淺析隧道口邊坡破壞機(jī)理及破壞模式

王統(tǒng)平

（重慶市南岸區(qū)市政設(shè)施管理處，重慶 401336）

淺析隧道口邊坡破壞機(jī)理及破壞模式

王統(tǒng)平

（重慶市南岸區(qū)市政設(shè)施管理處，重慶 401336）

隨著我國(guó)土建事業(yè)的發(fā)展，高速公路建設(shè)中橋隧比例日益加大。因此，對(duì)邊坡破壞機(jī)理及破壞模式研究有重要工程意義，文中通過(guò)分析隧道洞口邊坡形成條件，提出了石質(zhì)邊坡和土質(zhì)邊坡不同的破壞機(jī)理及破壞模式，為工程設(shè)計(jì)、邊坡施工和邊坡災(zāi)害治理提供了理論參考依據(jù)。

引言

伴隨著我國(guó)基礎(chǔ)建設(shè)的不斷發(fā)展，高速公路作為基礎(chǔ)建設(shè)的重要組成部分，已經(jīng)成為我國(guó)公路建設(shè)的主流，隧道結(jié)構(gòu)也越來(lái)越復(fù)雜，大斷面、大跨徑、連拱隧道等形式也逐步多樣化，因此，研究隧道口邊坡的破壞機(jī)理及破壞模式是十分必要的。國(guó)內(nèi)外學(xué)者都對(duì)隧道口的破壞機(jī)理和破壞模式做了大量的研究，如羅健、查學(xué)東等以常吉高速公路殿會(huì)坪隧道為例，對(duì)隧道口現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行沉降測(cè)試，并從地質(zhì)條件、地下水情況、地形地貌、施工方法、施工質(zhì)量等方面分析了影響隧道仰坡穩(wěn)定性的因素；許明雷應(yīng)用隧道監(jiān)控量測(cè)及有限元分析手段對(duì)隧道仰坡穩(wěn)定性進(jìn)行有效預(yù)警預(yù)報(bào)的重要性研究，得出通過(guò)監(jiān)控量測(cè)的信息反饋，可以有效避免工程事故的發(fā)生，有限元模擬分析可以作為監(jiān)控量測(cè)的一種有效輔助手段。

隧道洞口巖質(zhì)邊坡破壞機(jī)理及破壞模式

隧道洞口分為巖質(zhì)邊坡和土質(zhì)邊坡兩種。在研究巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性的過(guò)程中，首先對(duì)巖體的結(jié)構(gòu)面和結(jié)構(gòu)體進(jìn)行分析，是影響巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性的主要因素。結(jié)構(gòu)面是常發(fā)生物理力學(xué)形變和物理化學(xué)作用的強(qiáng)烈反應(yīng)地帶，降低了巖體整體結(jié)構(gòu)性致使巖體強(qiáng)度降低。大量巖質(zhì)邊坡工程事故表明，不穩(wěn)定的巖體常識(shí)沿著固定的界面產(chǎn)生破壞，一般表現(xiàn)為張拉破裂、剪切滑移和錯(cuò)動(dòng)變形等破壞形式。因此，研究巖質(zhì)邊坡的破壞機(jī)理及破壞模式有一定的工程意義。

隧道洞口巖質(zhì)邊坡破壞機(jī)理

隧道洞口邊坡中，巖質(zhì)邊坡與土質(zhì)邊坡相比，在破壞模式及機(jī)理上均有較大差別，在巖質(zhì)邊坡的巖體中能夠看到各種類的擴(kuò)張裂縫，巖體可能沿著原有或新產(chǎn)生的薄弱面移動(dòng)破壞，形成一個(gè)或多個(gè)線性或弓形裂縫。而擴(kuò)張裂縫的形成表明原巖體已經(jīng)無(wú)法通過(guò)巖體的原拉應(yīng)力維持巖體穩(wěn)定性，且隨著裂縫的發(fā)育逐漸形成滑動(dòng)面，分裂的巖體也會(huì)從形成的“釋放表面”剝落，形成偏移病害，危及邊坡穩(wěn)定性。

