基于赤平投影法的某巖質(zhì)邊坡的穩(wěn)定性分析

袁慧鵬

(西藏大學(xué)工學(xué)院 西藏 拉薩 850000)

一、引言

隨著我國經(jīng)濟的迅速發(fā)展，西部地區(qū)也得到了快速發(fā)展，西部地區(qū)多山地丘陵，地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)，其中，邊坡穩(wěn)定性問題為建設(shè)工程中最關(guān)心的問題之一。

巖質(zhì)邊坡在受地質(zhì)構(gòu)造和卸荷的作用下，使得巖體受到多組結(jié)構(gòu)面切割作用而形成不穩(wěn)定塊體，這些塊體將沿著一組或者多組結(jié)構(gòu)面滑動，從而形成危巖落石[1]。目前，赤平投影法是判斷這類穩(wěn)定問題的主要方法之一，并被廣泛應(yīng)用到巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性問題中。在20世紀中后期，我國專家學(xué)者[2-3]通過對邊坡的大量研究，對邊坡巖體的結(jié)構(gòu)類型進行了劃分，在赤平投影法的理論基礎(chǔ)上，提出了運用實體比例的投影方法，對邊坡塊體破壞的計算和邊坡穩(wěn)定性進行判斷。

在野外勘察資料的基礎(chǔ)上，獲得該邊坡的幾組優(yōu)勢結(jié)構(gòu)面，運用赤平投影法分析邊坡幾組結(jié)構(gòu)面組合形式，并在不計粘聚力的情況下對邊坡進行簡單定量分析，此方法可快速篩選出邊坡的不穩(wěn)定結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀組合。

二、工程概況

四川省阿壩藏族羌族自治州臥龍鎮(zhèn)境內(nèi)的某巖質(zhì)邊坡，臨近國道G350，屬深切高山、高中山峽谷冰川地貌，地勢高差懸殊，山巒陡峻、挺拔，地面高程2000～2800m，自然坡度26～60°。邊坡地帶基巖大片裸露，覆土薄，緩坡地帶及溝槽覆土相對較厚。

該邊坡在地質(zhì)構(gòu)造和卸荷作用下，形成3組較為發(fā)育的優(yōu)勢結(jié)構(gòu)面，其中層面C表面粗糙，裂隙寬度0.1～3cm，層理間距約25～100cm；結(jié)構(gòu)面J1表面粗糙，裂隙寬度0.1～5cm，節(jié)理間距約10～140cm；結(jié)構(gòu)面J2表面粗糙，裂隙寬度0.1～0.5cm，節(jié)理間距約20～80cm。

三、邊坡穩(wěn)定性赤平投影分析

巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性赤平投影法分析原理：將邊坡巖體結(jié)構(gòu)面劃分為多組主控結(jié)構(gòu)面，然后用赤平投影法研究各組結(jié)構(gòu)面與臨空面的切割關(guān)系，分析巖體滑移方向和穩(wěn)定性[4]。

赤平投影法可快捷的判斷坡面與結(jié)構(gòu)面的空間組合關(guān)系，通過對幾組結(jié)構(gòu)面的相互組合進行分析，并結(jié)合在不計粘聚力情況下，計算出各類滑塊的穩(wěn)定系數(shù)K，從而判斷該巖質(zhì)邊坡的穩(wěn)定性。各類滑塊的穩(wěn)定系數(shù)K可以按式(1)～(3)確定[5]：

直接墜落K=0

(1)

單滑面K=cotαi·tanφi

(2)

(3)

式中：αi為單滑面傾角；φi為等效內(nèi)摩擦角；γij為雙滑面交線的傾角；γi、γj為雙滑面交線的法線分別于所相交的兩個滑面Pi、Pj面法線的夾角。

根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查的資料，該邊坡有三組發(fā)育的優(yōu)勢結(jié)構(gòu)面，選取坡面平均產(chǎn)狀(329°∠41°)進行穩(wěn)定性分析，依據(jù)結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀資料繪制該邊坡的赤平投影圖(圖1所示)。

根據(jù)赤平投影圖可知，塊體1、12、13的滑動方向與邊坡的傾向相反，不會在坡面上產(chǎn)生滑塌體，所以屬于穩(wěn)定狀態(tài)；塊體2、3、23滑動方向與邊坡傾向基本相同，可能發(fā)生平面滑動或者楔形破壞。結(jié)合根據(jù)公式(1)～(3)計算出的各類塊體的穩(wěn)定系數(shù)K可知，塊體2的穩(wěn)定性系數(shù)為2.26、塊體23的穩(wěn)定性系數(shù)為2.35，所以塊體2、23處于穩(wěn)定狀態(tài)；塊體3的穩(wěn)定性系數(shù)為0.9，為不穩(wěn)定塊體。

從赤平投影圖可以看出墜落體G，單滑面1、3，雙滑面12、13、23切割錐的投影均與邊坡巖體的投影區(qū)相交。因此，這些塊體不會從坡面上產(chǎn)生滑塌體，塊體3不會在坡面上產(chǎn)生滑塌體，所以該邊坡在自然狀態(tài)下是基本穩(wěn)定的。

注釋：箭頭所指方向為滑塌體的滑動方向。

圖1 邊坡穩(wěn)定性赤平投影分析

四、結(jié)論

(1)通過赤平投影法對某巖質(zhì)邊坡結(jié)構(gòu)面的空間組合關(guān)系進行分析，該邊坡巖體在三組層理面的組合作用下，切割形成多組塊體，其中塊體3為不穩(wěn)定塊體，因單滑面3切割錐的投影與邊坡巖體的投影區(qū)相交，所以，塊體3不會從坡面上形成滑塌體，在自然狀態(tài)下邊坡基本穩(wěn)定。

(2)該邊坡在自然狀態(tài)下處于基本穩(wěn)定狀態(tài)，因臨近國道，出于安全考慮，需要對該邊坡坡面因風化、卸荷脫離巖體的部分塊體的進行清理，并采取相應(yīng)治理措施。

(3)赤平投影法是一種簡便快捷的巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定分析方法，在野外工作時，可以快速對邊坡進行穩(wěn)定性評價。