基礎設施不會構成地質危害；坡度介于11°—35°之間的斜坡對建成的交通基礎設施將構成地質危害，必須布置工程進行防治；坡度大于36°以上的斜坡屬于高角度危險邊坡，這樣的危險邊坡易產生大面積滑坡、滾石等地質災害，必須發(fā)大財力布置工程進行有效治理、防患于未然。

那么，哪些高角度邊坡會對建成的交通基礎設施構成大的地質危害呢？按巖石特征來排位變質巖為最，二是沉積巖，三是巖漿巖；按巖性特征來排位泥巖、頁巖、板巖、砂巖為最，二是灰?guī)r，三是玄武巖、花崗巖?，F就泥巖、頁巖、板巖、砂巖路段高角度邊坡用梯式固坡法治理巖石塌方技術論述如下：

2.1 當巖層傾向與坡向相反時梯式固坡法解析

如下圖（1）所示，當巖層傾向與坡向相反時，公路左側高角度邊坡治理滑坡現階段大多數基礎設施建設施工過程中一般采用網格狀混凝土樁基固坡加植物法，也就是在網格中種草或栽一些樹木來防治滑坡，實踐證明此種固坡法只適合緩坡有效治理滑坡塌方。

上圖（1）中1、2、3為順坡向泥巖、砂巖類巖石節(jié)理滑動面。巖層傾向與坡向相反，如果是巖石結構、構造穩(wěn)定性好。巖石節(jié)理、劈理及斷層構造不發(fā)育的灰?guī)r、玄武巖和花崗巖，則巖層傾向方向會產生一種大于切應力（dT）的直應力（dN），這樣的高角度基礎設施邊坡是穩(wěn)定的，不易產生滑坡塌方等地質災害，如果山高，則主要防止風化巖落石的危害。當基礎設施高角度邊坡巖性為泥巖、頁巖、板巖、砂巖且?guī)r石節(jié)理、劈理構造發(fā)育，則該邊坡會產生如圖（1）中1、2、3的節(jié)理滑動面，而2、3這兩個滑動面會對交通基礎設施構成災害性地質危害。主要原因會產生如圖中三個紅箭頭表示的內力（dP）、直應力（dN）和切應力（dT）。當2、3號滑動面在雨水潤滑作用下，滑動面中的內力（dP）和直應力（dN）值為零時，下滑切應力（dT）聚集達到無任何阻擋力的狀態(tài)時，就會產生大面積滑坡塌方，2015年1月5日發(fā)生在遵赤高速習水二郎鄉(xiāng)路段的滑坡塌方就屬于此種情況。

那么，在交通基礎設施建成后高角度邊坡采取什么樣的工程防治，才能不發(fā)生地質災害呢？上截面圖（1）中綠色線就是消除交通基礎設施建成后不發(fā)生地質災害有效防治線，在實際工程施工過程中，這種方法叫梯式固坡法（也可叫階梯式固坡法），采取這種辦法可有效消除綠色線以上巖石構造體及巖石、土壤自身重量產生的切應力（dT）破壞作用，工程完工后事先消除了這種破壞性作用，就不會在工程使用過程中發(fā)生滑坡、塌方等地質災害，從而可避免交通基礎設施建成后因工程防治不利而產生的地質危害。

從上截面圖（1）中可看出，在已完工的交通基礎設施高角度邊坡治理中采用梯式固坡法（也可叫階梯式固坡法）可有效治理滑坡塌方等地質災害的發(fā)生。圖中綠色線為交通基礎設施建成后不發(fā)生地質危害的安全線（也叫工程穩(wěn)固線），為什么稱它為安全線、工程穩(wěn)固線呢？因為，從工程力學的角度去分析研究，這條線每一級臺階都可有效消剝除掉2、3號節(jié)理滑動面由切應力（dT）而產生的巖層下滑，從而避免因巖層下滑導致的滑坡塌方等地質災害的發(fā)生，達到有效防治地質災害之目的。

2.2 當巖層傾向與坡向相同時梯式固坡法解析

當巖層傾向與坡向一致時，巖性如果是薄層灰?guī)r時且層理面夾有泥土，這樣的高角度邊坡巖層也是極不穩(wěn)定，一旦遇雨水長期沖刷作用也極易造成滑坡塌方等地質災害發(fā)生。當交通基礎設施建成后高角度邊坡巖性為泥巖、頁巖、板巖、砂巖時就要根據高角度邊坡坡度特征，布置梯式固坡工程可有效防治滑坡塌方等地質災害，下圖（2）中綠色線就是有效防治滑坡塌方等地質災害發(fā)生的穩(wěn)固線和安全線。

