托苗坳左高邊坡破壞成因機制與穩(wěn)定性分析★

張書華 趙中華

(1.三峽大學科技學院，湖北 宜昌 443002; 2.湖北清江水電開發(fā)有限責任公司，湖北 宜昌 443002)

·巖土工程·地基基礎·

托苗坳左高邊坡破壞成因機制與穩(wěn)定性分析★

張書華1趙中華2

(1.三峽大學科技學院，湖北 宜昌 443002; 2.湖北清江水電開發(fā)有限責任公司，湖北 宜昌 443002)

針對貴州省水口至格龍(榕江)高速公路AT17合同段托苗坳左超高邊坡YK75+905～YK76+200段在開挖深路塹并支護高邊坡基本完成后，在雨季強降雨影響下，發(fā)生了變形破壞的現(xiàn)象進行了分析，闡述了高邊坡基本形態(tài)及變形破壞成因機制，提出了高邊坡穩(wěn)定性分析建議參數及治理措施。

路塹高邊坡，變形破壞成因，治理措施

貴州省水口至格龍(榕江)高速公路YK75+800～YK76+204路段，原設計為托苗坳小間距短隧道，進口淺埋段軟弱夾層、斷層破碎帶穩(wěn)定性極差使成洞十分困難，經業(yè)主和專家組確定將整個隧道工程改為深路塹工程。按此變更方案開挖深路塹并支護高邊坡基本完成后，由于邊坡坡體軟弱夾層、斷層破碎帶極其發(fā)育，范圍顯著擴大，導致高邊坡在雨季強降雨影響下，發(fā)生巖土體蠕動變形，產生拉裂、剪裂現(xiàn)象，坡面及開挖面可見明顯的變形拉裂破壞現(xiàn)象，有進一步發(fā)生滑坡的危險，故急需進行防護治理。

1 地質環(huán)境條件

1.1 水文地質條件

本區(qū)屬亞熱帶溫暖氣候區(qū)，雨量充沛，年均降水1 050 mm～1 250 mm，降雨量的75%主要集中在5月份～8月份，雨季易形成洪水、泥石流、滑坡、崩塌等自然災害，連續(xù)、集中的強降雨為誘發(fā)高邊坡變形破壞提供了水動力條件。

地下水主要有第四系松散堆積物孔隙滯水和基巖構造裂隙水兩種類型。孔隙滯水季節(jié)性賦存于山坡表層覆蓋層孔隙中，由大氣降水入滲補給，由于含水層分布不連續(xù)，厚度不大，土層結構松散，處于高邊坡地形，孔隙水易于向坡腳或下伏強風化帶下滲排泄，其貯水條件差，富水性弱，僅為季節(jié)性滯水，但雨季較豐富。據鉆探資料，覆蓋層中鉆進漏水現(xiàn)象嚴重，終孔靜止水位多位于下伏基巖內或無水，表明覆蓋層孔隙發(fā)育，滲透性強，貯水性能差。持續(xù)強降雨期間，土體含水量劇增乃至飽和，雨后地下水則順坡排向沖溝溪流。因此，土體含水量在豐水期較大。

1.2 地形地貌

折線形左高邊坡坡面傾向NNW343°，左高邊坡已形成七級邊坡，其中第二級坡設有抗滑樁平臺，將來作為連接線公路，邊坡頂部標高約884 m，高速路面標高約777 m，總體坡高約107 m。

高邊坡的北東側為一山脊，呈NE50°走向。山脊與人工邊坡之間殘留了原始的坳溝，寬約10 m，深約4 m，植被發(fā)育，目前無水，已設置人工排水溝，山脊植被發(fā)育，多杉樹和灌木。北東坡腳為在修的連接線，有幾處工棚。高邊坡南東側為Y形沖溝，無水。

1.3 地層巖性

該邊坡覆蓋層為殘坡積含角礫粉質粘土、粘土，最大厚度4.70 m，稍濕，稍密，角礫成分以變余砂巖、泥巖為主，棱角狀～次棱角狀，粒徑一般為2 cm～4 cm，中間充填粉質粘土，充填物含量約20%。

強風化淺變質泥質砂巖分布在二級邊坡開挖面以上，黃褐～灰黃色，干～稍濕，砂質結構，層狀構造，主要礦物成分為長石、石英，含少量粘土礦物。由于處托苗坳斷裂中，巖體受構造作用強烈，裂隙十分發(fā)育，巖體呈碎裂狀結構，裂隙間充填粘土，擾動易散，濕水易崩解和泥化。粉砂質泥巖：紫紅、褐紅色，主要礦物成分為長石、石英等，受托苗斷裂影響，節(jié)理及裂隙十分發(fā)育，巖石呈角礫狀結構，風化強烈，巖體多為角礫夾砂土狀，裂隙表面明顯可見灰黑色鐵錳質薄膜，充填泥質；結構穩(wěn)定性及水穩(wěn)性差。

