巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性的工程地質(zhì)研究

■張春何

(福建省第四地質(zhì)大隊福建寧德352000)

巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性的工程地質(zhì)研究

■張春何

(福建省第四地質(zhì)大隊福建寧德352000)

隨著經(jīng)濟的不斷增長，我國加大了工程的建設(shè)力度。在工程建設(shè)過程中，巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性對工期和工程造價有較大的影響。此外，在邊坡工程設(shè)計與施工過程中，巖質(zhì)邊坡是工程施工的主要依據(jù)，進而為工程建設(shè)的決策提供有利保障。因此，本文針對巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性工程地質(zhì)進行了研究，通過對巖質(zhì)邊坡地形和巖體結(jié)構(gòu)等方面展開了分析，從而為工程施工提供一定的理論基礎(chǔ)，并最大程度的保證工程施工的安全和質(zhì)量。

巖質(zhì)邊坡 穩(wěn)定性 工程地質(zhì) 巖體結(jié)構(gòu)

巖體工程作為主要工程之一，經(jīng)常碰到巖質(zhì)邊坡的施工，其對地質(zhì)條件有嚴(yán)格要求。當(dāng)巖質(zhì)邊坡遭到破壞，其結(jié)構(gòu)失去穩(wěn)定性，將導(dǎo)致巖土工程出現(xiàn)工程事故和災(zāi)害。由于巖體內(nèi)結(jié)構(gòu)面和結(jié)構(gòu)體的排列組合形式具有復(fù)雜性，在工程地質(zhì)條件下，除了需要選擇好豎井井位、斜井井口以外，還必須對坡形和巖體等進行綜合分析，通過風(fēng)化外部、動力載荷等因素對巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性進行分析，從而確保工程施工質(zhì)量。

1　基本概念

1.1工程地質(zhì)因素力學(xué)概念

自然邊坡是因外力與內(nèi)力共同作用下產(chǎn)生的一種地貌形態(tài)，邊坡高低、陡緩都能從地貌特征上反映出來?；谶@一特征，能夠表現(xiàn)出平衡演變規(guī)律?？梢詮牡刭|(zhì)學(xué)與力學(xué)兩個方面對邊坡穩(wěn)定性進行分析，并要結(jié)合具體的工程地質(zhì)因素。在國內(nèi)外眾多研究中，力學(xué)方面研究成果更多?？够c滑動力是邊坡穩(wěn)定性計算力學(xué)的重要依據(jù)，其中，抗滑表示的是內(nèi)在聚應(yīng)力與摩擦力之間的總和。比如，土質(zhì)邊坡的土顆粒摩擦力與內(nèi)在聚力是決定應(yīng)力的關(guān)鍵。巖質(zhì)邊坡出現(xiàn)破壞會沿著結(jié)構(gòu)面開裂，而內(nèi)聚力與摩擦力也決定著抗滑力?；瑒恿εc外力作用相同，巖體自重是外力的一種，單一方式存在，而水動力則是多種形式存在，這些都能夠用數(shù)據(jù)表現(xiàn)出來?？梢杂萌缦玛P(guān)系式表示工程地質(zhì)因素，能夠?qū)⒖够εc滑動力大小表示出來，兩者之間的比可以用n表示。

n=抗滑力/滑動力

通過上述公式，可以將工程地質(zhì)因素劃分為滑動力因素與抗滑力因素，比如，巖石組成、巖土結(jié)構(gòu)、水作用、震動作用等。對抗滑力因素與滑動力因素的劃分并不是永恒不變的，也可以使用矩原理計算，滑動力作用就是巖體自重，在被動區(qū)間起到抗滑效果。

1.2巖體結(jié)構(gòu)的概念

巖體結(jié)構(gòu)與巖石結(jié)構(gòu)存在相似性，但又有諸多不同，概念分為兩個方面：一方面是以相互排列的關(guān)系組成巖石；另一方面是組成巖石顆粒大小與形態(tài)，也包含顆粒表面特性內(nèi)容。從力學(xué)角度上看，巖體變形取決于外力作用方向與強度，受結(jié)構(gòu)面影響大，以單獨結(jié)構(gòu)面或者結(jié)構(gòu)體不能取得較好的研究效果。結(jié)合邊坡穩(wěn)定性，能夠?qū)r體劃分為三種，分別是層狀結(jié)構(gòu)邊坡、塊狀結(jié)構(gòu)邊坡、網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)邊坡等。在自然形態(tài)中，三種巖體會相互交錯存在一個巖體內(nèi)。

