巖質(zhì)高切坡破壞特性分析

張 焱

(機(jī)械工業(yè)勘察設(shè)計研究院有限公司，陜西 西安 710043)

巖質(zhì)高切坡的破壞形式主要有：1)坡面風(fēng)化剝蝕；2)坡腳受地表水體侵蝕；3)坡體沿外傾結(jié)構(gòu)面順層滑移；4)巖體裂隙發(fā)育，產(chǎn)生崩塌掉塊[1,2]。設(shè)計施工時應(yīng)根據(jù)不同破壞模式采取有針對性的治理措施，使防治工程的安全性和經(jīng)濟(jì)合理性達(dá)到最優(yōu)。

重慶市渝北區(qū)某高切坡，總體呈南北走向，在平面上呈“S”狀。高切坡坡長226 m，坡角為57°～77°，坡頂高程為257 m～276 m，坡腳高程為248 m～259 m，坡高5 m～15 m，坡腳為居民區(qū)。該邊坡為居民區(qū)建設(shè)挖方形成。

本高切坡邊坡巖體類型為Ⅲ類，屬于Ⅱ類巖質(zhì)高切坡，邊坡高度15 m≤H<30 m，高切坡失穩(wěn)危害程度為很嚴(yán)重，故其安全等級為一級。

1 地層巖性特征

②砂巖(J2s-Ss)：褐黃色、褐灰色，鈣質(zhì)膠結(jié)為主，主要由長石、石英、云母及暗色礦物成分組成，巨厚層狀構(gòu)造，層厚5 m～10 m，為本高切坡的主巖性。

③泥巖(J2s-Ms)：紫褐色，紫紅色,泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，粘土礦物成分組成，局部夾灰綠色團(tuán)塊和白色條帶，厚層狀構(gòu)造，層厚1 m～3 m，為本高切坡的次要巖性。

據(jù)統(tǒng)計結(jié)果砂巖飽和單軸抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值為33.79 MPa，為較硬巖，巖體較完整，巖體基本質(zhì)量等級為Ⅲ級；泥巖飽和單軸抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值為6.31 MPa，為軟巖，巖體較破碎，巖石基本質(zhì)量等級為Ⅴ級，軟化系數(shù)為0.65～0.69，屬于軟化巖石。

2 結(jié)構(gòu)特征

該高切坡地形地貌基本形態(tài)由構(gòu)造剝蝕單面山與山前河流沖積階地、漫灘所組成。巖層在場地呈單斜產(chǎn)出，巖層產(chǎn)狀傾向120°～140°、傾角16°～19°，無斷層，地質(zhì)構(gòu)造條件簡單。根據(jù)現(xiàn)場地面裂隙調(diào)查，場地內(nèi)構(gòu)造裂隙主要有2組：J1，300°∠83°；J2，30°∠76°。兩組裂隙的張開度0.5 mm～3 mm左右，無填充物或泥質(zhì)填充，裂面光滑，有水蝕痕跡。勘查工作進(jìn)行時該高切坡開挖時間僅為數(shù)月，其整體呈穩(wěn)定狀態(tài)，局部偶有掉塊。

3 邊坡穩(wěn)定性分析

為了準(zhǔn)確評價邊坡穩(wěn)定性，采用定性與定量相結(jié)合的分析方法。高切坡總體走向呈南北走向，在平面圖上呈“S”狀，長約226 m。根據(jù)高切坡的工程地質(zhì)條件和坡面傾向，將高切坡分成三段，分別進(jìn)行穩(wěn)定性評價。

3.1 邊坡穩(wěn)定性的定性分析

AB段邊坡位置為切坡偏南側(cè)，長約66 m，高約5 m～8 m，坡向112°，坡度50°～60°。根據(jù)赤平投影圖(圖1)分析：該段邊坡巖層產(chǎn)狀與坡面傾向基本相同，傾角小于坡腳，為順向坡，可能發(fā)生整體沿層面滑塌現(xiàn)象；裂隙J1傾向與坡面傾向相反，裂隙J2傾向與坡面傾向大角度相交，構(gòu)造裂隙對邊坡的整體穩(wěn)定性影響較小，但裂隙切割坡面可能使局部出現(xiàn)掉塊現(xiàn)象。該段邊坡穩(wěn)定性主要受巖層層面控制，需進(jìn)一步選取有代表性剖面進(jìn)行穩(wěn)定性計算。