雖然巖體結(jié)構(gòu)和周圍環(huán)境的差異性，但巖體的破壞機(jī)理一般遵循以下原則：

（1）有限巖體塊是由不連續(xù)面及開(kāi)挖面相交形成；

（2）不利方向破壞巖體塊首先滑出，留出后續(xù)空間供余下破壞塊體滑出，其中第一滑塊稱為關(guān)鍵塊；

（3）假設(shè)巖體滿足某種滑動(dòng)的動(dòng)力條件，沿某固定方向的表面或塊體邊緣的滑動(dòng)。其中最主要的是在開(kāi)挖空間內(nèi)，塊體能夠移動(dòng)；

（4）假設(shè)邊坡滑動(dòng)會(huì)受阻擋或被限制，破壞巖體可能發(fā)生旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，因此，當(dāng)滑體不沿開(kāi)露面運(yùn)動(dòng)時(shí)，可能發(fā)生傾倒、崩塌、塊體跌落及扭轉(zhuǎn)破壞等；

隧道洞口巖質(zhì)邊坡破壞模式

通過(guò)對(duì)隧道洞口邊坡巖體的外部特征觀察，能夠大致推測(cè)邊坡穩(wěn)定程度、破壞發(fā)生可能性及曾經(jīng)發(fā)生破壞的變化。

由于隧道洞口邊坡巖體結(jié)構(gòu)復(fù)雜多樣性，巖質(zhì)邊坡的主要破壞形式分為：平面破壞、傾倒破壞及楔體破壞。其中，平面破壞和楔體破壞是巖質(zhì)邊坡破壞中較為常見(jiàn)的破壞形式，但是傾倒破壞是一種很重要的破壞形式。除去上述三種巖質(zhì)邊坡主要破壞模式外，還有如侵蝕破壞、潰屈破壞、斷裂破壞等其他破壞模式。另，在巖體脆弱段和巖體節(jié)理異常發(fā)育或己經(jīng)破碎的巖質(zhì)邊坡地帶也常發(fā)生圓弧破壞。以下對(duì)三種主要的巖質(zhì)邊坡破壞模式作詳細(xì)分析：

（1）平面破壞

平面破壞是指在層理發(fā)育且產(chǎn)狀穩(wěn)定，特別是有軟弱夾層的沉積巖及層狀變質(zhì)巖中形成破裂面，造成巖體平面滑動(dòng)。當(dāng)層面傾向與坡面傾向一致但傾角緩于后者，且傾角大于摩擦角時(shí)，常發(fā)生平面破壞。當(dāng)平面破壞發(fā)生時(shí)，在巖質(zhì)滑體兩側(cè)應(yīng)有釋放面才能使滑體脫離巖體下滑，外凸坡體的自由面即為釋放面。當(dāng)側(cè)面不臨空時(shí)，滑體兩側(cè)也應(yīng)有地質(zhì)間斷面以形成破壞釋放面。

（2）傾倒破壞

傾倒破壞是指巖柱或巖塊繞某固定破壞基準(zhǔn)面轉(zhuǎn)動(dòng)形成的巖質(zhì)邊坡破壞模式。其主要破壞模式表現(xiàn)為：塊體傾倒、巖體彎曲傾倒；其主要的破壞過(guò)程及破壞機(jī)理為：隧道松口巖質(zhì)邊坡裂隙性巖體在應(yīng)力松弛和風(fēng)化作用下形成寬厚的分割組合體，分割塊體隨著塊體間的風(fēng)化作用進(jìn)一步下沉，且在下沉破壞過(guò)程中會(huì)伴有局部性剪切滑動(dòng)、傾倒和旋轉(zhuǎn)破壞等混合變形，最終出現(xiàn)某一固定的幾何破壞面，形成傾倒破壞模式。

（3）楔體滑動(dòng)破壞

楔體滑動(dòng)破壞是指在非成層的塊狀巖體中，由于地質(zhì)間斷面作用，將巖體切割為多個(gè)楔形體。當(dāng)兩個(gè)不連續(xù)面巖體的走向斜交坡面，其交線在坡面上露出時(shí)，若該交線傾角顯著大于巖體摩擦角，則位于該不連續(xù)面上的楔形巖體可能會(huì)沿著交線下滑。在節(jié)理發(fā)育的硬巖斜坡中，潛在的楔形巖體是較為普遍的現(xiàn)象，但一般情況下楔形巖體規(guī)模較小，且?guī)r質(zhì)較緊密，不會(huì)對(duì)施工造成嚴(yán)重威脅，但是當(dāng)若巖質(zhì)坡體中存在產(chǎn)狀不利的斷層及間斷交叉時(shí)，可能也會(huì)形成巨型楔體。