2　巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性分析方法和計算原理

當(dāng)前，在對工程中的巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性加以分析的方法有兩種，分別是極限平衡法和數(shù)值分析法。對于極限平衡法，主要是在邊坡滑動面確定的情況下，結(jié)合滑裂面的抗滑力和滑動力，然后計算安全系數(shù)。在采用極限平衡法對巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性進行分析過程中，應(yīng)該將巖塊看作一個剛體，對巖體應(yīng)力予以忽略，并不考慮巖質(zhì)邊坡的分布與變形。對于數(shù)值分析法，主要是借助于計算機對數(shù)值加以分析。比如，利用DDA和塊元體、有限元等對巖質(zhì)邊坡的應(yīng)力場和位移場予以確定，并得到安全系數(shù)[1]。極限平衡理論是一種主要的確定性方法，使用極限平衡理論對巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性進行檢測時，需要在滑動趨勢范圍內(nèi)，將邊坡巖體以規(guī)則化的小塊體形式，以塊體的平衡條件為基礎(chǔ)，建立邊坡靜力平衡方程，對安全系數(shù)加以求解。巖質(zhì)邊坡工程的地質(zhì)環(huán)境和外界條件復(fù)雜性較強，而且?guī)r體有不均勻性、不連續(xù)性等特點，因而巖質(zhì)邊坡工程十分復(fù)雜。但是，通過利用數(shù)值分析法，并遵循巖體的破壞原則，對邊坡的拉裂、塑性區(qū)和壓碎區(qū)予以確定，繼而得到巖質(zhì)邊坡的位移場和應(yīng)力，然后通過模擬巖質(zhì)邊坡的支護和開挖，降低地下滲水和地震等對邊坡穩(wěn)定性的影響[2]。

在對巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性進行分析過程中，需要按照相關(guān)原理加以計算，利用強度折減法思路進行計算。通過對巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性予以分析，可以發(fā)現(xiàn)在外荷載或自重作用下，邊坡穩(wěn)定性將遭到破壞，所以塑性區(qū)會貫穿整個坡體，從而形成一道滑裂帶，進而導(dǎo)致坡體會沿著滑裂帶向下滑動，最終在滑裂帶的坡體上形成機動結(jié)構(gòu)。依據(jù)強度折減法思路，將巖體的參數(shù)c、除以折減系數(shù)，從而計算坡體最小安全系數(shù)，此時，巖質(zhì)邊坡的巖土將達到臨界狀態(tài)，使得剪切發(fā)生破壞。在折減思路作用下，能夠?qū)r質(zhì)邊坡穩(wěn)定性進行準(zhǔn)確計算，從而判斷邊坡穩(wěn)定性

3　影響邊坡穩(wěn)定性的內(nèi)在因素

地貌條件：地球內(nèi)在應(yīng)力作用下將產(chǎn)生不同的地貌形態(tài)，更會對巖質(zhì)邊坡產(chǎn)生一定影響，主要表現(xiàn)在在以下幾方面：出現(xiàn)了臨空面，說明邊坡處于失穩(wěn)狀態(tài)，而在山體中臨空面出現(xiàn)的情況較少，說明邊坡具有較強的穩(wěn)定性，工程地質(zhì)情況相似時，平面凹形穩(wěn)定性將比凸形穩(wěn)定性高；從地貌單元位置上看，陡坡、陡崖、河流的凹陷地帶穩(wěn)定性不強。

巖石性質(zhì)：如果巖石松軟、強度低、抗風(fēng)能力弱表示邊坡穩(wěn)定性差；巖石礦物組成成分也會影響到邊坡穩(wěn)定性。比如，松軟巖質(zhì)邊坡中附帶有粘土礦將使穩(wěn)定性提升，但如果含有是蒙脫石將使穩(wěn)定性降低，因為黏土礦親水性弱，膨脹系數(shù)低，蒙脫石則正好相反[3]。因為巖質(zhì)不同，不同巖性組成的邊坡破壞形式也會存在差異。比如，泥巖、紅色葉巖、泥質(zhì)巖以及裂隙粘土都會在滑坡地層中出現(xiàn)，將不會出現(xiàn)高陡的自然邊坡。但如果是堅硬巖層，則會組成較高的自然陡立邊坡，邊坡一旦失穩(wěn)將出現(xiàn)坍塌。