強風化斷層角礫—糜棱巖：灰黃～黃紅色，分布于高邊坡坡肩一帶，邊坡面上局部也見到。原巖為變余粉砂巖，主要礦物成分為長石、石英等，由于斷裂構造作用強烈，節(jié)理及劈理十分發(fā)育，風化強烈，巖體多為角礫夾砂土狀，結構穩(wěn)定性及水穩(wěn)性差，另外明顯見寬1 m左右的斷層泥。

中風化斷層角礫—糜棱巖：青灰色，分布于高邊坡坡腳、坡體深部一帶。原巖為變余粉砂巖，主要礦物成分為長石、石英等，由于斷裂構造作用強烈，節(jié)理及劈理十分發(fā)育，巖石呈碎散角礫和片理狀結構，風化強烈，巖體多為角礫夾砂土狀，結構穩(wěn)定性及水穩(wěn)性差，巖體呈碎裂狀結構，可用機械直接挖掘。

1.4 地質構造

左高邊坡區(qū)位于北東向托苗坳向斜南東翼，次級小褶皺發(fā)育，巖層產狀變化明顯，可見多條規(guī)模不等斷裂破碎帶，在斷層構造巖中發(fā)育平行于層面的劈理和片理,分布密集，致使巖體極度破碎。

F1:走向NEE～SWW，斷裂產狀210°∠30°，寬約2.0 m，向東變窄。帶內巖石破碎呈角礫狀、碎塊狀，并夾有斷層泥，外表呈土黃、黃紅色，與斷裂兩側的差別明顯。斷裂南側巖層傾向SW，產狀在300°∠26°，局部略變陡，斷裂北側巖層產狀210°∠30°，該斷裂類似順層斷裂。

F2:分布在F1北側約16 m，走向NEE～SWW，斷裂產狀163°∠63°，寬約1.3 m，向西變窄。帶內巖石破碎呈角礫狀、碎塊狀，并夾有斷層泥，外表呈土黃、黃紅色，與斷裂兩側的差別明顯。斷裂南側巖層傾向SE，產狀在130°∠30°，局部略變陡，斷裂北側巖層產狀主體也向SE傾斜，該斷裂類似順層斷裂。

F3:位于F1的南西側，該斷裂見于開挖的陡坎上，走向NW～SE，傾向南西，產狀為230°∠45°，斷裂帶寬約1.5 m，帶內巖石成碎塊狀、角礫狀，夾有斷層泥。該斷裂截切了F1。

F4:走向NEE～SWW，斷裂產狀163°∠23°，寬約6.0 m，向東變窄。帶內巖石破碎呈角礫狀、碎塊狀，北側塊狀，夾有斷層泥，外表呈土黃、黃紅色，與斷裂兩側巖層的差別明顯，斷裂南側巖層傾向SW，產狀在128°∠56°，局部略變陡。該斷裂也類似順層斷裂。

F5:位于小號段坡腳，寬約0.8 m。帶內巖石破碎呈角礫狀、碎塊狀。

F8:位于二級平臺處，該斷裂見于開挖的邊坡陡坎上，走向NE～SW，傾向南東，產狀為110°∠68°，斷裂帶寬約2.5 m，帶內巖石呈碎塊狀、角礫狀。

工區(qū)總體上屬區(qū)域上的托苗坳向斜南東翼。在露頭上可見小褶皺，巖石呈碎塊狀、角礫狀。

2 高邊坡基本形態(tài)及變形特征

2.1 坡體平面特征

二級坡抗滑樁受到變形坡體推移作用的影響，向外發(fā)生一定的位移；地面變形主要表現(xiàn)為地表開裂、地面下沉，抗滑樁以上三級～五級坡體鼓凸；坡體后緣發(fā)育環(huán)形拉張下挫裂縫(拉張73 cm，前部下挫96 cm)。綜合分析研究，高邊坡可以分成兩塊變形體系特征。

2.1.1 后緣圓弧滑動變形體區(qū)(Ⅰ)

