巖質(zhì)邊坡關(guān)鍵楔形體穩(wěn)定性分析

劉甩利

（山西省地球物理化學勘查院，山西運城044000）

巖質(zhì)邊坡關(guān)鍵楔形體穩(wěn)定性分析

劉甩利*

（山西省地球物理化學勘查院，山西運城044000）

深水河大橋左幅4號橋墩邊坡位于廣東省樂昌市梅花鎮(zhèn)大坪村老屋場境內(nèi)，此段線路約呈105°方向展布。人工邊坡是由于開挖廣樂高速公路深水河大橋左幅4號橋墩的施工便道及樁基承臺形成。施工便道和承臺開挖過程中坡體發(fā)生較大變形，屢見剝落、掉塊現(xiàn)象，給機械設(shè)備和施工人員的安全造成很大威脅，延誤施工工期。為了保障橋墩安全順利施工，有必要針對邊坡穩(wěn)定性進行專門的分析、評價并施以防治措施。對邊坡上發(fā)育規(guī)模較大、控制邊坡穩(wěn)定性的關(guān)鍵楔形體進行了支護前后的穩(wěn)定性分析，為邊坡加固設(shè)計提供理論依據(jù)。

巖質(zhì)邊坡；破壞模式；支護；穩(wěn)定系數(shù)

1 工程概況

深水河大橋左幅4號橋墩邊坡地處廣東省北部，南嶺山脈南麓，位于樂昌市梅花鎮(zhèn)大坪村老屋場境內(nèi)。邊坡區(qū)屬低中山—斜坡溝谷地貌區(qū)，地形起伏大，植被發(fā)育，山坡為雜草、灌木等，自然坡度一般為38°～50°；區(qū)域高程一般為217.7～392.4m，最大相對高差為174.7m。

邊坡位于廣東省樂昌市梅花鎮(zhèn)大坪村老屋場境內(nèi)，巖層總體向南東東傾斜，傾向為110°～130°，傾角35°～50°。邊坡頂部為第四系坡積土，坡體為寒武系八村群（∈Bc）淺變質(zhì)砂巖夾板巖，為巖質(zhì)坡。該人工邊坡為開挖施工便道和樁基承臺所致，整體呈鐘形。邊坡沿施工便道展布，坡長35m，中部實測最大坡高為26m，切坡面積約為720m2。該邊坡為高陡巖質(zhì)人工邊坡，坡面總體坡度較大，邊坡總體傾向為144°，傾角為68°，巖層與坡面斜交。邊坡前緣為在建廣樂高速深水河左幅4號橋墩的樁基及承臺。邊坡按線路的大里程方向，整體呈鐘形：邊坡中部最大坡高26m，左側(cè)小里程與右側(cè)大里程處開挖高度相對較小，均由坡頂延伸至施工便道。坡面總體坡度較大，為68°。目前狀況下，該橋墩開挖邊坡出露節(jié)理裂隙發(fā)育的強風化淺變質(zhì)砂巖，局部可見被節(jié)理裂隙切割的破碎巖塊從原巖體中脫落、滑出。樁基承臺已開挖至設(shè)計標高，目前邊坡整體處于基本穩(wěn)定狀態(tài)。由于風化作用和人為爆破震動使得坡體表層的破碎巖塊受擾動后發(fā)生剝落、掉塊現(xiàn)象，甚至局部有大的巖石塊體發(fā)生楔形體破壞，影響下部樁基的正常施工作業(yè)。若邊坡長時間受暴雨沖刷浸泡或其他外動力地質(zhì)作用，加劇邊坡表層局部變形破壞，故需及時對邊坡采取必要的治理措施。

2 工程地質(zhì)問題

深水河大橋左幅4號橋墩邊坡在未開挖前整體是穩(wěn)定的。施工后，邊坡開挖較深，原斜坡應(yīng)力狀態(tài)發(fā)生明顯改變，加之巖體節(jié)理裂隙較發(fā)育，致使開挖后邊坡表層的破碎巖體原應(yīng)力重分布，剝落、掉塊頻繁發(fā)生。在施工爆破震動或雨水等外荷載作用下，加劇坡體表層掉塊，甚至是結(jié)構(gòu)面切割貫通形成一定規(guī)模的楔形體崩塌滑移。該邊坡的地質(zhì)問題有可能威脅施工人員安全，影響橋墩樁基和承臺的正常施工，延誤工期。

