環(huán)境工程治理中風(fēng)化花崗巖邊坡破壞和防治分析

梁艷瓊

（廣西正宇建設(shè)工程有限公司）

環(huán)境工程治理中風(fēng)化花崗巖邊坡破壞和防治分析

梁艷瓊

（廣西正宇建設(shè)工程有限公司）

人類改造自然的能力越強(qiáng)，對環(huán)境的破壞力就越大，在社會發(fā)展過程當(dāng)中，進(jìn)行環(huán)境工程治理是保證可持續(xù)發(fā)展的重要舉措。在本文中，筆者通過對影響風(fēng)化花崗巖邊坡穩(wěn)定性的因素的分析，認(rèn)為風(fēng)化花崗巖邊坡主要有滑移型及崩塌型兩種破壞方式，并對該類型邊坡的防治措施提出建議。

花崗巖；邊坡；破壞類型；破壞方式；防治

引言

花崗巖（Granite），大陸地殼的主要組成部分，是一種巖漿在地表以下凝結(jié)形成的火成巖，其質(zhì)地堅(jiān)硬，巖體抗壓強(qiáng)度高，但其風(fēng)化物具有易軟化崩解等物理力學(xué)性質(zhì)。受母巖性質(zhì)及風(fēng)化作用的差異影響，風(fēng)化花崗巖邊坡表現(xiàn)出不同于均質(zhì)土邊坡及巖質(zhì)邊坡的特性。本文對花崗巖風(fēng)化物的特性、風(fēng)化花崗巖邊坡的破壞方式及防治措施進(jìn)行了初步探討。

1 風(fēng)化花崗巖特性

1.1 風(fēng)化花崗巖的形成

花崗巖在溫暖濕熱的氣候下，母巖遭受異常強(qiáng)烈的物理、化學(xué)風(fēng)化作用，母巖中的主要礦物有石英、長石、云母及角閃石。石英是穩(wěn)定礦物，殘留成石英角礫，長石、云母等經(jīng)風(fēng)化、水解及碳酸化等作用，生成次生的粘土礦物。從母巖角度來看，中～粗?；◢弾r多風(fēng)化為礫質(zhì)性粘土，砂質(zhì)性粘土由中～細(xì)?；◢弾r風(fēng)化而成，粘性土基本為巖脈風(fēng)化而成。

風(fēng)化花崗巖的風(fēng)化程度及其物理力學(xué)性質(zhì)在垂向上呈現(xiàn)漸變過程，因此花崗巖風(fēng)化物不存在下臥軟弱夾層問題。在自然界中，除上述正常風(fēng)化帶外，由于花崗巖的礦物成分、巖石結(jié)構(gòu)構(gòu)造、巖體斷裂與節(jié)理裂隙發(fā)育、地形地貌、地下水分布狀況等眾多因素影響，普遍存在不均勻風(fēng)化現(xiàn)象，其中以球狀風(fēng)化較為常見。風(fēng)化球指的是在全風(fēng)化帶中呈等級突變賦存的強(qiáng)風(fēng)化、弱風(fēng)化巖塊或在強(qiáng)風(fēng)化帶中呈等級突變賦存的弱風(fēng)化巖塊。風(fēng)化球的分布具有離散性大、埋藏深度大、空間賦存特征不規(guī)則的特點(diǎn)[1]，因此很難準(zhǔn)確的揭示其實(shí)際的外形。但是，從其形成機(jī)理的角度，一般認(rèn)為其具有呈“橢圓”外形的特點(diǎn)[2]。

1.2 風(fēng)化花崗巖的軟化崩解

風(fēng)化花崗巖的軟化特性是指隨著含水量的增加，其強(qiáng)度降低、壓縮性增大的性質(zhì)。含水量的增加，風(fēng)化花崗巖中起膠結(jié)作用的游離氧化物的溶解量隨之增加，從而使土體強(qiáng)度降低、壓縮性增大[3]。另一方面，風(fēng)化花崗巖的軟化也表現(xiàn)為減壓軟化和損傷軟化，在土體開挖受到擾動或在重力作用下土體崩崗剝離時，土體圍壓減小并且膠結(jié)作用受到擾動損傷，土體力學(xué)強(qiáng)度喪失較大，出現(xiàn)明顯的軟化。

