重慶奉節(jié)某塊碎巖建筑邊坡破壞模式及穩(wěn)定性研究

依托重慶奉節(jié)某塊碎巖建筑工程，對(duì)該項(xiàng)目建筑邊坡穩(wěn)定性和破壞模式進(jìn)行了研究。根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合離散元數(shù)值計(jì)算方法對(duì)開(kāi)挖邊坡進(jìn)行了數(shù)值仿真計(jì)算，提出了該類(lèi)邊坡的破壞模式。利用赤平投影方法分析了巖體結(jié)構(gòu)對(duì)邊坡穩(wěn)定性的影響，利用圓弧滑動(dòng)法計(jì)算了邊坡的安全系數(shù)。基于邊坡破壞模式及穩(wěn)定性，提出了邊坡的防治措施建議。

塊碎巖邊坡； 變形破壞； 穩(wěn)定性評(píng)價(jià)

U416.1+4A

工程結(jié)構(gòu)工程結(jié)構(gòu)

［定稿日期］2024-03-15

［作者簡(jiǎn)介］李亨（1993—），男，碩士，工程師，從事巖土工程設(shè)計(jì)及施工管理工作。

0" 引言

重慶市奉節(jié)縣巖石邊坡多由泥頁(yè)巖或灰?guī)r、砂巖、泥灰?guī)r互層組成，巖石受構(gòu)造強(qiáng)烈作用，節(jié)理裂隙發(fā)育、巖體破碎，地質(zhì)構(gòu)造極為復(fù)雜，屬于被地質(zhì)學(xué)家命名的“巴東破碎帶”。

塊碎巖邊坡指結(jié)構(gòu)體為塊狀或碎石狀的似層狀巖質(zhì)邊坡，主要指巫山、奉節(jié)、云陽(yáng)一帶的巖質(zhì)邊坡。塊碎巖巖體似巖非巖，似土非土，風(fēng)化程度差異較大、完整性程度差異較大。

因建筑場(chǎng)地內(nèi)平場(chǎng)標(biāo)高不一，會(huì)在場(chǎng)地內(nèi)形成塊碎巖邊坡。這類(lèi)邊坡的性質(zhì)與巖質(zhì)邊坡和土質(zhì)邊坡有很大差異， 邊坡均勻性差、成因復(fù)雜，使得邊坡破壞模式及邊坡支護(hù)設(shè)計(jì)方法也存在差異。

1" 項(xiàng)目概況

1.1" 工程概況

本建筑邊坡高度約10.8 m，放坡坡率為1∶0.39。坡頂為小高層住宅（8F/-2F），建筑結(jié)構(gòu)類(lèi)型為框架剪力墻結(jié)構(gòu)，擬采用樁基礎(chǔ)；坡腳為商業(yè)樓（圖1）。

1.2" 地層巖性

本項(xiàng)目邊坡基巖以塊碎巖為主，巖體完整程度為破碎，與風(fēng)化程度相吻合，見(jiàn)圖2（a）。塊碎巖呈分別層砂土狀、碎塊狀、短柱狀。其中碎塊狀塊碎巖分布廣泛，砂土狀塊碎巖和短柱狀塊碎巖呈透鏡體或夾層分布于碎塊狀塊碎巖當(dāng)中。

碎塊狀塊碎巖呈灰白色、灰黃色，母巖為泥灰?guī)r，主要由碳酸鹽與黏土礦物組成，碳酸鹽成分占比30%～50%，其余為黏土礦物，泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，薄層狀構(gòu)造，原巖結(jié)構(gòu)清晰可見(jiàn)，巖體裂隙發(fā)育，巖體破碎，巖芯呈碎塊狀，根據(jù)鉆探揭露該層分布廣泛，厚度較大，基巖屬?gòu)?qiáng)風(fēng)化，見(jiàn)圖2（b）。

