赤平投影在某廠房邊坡穩(wěn)定分析中的應(yīng)用

康家亮，趙海闊，劉文生，于洪翔

（中水東北勘測設(shè)計(jì)有限責(zé)任公司地質(zhì)處，吉林 長春 130021）

1 赤平投影原理

極射赤平投影簡稱赤平投影，它主要用來表示線和面的方向、相互間的角距關(guān)系及其運(yùn)動(dòng)軌跡，把物體三位空間的幾何要素（線、面）反應(yīng)在投影平面上進(jìn)行研究處理[1]。邊坡水利水電工程施工中遇到的許多巖質(zhì)邊坡的穩(wěn)定性主要受結(jié)構(gòu)面控制，邊坡的破壞主要是由結(jié)構(gòu)面切割形成的楔形體失穩(wěn)造成的。赤平投影可以確定結(jié)構(gòu)面和邊坡臨空面的組合關(guān)系，可以確定楔形體的幾何形態(tài)、空間分布及變形位移方位。因此，采用赤平投影分析巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性十分簡便、直觀，可以代替繁雜的公式演算。水利水電工程施工中通常采用赤平極射投影進(jìn)行邊坡穩(wěn)定性分析，得出定性的結(jié)論，及時(shí)地發(fā)出地質(zhì)預(yù)報(bào)，對不穩(wěn)定邊坡及早采取進(jìn)一步的處理措施。

赤平投影分析邊坡穩(wěn)定性的方式有以下4種[2]（見圖1，此文均采用下半球投影）[3]，圖中A點(diǎn)代表結(jié)構(gòu)面的圓弧頂點(diǎn)，C點(diǎn)代表兩結(jié)構(gòu)面交線的交點(diǎn)：1）A或者C位于Ⅰ區(qū)內(nèi)，則說明結(jié)構(gòu)面或兩結(jié)構(gòu)面交線傾向與邊坡傾向相反，邊坡屬穩(wěn)定結(jié)構(gòu)；2）A或者C位于II區(qū)內(nèi)，則說明結(jié)構(gòu)面或兩結(jié)構(gòu)面交線傾向與邊坡傾向相同，但其位于邊坡弧線內(nèi)側(cè)，傾角大于邊坡傾角，邊坡屬較穩(wěn)定結(jié)構(gòu)；3）A或者C位于III區(qū)內(nèi)，則說明結(jié)構(gòu)面或兩結(jié)構(gòu)面交線傾向與邊坡傾向相同，但傾角小于內(nèi)摩擦角，邊坡屬較穩(wěn)定結(jié)構(gòu)；4）A或者C位于IV區(qū)內(nèi)，則說明結(jié)構(gòu)面或兩結(jié)構(gòu)面交線傾向與邊坡傾向相同，其傾角小于邊坡傾角并且大于內(nèi)摩擦角，邊坡屬不穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。

圖1 赤平投影穩(wěn)定性分析理論

2 工程概況

2.1 邊坡設(shè)計(jì)

覆蓋層開挖坡比1∶1.5，每隔15 m高設(shè)一級(jí)馬道，馬道寬2 m，坡腳設(shè)擋渣坎，基巖開挖坡比1∶0.5，采用10 cm厚噴混凝土，局部錨桿及掛網(wǎng)支護(hù)。由于施工控制較差，實(shí)際開挖邊坡整體坡度約63°。

2.2 地質(zhì)條件

1）地層巖性。工程邊坡為某水利樞紐廠房后邊坡，山坡自然坡度一般30°～43°。開挖范圍內(nèi)，覆蓋層厚約0～5 m，主要為坡積混合土碎石、碎石混合土等，局部基巖裸露，基巖為中等風(fēng)化閃長玢巖，中等風(fēng)化帶厚度大于50 m，巖體較完整。

2）地質(zhì)構(gòu)造。邊坡部位構(gòu)造不發(fā)育，未發(fā)現(xiàn)區(qū)域性斷裂及斷裂構(gòu)造形跡，地質(zhì)構(gòu)造簡單。開挖揭露該部位出露2條小斷層，邊坡巖體節(jié)理不發(fā)育，局部節(jié)理較發(fā)育，節(jié)理間距一般1～2 m，節(jié)理面較平直，呈閉合或微張狀態(tài)。根據(jù)節(jié)理統(tǒng)計(jì)，存在幾組優(yōu)勢節(jié)理，見表1。

表1 邊坡主要結(jié)構(gòu)面統(tǒng)計(jì)表

3）水文地質(zhì)。該邊坡為巖質(zhì)邊坡，地表水對邊坡的沖刷影響較小。地下水類型為基巖裂隙水，埋深一般大于50 m，受大氣降水垂直滲入補(bǔ)給和地下徑流補(bǔ)給，向低處徑流排泄。邊坡支護(hù)采取了排水措施，地下水對邊坡的穩(wěn)定影響較小。

3 赤平投影穩(wěn)定分析

根據(jù)節(jié)理在邊坡上出露的位置及產(chǎn)狀，對其可能的組合關(guān)系進(jìn)行赤平投影分析，結(jié)果見圖2。根據(jù)圖解，結(jié)構(gòu)面組合共有3個(gè)不利組合塊體形成，f1和 f2組合交線為 OA，傾向 144°，傾角為 26°；J2和 J3組合交線為 OB，傾向 100°，傾角為 27°；J1和 J3組合交線為 OC，傾向 110°，傾角為 14°，3 個(gè)組合塊體傾向均傾向坡外，傾角均小于邊坡傾角，但也小于結(jié)構(gòu)面內(nèi)摩擦角，判斷為較穩(wěn)定體。為增加廠房邊坡安全系數(shù)，對邊坡存在不利組合塊體的部位，進(jìn)行了加強(qiáng)錨固，確保邊坡運(yùn)行安全。

圖2 邊坡赤平投影分析圖

4 結(jié)語

1）采用赤平投影分析巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性十分有效，而且非常簡便、直觀。

2）通過赤平投影對該邊坡的穩(wěn)定分析，得出結(jié)構(gòu)面切割邊坡巖體產(chǎn)生不利的傾向坡外的楔形體，邊坡屬較不穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。

3）建議采取加長錨桿或錨索對不利組合塊體部位加強(qiáng)支護(hù)。

［1］徐開禮，朱志澄.構(gòu)造地質(zhì)學(xué)［M］.（第2版）.北京：地質(zhì)出版社，1989.

［2］《工程地質(zhì)手冊》編委會(huì).工程地質(zhì)手冊［M］.（第四版）.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2007.

［3］唐熊，鐘艷飛.赤平投影在某巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性分析中的應(yīng)用［J］.山西建筑，2010（27）：107-108.