3 邊坡穩(wěn)定性分析與評價

3.1 安全等級及設(shè)計標準

根據(jù)《深水河大橋邊坡工程地質(zhì)勘察報告》和現(xiàn)場調(diào)查結(jié)果，深水河大橋左幅4號橋墩邊坡失穩(wěn)后危害嚴重程度，結(jié)合邊坡類型與坡高等綜合因素，根據(jù)《公路路基設(shè)計規(guī)范》(JTG D30-2004)確定其安全等級為一級。設(shè)計工況：自重+暴雨作用+地震作用。邊坡防護安全等級為一級，破壞主要為折線破壞，采用折線滑動法計算時邊坡安全系數(shù)為1.10。

3.2 邊坡破壞模式分析

巖質(zhì)邊坡的破壞模式，取決于邊坡巖體中的節(jié)理裂隙、層面和坡面的相互組合關(guān)系，坡體結(jié)構(gòu)類型不同，其可能的破壞模式也不盡相同[1-3]。

深水河大橋左幅4號橋墩邊坡區(qū)上覆地層為坡積碎石土(Qdl4)，下伏基巖為寒武系八村群（∈Bc）淺變質(zhì)砂巖夾板巖，灰黃色、黃褐色，風化劇烈，變余砂質(zhì)結(jié)構(gòu)，泥鈣質(zhì)膠結(jié)，主要礦物成份為長石、石英及絹云母等，碎塊狀。邊坡最大高度為26m，長約35m，坡面傾向為144°，傾角68°，坡面傾向與巖層傾向夾角26°，為巖質(zhì)斜交坡，邊坡存在沿優(yōu)勢結(jié)構(gòu)面及強風化破碎帶滑動的可能性。巖層產(chǎn)狀為110°～130°∠35°～50°，開挖坡面出露強—中風化基巖。主要發(fā)育3組裂隙：①341°～355°∠42°～48°，張性，充填泥質(zhì)，密度4～6條/m，可見延伸0.40～2.00m；②183°～200°∠65°～80°，密度3～5條/m，閉合，可見延伸0.20～4.00m；③95°～105°∠66°～71°密度4～6條/m，閉合，可見延伸0.30～5.00m；順坡向發(fā)育的裂隙，對邊坡穩(wěn)定性影響大，是重點防護的結(jié)構(gòu)面和段落。取其中代表性節(jié)理作赤平投影，如圖1所示。

圖1 深水河大橋橋墩邊坡赤平投影圖（上半球）

從圖1可以看出，結(jié)構(gòu)面組合（J2-C、J3-C）向坡外傾斜，2組結(jié)構(gòu)面的大圓交線均小于邊坡面的傾角且都在摩擦圓之內(nèi)，邊坡存在潛在不穩(wěn)定性。J1-C交線向坡內(nèi)傾，切割為楔形塊體；J2-C交線傾向與坡面傾向夾角為22°，易沿節(jié)理裂隙產(chǎn)生一定規(guī)模的表層滑移，局部發(fā)生掉塊；J2-J3交線與邊坡投影弧在同側(cè)，結(jié)構(gòu)面組合交線的傾向與坡面相同，交線傾角為58°，大于結(jié)構(gòu)面內(nèi)摩擦角但小于開挖后坡角，易形成楔形體，楔塊處于欠穩(wěn)定狀態(tài)；J1-J3、J1-J2交線傾角為別為34°、 14°，且與邊坡投影弧在異側(cè)，J1-J3結(jié)構(gòu)面組合切割表層巖體而發(fā)生掉塊剝落，J1-J2結(jié)構(gòu)面組合則易形成與坡向斜交的楔塊滑塌。由此可知，邊坡巖體在節(jié)理與層面4組結(jié)構(gòu)面相互切割作用下易形成不同規(guī)模的楔形體，在機械施工、爆破擾動和降雨等外動力因素影響下，將會形成塊體脫落、掉塊，局部楔形體滑移變形，甚至沿著不規(guī)則切割面產(chǎn)生楔形體滑塌。因此，需要及時治理，避免對施工人員和機械造成危害。