風(fēng)化花崗巖的崩解性指遇水后巖土體發(fā)生結(jié)構(gòu)性分散，呈散粒狀、片狀及塊狀掉剝崩落現(xiàn)象，是不可逆的過程。浸水前，巖土體有效應(yīng)力由顆粒間吸力組成并且保持平衡。浸水之后，大孔隙間的濕吸力由于水分增加相對緩慢呈現(xiàn)增加態(tài)勢，而小孔隙由于含水率的增加，濕吸力與可變結(jié)構(gòu)吸力不斷減小，即土顆粒間吸力不斷減小，導(dǎo)致土體有效應(yīng)力發(fā)生改變，當(dāng)上述孔隙氣壓力大于土體的有效應(yīng)力時，土體便發(fā)生崩解破壞[4]。

1.3 風(fēng)化花崗巖的微裂隙

花崗巖風(fēng)化后，母巖中原有的軟弱巖脈風(fēng)化而成的結(jié)構(gòu)面和原有的節(jié)理裂隙面仍存在于風(fēng)化物中，大部分被高嶺土、蒙脫石、綠泥石等填充。同時，花崗巖中常見不均勻分布的巖脈，有些巖脈抗風(fēng)化能力較強(qiáng)，而有些巖脈抗風(fēng)化能力較弱，如二長巖脈、煌斑巖脈等，前者在風(fēng)化物中形成硬化層，而后者形成純高嶺土化的軟弱夾層，由此形成風(fēng)化物中的原生和次生裂隙。風(fēng)化花崗巖還存在許多由于自然氣候影響、風(fēng)化作用、臨空面形成等原因而產(chǎn)生的次生裂隙。這些裂隙多為閉合或充填有充填物，各組裂隙的發(fā)育程度、長短、規(guī)模不一，縱橫交錯，將花崗巖殘積土分割成均勻的楔形體[5]。

2 風(fēng)化花崗巖邊坡的破壞類型

2.1 風(fēng)化花崗巖邊坡破壞的特點(diǎn)

作者通過對周邊地區(qū)的調(diào)查，發(fā)現(xiàn)風(fēng)化花崗巖邊坡的破壞具有以下幾個特點(diǎn)：

（1）主要發(fā)生在地形相對高陡的低山區(qū)和低山丘陵區(qū)。

（2）雨季多發(fā)，旱季少見。其高發(fā)期與當(dāng)?shù)亟涤旮叻迤诜浅Ｎ呛稀?/p>

（3）邊坡破壞主要以滑坡、崩塌為主，一般規(guī)模較小，但突發(fā)性強(qiáng)，運(yùn)動速度快，往往造成較大損失。

（4）人類工程活動引發(fā)的比重大。調(diào)查中發(fā)現(xiàn)的邊坡破壞大多數(shù)與人類工程活動有關(guān)，主要由村民削坡建房、修路切坡等活動引發(fā)，自然因素產(chǎn)生的較少。

（5）一些陡峭的斜坡上常有風(fēng)化球出露，一旦邊坡土體發(fā)生崩塌或滑坡，導(dǎo)致風(fēng)化球基座失穩(wěn)，風(fēng)化球往往隨之發(fā)生翻滾并沖下斜坡，其破壞力巨大。