BC段邊坡位置為切坡中段，長約83 m，高約6 m～15 m，坡向70°，坡度50°～65°。根據(jù)赤平投影圖(圖2)分析：該段邊坡為切向坡，邊坡無外傾不利結(jié)構(gòu)面，邊坡整體穩(wěn)定；裂隙J2與裂隙J1及其交線均與坡向大角度相交，由于邊坡存在多組裂隙切割，且開挖時采用爆破施工，坡面局部巖石松動，容易產(chǎn)生掉塊現(xiàn)象，需要進(jìn)一步進(jìn)行治理。

CD段邊坡位置為高切坡偏北，長約77 m，高約11 m，坡向110°，坡度70°～75°。根據(jù)赤平投影圖(圖3)分析：該段邊坡巖層產(chǎn)狀與坡面傾向基本相同，傾角小于坡腳，為順向坡，可能發(fā)生整體沿層面滑塌現(xiàn)象；裂隙J1傾向與坡面傾向相反，裂隙J2傾向與坡面傾向大角度相交，構(gòu)造裂隙對邊坡的整體穩(wěn)定性影響較小，但裂隙切割坡面可能使局部出現(xiàn)掉塊現(xiàn)象。該段邊坡穩(wěn)定性主要受巖層層面控制，需進(jìn)一步選取有代表性剖面進(jìn)行穩(wěn)定性計算。

3.2 邊坡穩(wěn)定性的定量計算

分別在AB,CD段選取代表性剖面進(jìn)行邊坡穩(wěn)定性計算，計算模型采用平面滑動面法，按GB 50330—2013建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范(附錄A.0.2所錄公式[3]進(jìn)行計算。砂、泥巖層接觸面中泥巖遇水容易軟化形成軟弱面，取該層面為最不利結(jié)構(gòu)面。結(jié)構(gòu)面抗剪強(qiáng)度均取地方經(jīng)驗值：自重，c=50 kPa,φ=18°；自重+暴雨，c=20 kPa,φ=12°。計算過程及結(jié)果詳見表1。

由計算結(jié)果可知：自重工況下，AB段邊坡穩(wěn)定系數(shù)為2.93，

CD段邊坡穩(wěn)定系數(shù)為2.23，邊坡整體均處于穩(wěn)定狀態(tài)。自重+暴雨工況下，AB段邊坡穩(wěn)定系數(shù)1.43，邊坡整體處于穩(wěn)定狀態(tài)；而CD段邊坡穩(wěn)定系數(shù)1.18，整體處于基本穩(wěn)定狀態(tài)，邊坡安全儲備不夠，剩余推力為558.54 kN/m，該段建議采取必要的支護(hù)措施。

表1 高切坡穩(wěn)定系數(shù)和剩余推力計算表

4 邊坡穩(wěn)定性評價

1)高切坡AB段有外傾結(jié)構(gòu)面，根據(jù)定性分析及穩(wěn)定性計算結(jié)果，該段邊坡在天然工況和暴雨工況下均處于穩(wěn)定狀態(tài)；

2)高切坡BC段無外傾結(jié)構(gòu)面，整體穩(wěn)定；

3)高切坡CD段有外傾結(jié)構(gòu)面，根據(jù)定性分析及穩(wěn)定性計算結(jié)果，該段邊坡在天然工況下處于穩(wěn)定狀態(tài)；在暴雨工況下處于基本穩(wěn)定狀態(tài)，安全儲備不足，可能產(chǎn)生順層滑塌，需對CD段整體采取必要的支護(hù)措施；

4)同時由于該高切坡由砂巖和泥巖互層組成，表層易風(fēng)化剝蝕，產(chǎn)生掉塊，且有多組裂隙面相互切割，存在淺表層破壞可能，易產(chǎn)生局部崩塌、掉塊，需對整個高切坡采取必要的坡面防護(hù)措施。

5 治理方案

根據(jù)高切坡實際特點(diǎn)，對邊坡穩(wěn)定性較好，僅存在淺層破壞的坡段，采用清除坡體表面破碎巖體+掛網(wǎng)噴混凝土護(hù)坡的防護(hù)措施；對存在順層滑移破壞坡段采用削方放坡+預(yù)應(yīng)力錨索+肋柱+掛網(wǎng)噴混凝土+排水工程的防護(hù)措施；并在高切坡后部設(shè)置截水溝。

分段提供設(shè)計方案如下：

AB段：清除坡體表面破碎巖體+掛網(wǎng)噴混凝土護(hù)坡+攀爬植物護(hù)坡。

BC段：清除坡體表面破碎巖體+掛網(wǎng)噴混凝土護(hù)坡+攀爬植物護(hù)坡。

CD段：削方放坡+預(yù)應(yīng)力錨索+肋柱+格構(gòu)梁+植被護(hù)坡。