3.3 楔體破壞模式定量分析

楔體破壞是巖質(zhì)邊坡失穩(wěn)的一種主要模式，在地質(zhì)情況揭露的前提下，根據(jù)赤平投影分析確定哪一條或2條結(jié)構(gòu)面可能形成的不穩(wěn)定楔塊[4-6]。取典型可能滑塌的楔形體進行分析如下：

①楔形體Ⅰ：節(jié)理1，節(jié)理2、坡面及坡頂面組成。

圖2 楔形體Ⅰ加固支護設(shè)計

經(jīng)計算分析，在設(shè)計工況下，穩(wěn)定性分析結(jié)果為FS=1.022，支護后楔形體穩(wěn)定系數(shù)FS=1.548。

②楔形體Ⅱ：節(jié)理2，節(jié)理3、坡面及坡頂面組成。

圖3 楔形體Ⅱ加固支護設(shè)計

經(jīng)計算分析，在設(shè)計工況下，穩(wěn)定性分析結(jié)果為FS=1.052，支護后楔形體穩(wěn)定系數(shù)FS=1.411。

③楔形體Ⅲ：節(jié)理2，坡面、坡面及坡頂面組成。經(jīng)計算分析，在設(shè)計工況下，穩(wěn)定性分析結(jié)果為FS= 1.089，支護后楔形體穩(wěn)定系數(shù)FS=1.447。

圖4 楔形體Ⅲ加固支護設(shè)計

4 結(jié)論

為了防止邊坡結(jié)構(gòu)面相互切割貫通后發(fā)生楔形體滑移，在邊坡影響橋墩運行區(qū)域采取施設(shè)隨機巖石錨桿+監(jiān)測工程的治理措施。邊坡治理的范圍為沿開挖坡面距離承臺邊緣5～6m區(qū)域之內(nèi)，較危險區(qū)域適當擴大范圍。治理區(qū)域左起ZK28+872.3，測設(shè)線左8.75m處，右止于ZK28+855.4，測設(shè)線右18.5m。邊坡展開治理范圍為35m。邊坡治理應(yīng)針對斜坡變形破壞的特點進行，在治理過程中應(yīng)采用分層次治理原則。邊坡防治的目標是采用防治工程輔以安全監(jiān)測，確保邊坡在橋墩正常運營前的施工階段內(nèi)不發(fā)生失穩(wěn)破壞。經(jīng)過對關(guān)鍵楔體的加固支護，在設(shè)計工部內(nèi)，可以防止邊坡失穩(wěn)的發(fā)生。

[1] EVERT HOEK,JOHN BRAY.Rock Slope Engineering,The In-stitution of Mining and Metallurgy[M].London:The GreshamPress,1974.

[2]朱凡,張永興,張波,姜廣榮.滑動楔形體的簡捷極限變形平衡法[J].重慶大學學報,2003,26(5):104-105.

[3]潘家錚.建筑物的抗剪穩(wěn)定和滑坡分析[M].北京:中國電力出版社,1995.

[4]蔣爵光.用赤平投影進行節(jié)理巖體穩(wěn)定性分析的方[J].西南交通大學學報，1985，2(5):54-61.

[5]孫廣忠.巖體結(jié)構(gòu)力學[M].北京:科學出版社，1988.

[6]祝玉學.邊坡可靠性分析[M].北京:冶金工業(yè)出版社,1993.

TD82.72

A

1004-5716(2015)04-0020-03

2014-04-03

劉甩利（1978-），女（漢族），陜西武功人，工程師，現(xiàn)從事工程勘察、災(zāi)害治理等相關(guān)工作。