（6）破壞的邊坡一般植被覆蓋較差，大多數(shù)人工邊坡巖土體直接裸露。

2.2 風(fēng)化花崗巖邊坡破壞影響因素分析

影響邊坡穩(wěn)定性的內(nèi)因主要是邊坡坡率較陡、高度較大、不良的巖性風(fēng)化條件和巖土體結(jié)構(gòu)特征。對于全、強(qiáng)風(fēng)化花崗巖，當(dāng)開挖坡度較陡時，由于開挖卸荷，在近邊坡面一定范圍內(nèi)的巖體中，發(fā)生應(yīng)力重分布作用，使邊坡巖體處于重分布應(yīng)力狀態(tài)，坡面附近產(chǎn)生應(yīng)力集中帶。為適應(yīng)重分布應(yīng)力狀態(tài)，巖土體內(nèi)部就會形成沿最大剪應(yīng)力面發(fā)展的剪應(yīng)力蠕變帶，在風(fēng)化花崗巖的自重條件下潛在的剪切滑動面逐漸貫通，產(chǎn)生圓弧形的整體破壞。在弱風(fēng)化花崗巖巖體中，巖土體的穩(wěn)定性受到結(jié)構(gòu)面組合控制。結(jié)構(gòu)面的存在使坡體中應(yīng)力發(fā)生不連續(xù)分布，并在結(jié)構(gòu)面周邊或端點(diǎn)形成應(yīng)力集中帶。長大的節(jié)理裂隙和軟弱結(jié)構(gòu)面對巖體變形及邊坡失穩(wěn)破壞起控制作用，當(dāng)這些結(jié)構(gòu)面和坡面組合成傾向坡外的相對獨(dú)立單元體時，就有產(chǎn)生塊體失穩(wěn)或者掉塊的可能。

影響邊坡穩(wěn)定性的外因主要是降雨、施工擾動等。降雨一般是邊坡失穩(wěn)的直接誘發(fā)因素，降雨入滲后風(fēng)化花崗巖體的容重增加，巖土體軟化，內(nèi)聚力降低，同時孔隙水壓增高，產(chǎn)生浮托力、動水壓力和靜水壓力，使巖土體抗剪強(qiáng)度大幅降低；其次，雨水入滲后會降低巖土體的抗剪強(qiáng)度，直接影響到邊坡的穩(wěn)定。當(dāng)雨水沿節(jié)理裂隙滲入后，軟化了結(jié)構(gòu)面中的填充物質(zhì)或者直接起到潤滑作用，降低了結(jié)構(gòu)面的抗剪強(qiáng)度，更有利于巖土體失穩(wěn)。另外，當(dāng)坡面的風(fēng)化顆粒遇到薄層水流和地表徑流時會產(chǎn)生不同程度的坡面沖蝕，進(jìn)一步發(fā)展還會導(dǎo)致邊坡坍塌[6]。施工開挖地邊坡產(chǎn)生臨空面，破壞邊坡自然穩(wěn)定狀態(tài)，邊坡上部加載也會引起邊坡失穩(wěn)。

2.3 風(fēng)化花崗巖邊坡破壞類型

2.3.1 滑移破壞型

（1）圓弧形破壞

花崗巖全風(fēng)化成砂狀，巖質(zhì)軟，巖體質(zhì)量差，可看作是類均質(zhì)體，邊坡中的結(jié)構(gòu)面反傾，不對邊坡的破壞起控制作用時，邊坡便以這種形式破壞。其失穩(wěn)方式為沿巖土體中最大剪應(yīng)力面發(fā)生的圓弧型滑動，特別是在強(qiáng)降雨條件下，巖土體飽水以后，更易以這種模式發(fā)生破壞。呈散體結(jié)構(gòu)的強(qiáng)風(fēng)化花崗巖也具備發(fā)生類似變形破壞的條件。