1.3" 地質(zhì)構(gòu)造

塊碎巖區(qū)域裂隙無(wú)規(guī)律分布，泥灰?guī)r區(qū)域巖層單斜產(chǎn)出，巖層產(chǎn)狀20°∠17°。根據(jù)場(chǎng)地周邊地表露巖層調(diào)查，巖體中主要發(fā)育有兩組裂隙。LX1：產(chǎn)狀338°∠79°，裂隙間距 0.50～1.50 m，可見(jiàn)延伸長(zhǎng)度1.50～3.00 m，裂面較平直光滑，局部微彎，張開(kāi)，泥質(zhì)充填，結(jié)合很差，屬軟弱結(jié)構(gòu)面。LX2：產(chǎn)狀173°∠55°，裂隙間距 1.00～2.00 m，可見(jiàn)延伸長(zhǎng)度1.20～2.50 m，裂面平直光滑，局部微彎，張開(kāi)，泥質(zhì)充填，結(jié)合很差，屬軟弱結(jié)構(gòu)面。

2" 邊坡破壞模式及穩(wěn)定性研究

2.1" 邊坡破壞模式

2.1.1" 工程經(jīng)驗(yàn)分析

GB 50330-2013《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范》4.1.3條：塊狀巖體、碎裂狀、散體狀巖體的巖質(zhì)邊坡的破壞特征為沿極軟巖、強(qiáng)風(fēng)化巖、碎裂結(jié)構(gòu)或散體狀巖體中最不利滑動(dòng)面滑移；土質(zhì)建筑邊坡的破壞模式為沿圓弧滑動(dòng)面滑移。塊碎巖邊坡介于巖質(zhì)邊坡與土質(zhì)邊坡之間，塊碎巖巖體風(fēng)化嚴(yán)重，存在大規(guī)模破碎結(jié)構(gòu)。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，本邊坡巖體類(lèi)型為Ⅳ類(lèi)，結(jié)合區(qū)域工程建設(shè)經(jīng)驗(yàn)及邊坡穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果，邊坡需按45°破裂角及圓弧滑動(dòng)法進(jìn)行對(duì)比分析，確定最不利滑動(dòng)破壞面（圖1）。

2.1.2" 數(shù)值分析法

邊坡尺寸見(jiàn)圖3（a），簡(jiǎn)化地質(zhì)條件建立簡(jiǎn)單的滑塊下落模型，左、右及底部采用固定邊界見(jiàn)圖3（b）。用UEDC進(jìn)行二維離散元數(shù)值模擬，對(duì)邊坡失穩(wěn)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)、應(yīng)力、位移以及其塊體運(yùn)動(dòng)速度進(jìn)行了動(dòng)態(tài)、直觀闡述。巖石和節(jié)理性質(zhì)取值見(jiàn)表1。

輸入塊體和結(jié)構(gòu)面強(qiáng)度參數(shù)后，邊坡塊體模型見(jiàn)圖3（c），經(jīng)過(guò)迭代邊坡位移逐漸減小直至達(dá)到平衡狀態(tài)。離散元計(jì)算結(jié)果表明，邊坡變形破壞首先發(fā)生在邊坡內(nèi)部，然后潛在滑動(dòng)破壞面逐漸沿邊坡向上發(fā)展，直到形成貫通的潛在滑動(dòng)帶。模型極限狀態(tài)時(shí)由速度矢量確定的潛在滑動(dòng)面位置、塑性區(qū)見(jiàn)圖3（d），由UDEC分析獲得的潛在變形破壞模式與圓弧滑動(dòng)情況基本吻合。

2.2" 穩(wěn)定性研究

2.2.1" 赤平投影分析法

下部為巖質(zhì)邊坡，邊坡巖性主要為塊碎巖，巖體較完整性較差。邊坡產(chǎn)狀P：180°∠90°，巖層產(chǎn)狀C：20°∠17°，LX1產(chǎn)狀：338°∠79°、LX2產(chǎn)狀：173°∠55°，赤平投影見(jiàn)圖4。

工程結(jié)構(gòu)李亨， 李淑宇： 重慶奉節(jié)某塊碎巖建筑邊坡破壞模式及穩(wěn)定性研究

據(jù)極射赤平投影，邊坡傾向與巖層面大角度相交，為切向坡，與LX1大角度相交，與LX2小角度相交，與LX1、LX2組合交線大角度斜交。邊坡穩(wěn)定性受巖體自身強(qiáng)度和LX2控制，放坡后對(duì)邊坡整體穩(wěn)定性影響較小。但層面和裂隙把巖體切割成塊狀，在爆破、自重及風(fēng)化等作用下，坡面容易產(chǎn)生掉塊、風(fēng)化剝落現(xiàn)象。