結(jié)構(gòu)面與傾角方向存在穩(wěn)定性關(guān)系：如果穩(wěn)定性控制面傾向比邊坡角度小時，穩(wěn)定性低，但穩(wěn)定性控制面高于邊坡角度，則穩(wěn)定性較好；傾向一致的緩傾邊坡，如果結(jié)構(gòu)越陡，就表示穩(wěn)定性越強。

4　巖質(zhì)邊坡的地形條件和巖體特征

4.1巖質(zhì)邊坡地形條件

本文將以漳州～龍巖高速路段為例，分析巖質(zhì)邊坡地形條件與特征。該路段起于漳州市長洲立交橋，終于龍巖龍門。其中龍巖段沿線地形險峻，高山陡坡居多，而且不同類別的巖質(zhì)邊坡地質(zhì)條件極其復(fù)雜。通過反復(fù)論證，最終采用高架橋為主、隧洞道為輔的方案，高架橋有石崆山II號、建安關(guān)高架橋、九沙溪高架橋等。其中，以石崆山II號高架橋巖質(zhì)邊坡路段的工程地質(zhì)條件最為復(fù)雜，屬深切窄谷地貌。石崆深I(lǐng)I號的右線巖質(zhì)邊坡走向由東向西，長度約200m，整體坡向為向南傾斜，然后對巖質(zhì)邊坡進行綜合概化測繪。

4.2巖質(zhì)邊坡結(jié)構(gòu)面和結(jié)構(gòu)類型特征

本區(qū)巖性為燕山早期黑云母中?；◢弾r，風(fēng)化程度低，巖質(zhì)新鮮。此路段巖質(zhì)邊坡在發(fā)育過程中，一般會形成很多結(jié)構(gòu)面，然而這些結(jié)構(gòu)面的貫通性較差，在貫通性不良的情況下，結(jié)構(gòu)面將不容易進入填充物[4]，同時延伸長度較小，結(jié)構(gòu)面的間距較大（平均間距一般大于2.50m），而且大多數(shù)是緊閉型，結(jié)構(gòu)面表面較粗糙，是比較典型的剛性接觸。巖質(zhì)邊坡的巖體呈現(xiàn)完整狀態(tài)，是由硬質(zhì)花崗巖構(gòu)成的塊狀結(jié)構(gòu)型巖體，具有較強的穩(wěn)定性[5]。

5　結(jié)束語

在工程施工過程中，巖質(zhì)邊坡工程成為施工的主要環(huán)節(jié)，然而由于受到水、地形、地貌等因素的影響，使得巖質(zhì)邊坡的巖體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性發(fā)生了改變，甚至破壞了其機理。因此，必須對巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性的工程地質(zhì)進行分析，并采取有效方法提升結(jié)構(gòu)面穩(wěn)定性，從而提高巖體工程質(zhì)量。

[1]蘇新建,陳筠,郭果等.貴州某緩傾順層巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性分析與評價 [J].貴州大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版）,2013,30(1):111～115,125.

[2]宋玉環(huán),黃潤秋,巨能攀等.鯉魚塘水庫溢洪道邊坡穩(wěn)定性的巖體結(jié)構(gòu)分析 [J].工程地質(zhì)學(xué)報,2010,18(4):529～533.

[3]郭永建.基于錨桿軸力監(jiān)測的公路巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性評價研究 [D].長安大學(xué),2011.

[4]黃鍵,石丹冬,馬天華等.影響巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性的工程地質(zhì)條件探討 [J].建材與裝飾, 2014(45):91～92.

[5]羅聰,袁偉民,胡盛明等.坡底軟弱夾層對巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性的影響 [C].//全國公路工程地質(zhì)科技情報網(wǎng)2010年技術(shù)交流會論文集.2010:127～131.

P642[文獻碼]B

1000～405X（2016）～4～471～2