（2）直線型破壞

穩(wěn)定性主要受風(fēng)化花崗巖坡體中的節(jié)理、裂隙面控制。由于該類型邊坡節(jié)理、裂隙發(fā)育，巖土體被切割成大小不一的塊體，邊坡未開挖前各塊體相互作用，處于平衡狀態(tài)；但當(dāng)邊坡一旦開挖產(chǎn)生臨空面后，應(yīng)力釋放裂隙產(chǎn)生張開，這些結(jié)構(gòu)面往往成為地表水在坡體中的滲流通道，地表水下滲使裂隙中的充填物產(chǎn)生泥化和膨脹，結(jié)構(gòu)面力學(xué)強(qiáng)度快速降低，當(dāng)這些結(jié)構(gòu)面傾向坡體臨空面時。上部巖土體很容易沿這些結(jié)構(gòu)面發(fā)生滑移[7]。該類破壞主要取決于邊坡臨空面與結(jié)構(gòu)面的空間組合及軟弱面的抗剪強(qiáng)度。此類邊坡破壞多發(fā)生在雨季，降雨入滲使結(jié)構(gòu)面進(jìn)一步軟化，滑體原有裂隙擴(kuò)展或產(chǎn)生新裂隙，逐漸解體為滑動塊體，沿結(jié)構(gòu)面剪出。

2.3.2 崩塌破壞型

該類邊坡主要受控于節(jié)理裂隙和結(jié)構(gòu)面的組合，當(dāng)結(jié)構(gòu)面傾向坡體臨空面且陡立時，便容易引起崩塌破壞。在花崗巖巖體中，結(jié)構(gòu)面往往為巖脈或火山巖形成時產(chǎn)生的不連續(xù)面，這些結(jié)構(gòu)面大多較陡。邊坡開挖時，由于卸荷作用，應(yīng)力重新分布后使這些結(jié)構(gòu)面開裂，一般自坡肩前緣由外至里，由上至下擴(kuò)展，在與其它裂隙和結(jié)構(gòu)面共同作用下，逐步貫通。在重力及降雨等因素影響下，巖土體向臨空面傾覆墜落而產(chǎn)生崩塌破壞。

3 風(fēng)化花崗巖邊坡的防治措施

（1）邊坡被開挖后應(yīng)抓緊時間防護(hù)，減少邊坡暴露面和暴露時間。

（2）降雨和匯水是影響邊坡穩(wěn)定性的主要因素，因此應(yīng)采取有效的截排水方案。

（3）邊坡防護(hù)不僅要考慮防沖刷、防風(fēng)化問題，還要考慮到邊坡的生態(tài)美觀和周圍環(huán)境的保護(hù)。應(yīng)盡快恢復(fù)植被，使防護(hù)工程的植被與周圍環(huán)境融為一體。

（4）對于滑移破壞型邊坡可采用截排水系統(tǒng)加土釘墻、錨桿擋墻或重力式擋墻、抗滑樁等進(jìn)行支護(hù)，崩塌破壞型邊坡則多采用截排水系統(tǒng)加錨桿擋墻、格柵護(hù)坡、掛網(wǎng)噴護(hù)，噴植護(hù)坡等措施。在實(shí)際應(yīng)用中，由于很多風(fēng)化花崗巖邊坡情況復(fù)雜，單一的防治措施往往難以取得預(yù)期的效果，因此，常采取將幾種辦法結(jié)合使用，在工程實(shí)踐中取得了良好的效果。

4 結(jié)論

（1）風(fēng)化花崗巖各風(fēng)化帶的風(fēng)化程度及其物理力學(xué)性質(zhì)在垂向上呈現(xiàn)漸變過程，局部存在不均勻風(fēng)化現(xiàn)象。

（2）邊坡坡率、遇水易崩解軟化的特性、裂隙發(fā)育程度、降雨及人工擾動是影響風(fēng)化花崗巖邊坡穩(wěn)定性重要因素。

（3）風(fēng)化花崗巖邊坡破壞類型分為滑移破壞及崩塌破壞兩大類。

（4）風(fēng)化花崗巖邊坡的防護(hù)應(yīng)結(jié)合具體情況，采取有針對性的防護(hù)措施。

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U418.5+2

A

1004-7344（2016）18-0297-02

2016-6-10