2.2.2" 圓弧滑動(dòng)計(jì)算法

根據(jù)GB 50330-2013《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范》5.2.3規(guī)定，計(jì)算土質(zhì)邊坡、極軟巖邊坡、破碎或極破碎巖質(zhì)邊坡的穩(wěn)定性時(shí)，可采用圓弧形滑面。參考GB 50330-2013《建筑邊坡技術(shù)規(guī)范》附錄A，圓弧滑動(dòng)計(jì)算公式如下：

FS=∑ni=11mcilicosθi+（Gi+Gbi-Uicosθi）tanφi∑ni=1（Gi+Gbi）sinθi+Qicosθi

mθi=cosθi+tanφisinθiFS

Ui=12γw（hwi+hw，i-1）li

式中：式中FS為邊坡穩(wěn)定性系數(shù)；ci為第i計(jì)算條塊滑面粘聚力（kPa）；φi為第i計(jì)算條塊滑面的內(nèi)摩擦角（°）；li為第i計(jì)算條塊滑面長(zhǎng)度（m）；θi為第i計(jì)算條塊滑面傾角（°），滑面傾向與滑動(dòng)方向相同時(shí)取正值，滑面傾向與滑動(dòng)方向相反時(shí)取負(fù)值；Ui為第i計(jì)算條塊滑面單位寬度總水壓（kN/m）；Gi為第i計(jì)算條塊單位寬度自重（kN/m）；Gbi為第i計(jì)算條塊單位寬度豎向附加荷載（kN/m），方向指向下放時(shí)取正值，指向上方時(shí)取負(fù)值；hwi，hw，i-1為第i及i-1計(jì)算條塊滑面前端水頭高度（m）；γw為水重度，取10 kN/m3；i為計(jì)算條塊號(hào)，從后方起編；n為條塊數(shù)量。

計(jì)算參數(shù)見(jiàn)表2，經(jīng)計(jì)算，本項(xiàng)目最不利滑動(dòng)面：滑動(dòng)圓心為（11.480，18.360）（m），滑動(dòng)半徑為 20.234（m），滑動(dòng)安全系數(shù)FS為1.229（表3）。1.05≤FS≤1.35，邊坡處于基本穩(wěn)定狀態(tài)。

3" 邊坡防治措施建議

當(dāng)邊坡坡體破碎，或邊坡地層軟弱時(shí)，可打入一定數(shù)量的錨桿，對(duì)邊坡進(jìn)行加固。板肋式錨桿擋墻是利用錨桿技術(shù)形成的一種擋土結(jié)構(gòu)物，由鋼筋混凝土肋柱、錨桿、擋土板組成的支擋結(jié)構(gòu)，主要依靠錨固于邊坡潛在破裂面以內(nèi)的錨桿

所提供的拉力來(lái)保證邊坡的穩(wěn)定。且具備自重小、占地少、結(jié)構(gòu)利于機(jī)械化施工的特點(diǎn)，故可用于本建筑邊坡加固支護(hù)中。

4" 結(jié)論

本文結(jié)合地質(zhì)勘察資料及工程經(jīng)驗(yàn)，對(duì)奉節(jié)塊碎巖建筑邊坡的破壞模式及穩(wěn)定性進(jìn)行了研究，并提出了防治建議，得出幾點(diǎn)結(jié)論：

（1）基于工程經(jīng)驗(yàn)及離散元數(shù)值分析，本邊坡需按45°破裂角及圓弧滑動(dòng)法進(jìn)行對(duì)比分析，確定最不利滑動(dòng)破壞面。

（2）赤平投影分析表明，坡面容易產(chǎn)生掉塊、風(fēng)化剝落現(xiàn)象；圓弧滑動(dòng)面計(jì)算表明邊坡安全系數(shù)為1.229，處于基本穩(wěn)定狀態(tài)。

（3）當(dāng)邊坡坡體破碎，或邊坡地層軟弱時(shí)，建議采用板肋式錨桿擋墻進(jìn)行邊坡加固支護(hù)。

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