分布在高邊坡坡頂及后緣區(qū)域。在通信塔后側約7 m處可見一圓弧狀貫穿拉張裂隙，最大變形處位于通訊塔東側96°方向約11 m處，可見張開約73 cm，下沉96 cm；該拉張裂隙向北東約50 m處高邊坡上可見拉張約20 cm，下座不明顯；向SW約50 m的山坳附近可見拉張約22 cm，下座不是很明顯，該圓弧狀貫穿拉張裂隙為該區(qū)變形體后緣。變形體物質基本為碎石土+強風化變余砂巖、泥巖層。該區(qū)變形體前緣推測位于原先的第八級邊坡及斷裂帶F2，F(xiàn)4一帶，在2010年7月可見有裂隙，目前因搶險施工而基本清除。根據弓箭原理，推測該變形區(qū)總體滑動方向為NW312°左右，為淺層圓弧滑動變形。

2.1.2 折線與圓弧復合變形區(qū)(Ⅱ)

該變形區(qū)塊位于高邊坡中下部，原第八級邊坡至坡腳公路路面。該區(qū)東側變形見于NE向的山脊，可見近平行的3條NE走向的拉張裂隙，自東向西，張開幅度分布為20 cm，22 cm，63 cm，東側排水溝之中下部可見拉張裂隙，導致下部排水溝完全損毀，其走向在45°左右。張開約23 cm，其西側下滑明顯。該部分為圓弧變形區(qū)。

該區(qū)西側的高邊坡可見許多近平行的NE向裂隙，一般傾向SE，傾角在45°～60°左右。東側下滑，NW側外鼓，位移距離在20 cm左右。這些滑動面基本上是順巖層軟弱面發(fā)育，變形帶寬3 cm～20 cm不等，可見泥化層，較濕潤。變形位移導致框架變形拉裂，鋼筋扭曲；下降盤(東側)的框架懸空。

該區(qū)中部楔狀變形分布在高邊坡中部及西側(大號段)。主要變形集中在原第三級～第七級邊坡一帶。開挖面可見多組不同方向的變形裂縫、突出錯坎，組成復雜的楔狀體。

2.2 坡體垂向結構特征

根據兩條控制性勘探剖面揭示，高邊坡巖體成分組成復雜多變，相互間常呈過渡或交錯狀態(tài)，界線并不十分清晰，分布范圍廣、厚度大，且橫向、縱向差異變化較大。分層主要依據上下層的主體物質構成特征來劃分。

Ⅰ—Ⅰ′剖面前部已施工錨桿格構，巖體均由強～中風化破碎的斷裂帶物質組成，呈土夾石狀態(tài)，坡面均有裂縫張開及鼓凸；Ⅰ—Ⅰ′剖面中部坡段巖體上部相對較完整，但也被斷裂所切割呈塊狀、碎塊狀，下部深度巖體為斷裂帶物質組成；Ⅰ—Ⅰ′剖面后部坡段巖體較完整，坡面見拉張裂縫，張開度較大。另外在巖層中可見順層分布的鐵錳質軟夾層及斷層泥灰。

Ⅱ—Ⅱ′剖面巖體均由強～中風化破碎的斷裂帶物質組成，呈土夾石狀態(tài)。前部坡面均有裂縫張開及鼓凸、錯坎；中部坡段巖體被斷裂所切割呈塊狀、碎塊狀及角礫砂狀，巖體為斷裂帶物質組成；后部坡段坡面見拉張裂縫，張開度較大。另外在巖層中也可見順層分布的鐵錳質軟夾層及斷層泥灰。

從以上匯總分析，高邊坡為Ⅳ類型邊坡，為構造破碎帶規(guī)模較大、巖體不完整的碎裂結構巖質邊坡。

3 變形破壞成因機制分析

根據高邊坡地形地貌、物質組成、變形活動特征等，分析高邊坡變形破壞成因機制大致如下：

首先，邊坡開挖形成臨空面后，引起應力釋放，邊坡內應力重新調整。邊坡中下部及坡腳應力集中地帶巖體為托苗坳斷裂帶物質，巖體破碎及節(jié)理裂隙發(fā)育，另外坡體在多條小斷裂(如斷層泥灰軟化帶)切割分隔，巖體完整度極差，巖體力學強度急劇降低，故在應力集中部位巖土體發(fā)生壓密、位移，邊坡中上部易產生卸荷松弛變形，在加載、雨水等外因的作用下，坡體極易發(fā)生變形破壞。