為什么稱其為穩(wěn)固線和安全線呢！從圖（2）中可分析，當巖層傾向和坡向傾斜方向一致時，且組成邊坡巖性為泥質砂巖，泥巖，砂質泥巖或是頁巖時，經多次構造運動影響，巖層極易產生順坡向的節(jié)理裂隙地質構造，當內力（dP）和直應力（dN）相互作用力抵消為零時，這時切應力（dT）就會受外力（如暴雨、振動、地震等）作用，導致大面積滑坡塌方等地質災害。如果在工程建設過程中采用梯式固坡法，就會有效地剝除綠色線以上節(jié)理裂隙構造隱患而產生的滑坡塌方等地質災害，使交通基礎設施建成后安全可靠。

圖（3）

在已建成的交通基礎設施高角度邊坡治理滑坡、塌方大都采用網格狀混凝土樁基加植物固坡法，采用此種方法可省工、省時、省建設費用。交通基礎設施建成完工后雖在短期內未出現滑坡、塌方等地質災害，但遇到自然災害如暴雨就會沿順坡向巖層構造面發(fā)生滑坡塌方等地質災害，如上圖（3）中就是一典型工程防治采用不當方法而造成的地質災害，雖然滑坡未造成重大財產損失和生命安全，但影響了工程進度和材料的浪費。采用這樣的防治措施在一些工程建設領域帶有普遍性，究其原因不外乎以下幾點，一是施工方為節(jié)省建設費用和趕工期，二是工程在施工前未進行詳細地質災害勘查和地質災害隱患排查論證，沒有把防治地質災害的發(fā)生擺在工程建設過程中的突出地位來抓，三是工程施工前的地質災害勘查經費投入不足，致使地勘部門沒有投入更多的人力來排查產生潛在地質災害隱患，致使工程在完工后，由于采取不當防治工程，導致工程建成后再次發(fā)生地質災害。

如何做到工程建成后的使用安全，是擺在我們國家各工程施工單位面前的重大課題，也是國家在項目論證和規(guī)劃實施過程中必須考慮的重大課題，也就是說國家在論證帶區(qū)域性全局性重大交通基礎設施過程中，就必須把前期地質勘查作為整個工程建設過程中的重要一環(huán)加以技術標準細化，針對不同工程建設編制不同地質勘查技術規(guī)范和資金投入標準，從而可避免在工程地質勘查中執(zhí)行一套固定籠統(tǒng)的技術規(guī)范及資金投入標準。

當前，在我們國家所面臨的現實問題是不論工程大小、重點工程還是一般工程都是按一個技術規(guī)范和資金投入標準進行前期工程地質勘查，故而造成工程地質勘查技術成果粗糙，對潛在易造成后期安全隱患的地質災害構造沒有仔細勘察論證，如上圖（3）中就是一典型工程防治措施不當，導致再發(fā)性地質災害產生的工程安全事故。要是在工程防治措施得當或有一點工程安全常識，也不會在工程防治措施實施后，還發(fā)生如此地質災害。

2.3 巖層傾向、傾角、節(jié)理滑動面與坡度基本相同，但巖層傾角平緩，梯式固坡法解析

上圖（4）中，當巖層傾向與坡向相同，但巖層傾角平緩，在泥質砂巖和砂質泥巖地段施工形成的高角度邊坡中，常?？梢姵示W格狀線條布滿巖層中，這是由于受多次構造擠壓作用使得巖層破碎而形成的節(jié)理、劈理、線理等地質構造線；同時還會形成如圖（4）中2、3節(jié)理構造滑動面。當構造滑動面不斷擴張時蠕動，這時巖層在自身重量產生的切應力（dT）作用影響下，就會形成極不穩(wěn)定的地質構造面，一旦遇到自然災害時，譬如暴雨沖刷、震動或地震等外力作用，就會造成大面積的滑坡坍塌，對已建成使用的交通基礎設施造成很大的地質危害。

如果在工程勘察過程中仔細收集這些不利工程建成后的安全地質隱患，采取適當的工程防患措施，就會避免工程設施建成后的地質災害的發(fā)生。如圖（4）中的綠色線就是工程設施在遇到泥質砂巖和砂質泥巖邊坡中所采用的梯式固坡的安全線。

4 結論

預防工程后期地質災害的發(fā)生，工程前期的地質勘查是關鍵。

要改變傳統(tǒng)的工程地質勘查籠統(tǒng)的技術規(guī)范和資金預算標準；要針對不同工程制定相應的工程地質勘查技術規(guī)范和資金預算標準。譬如鐵路、公路建設工程地質勘查技術規(guī)范和資金預算標準就要區(qū)分于地產、水利和一般性工程建設工程地質勘查技術規(guī)范和資金預算標準?？傊槍Σ煌こ探ㄔO要制定相應工程地質勘查技術規(guī)范和資金預算標準，只有這樣，才能針對不同工程設施采取不同工程防治措施來預防工程設施建成后不發(fā)生或少發(fā)生地質災害，減少國家及人民群眾生命財產損失。

節(jié)應力解析及梯式固坡法在地質災害防治中的應用

■劉建平

P694[文獻碼]B

1000-405X（2016）-10-378-2