隧道洞口土質(zhì)邊坡破壞機(jī)理及破壞模式

隧道洞口土質(zhì)邊坡破壞機(jī)理

相對(duì)巖質(zhì)邊坡，土質(zhì)邊坡更加強(qiáng)調(diào)建筑材料對(duì)度參數(shù)對(duì)土質(zhì)邊坡穩(wěn)定性的影響，而巖質(zhì)邊坡更多考慮結(jié)構(gòu)體中結(jié)構(gòu)面破壞的因素。土質(zhì)邊坡的破壞主要是因?yàn)檫吰峦馏w強(qiáng)度及邊坡形態(tài)變化，而造成影響邊坡穩(wěn)定性控制因素的改變。對(duì)于特殊形態(tài)及特殊土質(zhì)的邊坡，若坡體內(nèi)存在風(fēng)化結(jié)構(gòu)裂隙，也可能嚴(yán)重影響邊坡穩(wěn)定性。

隧道洞口土質(zhì)邊坡破壞模式

隧道洞口土質(zhì)邊坡因其周圍地質(zhì)環(huán)境、水文環(huán)境的不同，其破壞模式也存在很大差異性，隨著工程進(jìn)度，應(yīng)力狀態(tài)不斷改變，則演變出不同的破壞模式，其中主要的破壞模式有：滑塌、滑坡破壞，崩坍破壞，錯(cuò)落破壞和坡面破壞等。

（1）滑塌、滑坡破壞

滑塌、滑坡破壞一般發(fā)生在高邊坡位置，是由于在施工開(kāi)挖過(guò)程中蠕動(dòng)變形——后緣拉裂破壞形成，土體中主要表現(xiàn)為自重力作用，邊坡開(kāi)挖后隨著應(yīng)力發(fā)生偏轉(zhuǎn)，形成平行于坡面的最大主應(yīng)力和與之垂直相交的最小主應(yīng)力，兩應(yīng)力的交線成為剪應(yīng)力軌跡，且應(yīng)力偏轉(zhuǎn)程度與坡高和坡形有直接關(guān)系，其坡越高，剪應(yīng)力在坡腳越集中，同時(shí)在坡腳形成較高的集中壓應(yīng)力。

（2）崩坍模式

崩坍模式是最常見(jiàn)土質(zhì)邊坡破壞模式。在土質(zhì)邊坡形成的暴露外表，使坡形產(chǎn)生改變，最終在土體下部形成反坡，與土體發(fā)育裂隙耦合形成下滑組合體，最終發(fā)生崩塌破壞。而形成反坡的主要原因有：坡腳水的作用、坡腳剪應(yīng)力較為集中、地表水沖刷作用及風(fēng)化作用等。

（3）錯(cuò)落破壞

錯(cuò)落破壞模式是指當(dāng)邊坡坡腳存在軟弱圍巖或呈濕陷性黃土在地下水作用下形成壓碎等情況下，邊坡本身不能夠承擔(dān)坡體壓力，發(fā)生邊坡下錯(cuò)，造成結(jié)構(gòu)物或坡體開(kāi)裂、傾覆。

（4）坡面破壞

坡面破壞模式主要是坡面水沖刷、坡肩侵蝕剝離和濕陷。主要影響因素：坡面傾斜度、坡面徑流、坡面水流量大小及土?？辜魪?qiáng)度等。

結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)隧道洞口邊坡不同地質(zhì)情況，水文情況研究分析，提出了隧道洞口巖質(zhì)邊坡和土質(zhì)邊坡破壞機(jī)理及破壞模式，其中巖質(zhì)邊坡破壞模式分為：平面破壞、傾倒破壞及楔體破壞；土質(zhì)邊坡破壞模式分為：滑塌、滑坡破壞，崩坍破壞，錯(cuò)落破壞和坡面破壞。能夠?yàn)楣こ淘O(shè)計(jì)和邊坡治理提供一定的理論經(jīng)驗(yàn)。

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1007-6344（2015）02-0185-01