其次，高邊坡區(qū)內典型的變形破壞現(xiàn)象均發(fā)生在豐水年雨季連續(xù)強降雨過程后。持續(xù)降雨達飽水狀態(tài)時巖土體強度降低，穩(wěn)定性變差，自重作用下亦可產生向下蠕動變形，形成大致平行于就近臨空面的拉張裂縫，或在自重作用下產生淺層變形、小滑移，形成平行于就近臨空面的拉張裂縫和錯落坎。局部陡臨空土體(小號坡腳側處)甚至發(fā)生坍滑破壞。

因此，該高邊坡在具備了地形地貌、物質組成、坡體結構等地質要素后，降雨是誘發(fā)坡體變形乃至破壞的外部主要因素。由于該誘發(fā)因素具有周期性和不確定性，因此，高邊坡變形破壞顯現(xiàn)出周期性發(fā)生和強度不等的特點。

邊坡變形破壞后，邊坡后緣就形成多條大致平行于主臨空面的拉張裂縫，在坡面形成多條剪切裂縫。在坡體局部巖體較完整的深部部位，格構錨索的錨固力大，明顯大于巖體破碎部位，防護效果強，故該巖體較完整區(qū)域變形位移較其他部位小，交錯部位形成剪裂縫及錯坎，這種情況主要發(fā)生在錨索格構區(qū)域。

根據剖面臨空條件、各巖土層力學性質及其相互接觸關系，結合危險面搜索和同類工程經驗判斷，該邊坡上部土層及強風化斷層角礫巖容易形成圓弧形剪切破壞。

4 高邊坡穩(wěn)定性分析及評價

高邊坡穩(wěn)定性分析采用剛體極限平衡法，所以只采用重度、抗剪強度指標。有關參數根據邊坡分層巖土體物質構成特點和土工試驗結果，參考類似工程經驗綜合確定。最終采用各層巖土的天然、飽和重度以及天然、飽和抗剪強度計算值如表1所示。

表1 邊坡穩(wěn)定性分析計算參數表

5 結語

1)高邊坡為一級邊坡，為Ⅳ類型及構造破碎帶規(guī)模較大、巖體不完整的碎裂結構巖質邊坡。強降水入滲易使水穩(wěn)性差的斷裂帶物質(泥化層、斷層泥灰)及強風化層軟化和崩解，影響了深路塹的邊坡的穩(wěn)定性。

2)邊坡主要由斷裂帶和節(jié)理裂隙聯(lián)合控制，易形成折線、圓弧形破壞，相對于整個坡體而言，潛在滑體屬于較深部的滑坡，需采取工程措施加以防范。坡體現(xiàn)在分為后緣圓弧滑動變形體系(Ⅰ)及折線與圓弧復合變形區(qū)(Ⅱ)，目前經對邊坡坡體消方減載，坡面無見新的裂縫，但根據中科院武漢巖土研究所的鉆孔測斜管監(jiān)測數據，錨索抗滑樁及坡體現(xiàn)在仍有一定的變形，但變形值很小。

3)建議設計按飽和工況、安全系數1.35要求設置坡面加固防護工程，抗滑支擋部位可參照剩余下滑推力計算結果，結合剖面中風化巖層埋深、對應條塊傳遞推力的大小等因素，綜合考慮擇優(yōu)布置。

4)水是影響坡體穩(wěn)定的重要因素，因此采取有效的坡面防排水措施，坡頂及坡緣修筑截排水溝，開挖后坡面進行封閉及植被處理，盡量恢復原始生態(tài)環(huán)境?？紤]到隧道開挖時見明顯滲水，建議坡面設排水孔。

5)鑒于該高邊坡挖深大，地質情況復雜，建議增加邊坡監(jiān)測，為動態(tài)設計、施工提供技術支撐。

Analysis of formation mechanism and stabilityof high rock slope failure for Tuomiao depression left★

ZHANG Shu-hua1ZHAO Zhong-hua2

(1.College of Science and Technology of China Three Gorges University, Yichang 443002, China；2.Hubei Qingjiang Hydropower Development Co.， Ltd， Yichang 443002, China)

Analyzes Guizhou province Shuikou to Gelong(Rongjiang) AT17 contract section of highway Tuomiao depression left super high slope of YK75 + 905 ～ YK76+200 segment in the excavation of deep cutting and support of high slope in rainy season basically completed, the strong rainfall influence， deformation damage. This paper expounds the formation mechanism of the basic form of deformation and failure of high side slope， puts forward the stability analysis of high slope parameters and the control measures.

cutting high slope, deformation damage causes， control measures

1009-6825(2014)36-0035-03

2014-10-18 ★:國家自然科學基金(項目編號：2516298)

張書華(1984- )，女，碩士，講師； 趙中華(1977- )，男，高級工程師

TU413.62

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