周超華，韓紹英，朱 靜

（河北中核巖土工程有限責(zé)任公司，河北 石家莊 050031）

0 引言

在巖石地層中，巖體被各種結(jié)構(gòu)面切割成相互鑲嵌在一起的空間塊體，在自然應(yīng)力場下是靜力平衡的，然而，當(dāng)巖體被開挖后，會造成某些巖石塊體沿著結(jié)構(gòu)面移動，進(jìn)而發(fā)生連鎖移位而導(dǎo)致大范圍巖體失穩(wěn)[1]。

大量的工程地質(zhì)實(shí)踐表明，無論是邊坡巖體的破壞、壩基巖體的滑移、地下洞室圍巖的塌落等巖體失穩(wěn)破壞現(xiàn)象，大多數(shù)是沿著巖體中的軟弱結(jié)構(gòu)面發(fā)生的，也就是說，巖體發(fā)生的破壞，主要是由于由結(jié)構(gòu)面切割構(gòu)成的結(jié)構(gòu)體沿結(jié)構(gòu)面發(fā)生剪切位移，或拉開、或發(fā)生了整體的累積變形和破裂。因此，巖體的穩(wěn)定性主要取決于：結(jié)構(gòu)面的物理力學(xué)性質(zhì)及其空間分布位置和組合關(guān)系；結(jié)構(gòu)體的物理力學(xué)性質(zhì)及其立體形式；作用于巖體上的作用力（包括巖體自重力和工程作用力等）的大小和作用方向。前二項(xiàng)構(gòu)成巖體本身的結(jié)構(gòu)和強(qiáng)度，它是巖體發(fā)生變形破壞的內(nèi)因和物質(zhì)基礎(chǔ)。因此，在對工程巖體的穩(wěn)定性進(jìn)行分析評價(jià)時(shí)，首先必須對巖體的結(jié)構(gòu)做出正確的分析[2]。

1 工程概況

某公路邊坡位于北京市門頭溝區(qū)108國道K26 km處南側(cè)，坡頂面標(biāo)高約為187 m，坡底面標(biāo)高約為154 m，坡高為33 m，地貌形態(tài)為低山地貌。邊坡兩側(cè)各分布一條“U”型溝谷，溝谷平面上呈狹窄地形，長條狀，由南向北緩傾，坡度為 10°～20°，較平緩。

根據(jù)原設(shè)計(jì)方案邊坡采用框格防護(hù)，為四級邊坡，邊坡坡率為 1∶0.5～1∶0.75，每級邊坡高度為 8 m，坡腳設(shè) 2 m寬碎落臺。框格為現(xiàn)澆C20鋼筋混凝土梁，成4 m×3 m單元框格布置，交點(diǎn)處設(shè)一根長錨桿(φ18，5～7 m)或壓力注漿錨桿(φ32，8～15 m)，每個(gè)框架梁中點(diǎn)設(shè)一根短錨桿（φ18，2 m）錨固。護(hù)頂均為M7.5砂漿漿砌片石，同時(shí)在碎落臺上鋪設(shè)5 cm厚C20小石子混凝土，其上填土植草。

根據(jù)施工記錄，在2010年10月5日晚，道路樁號為LK0+070左右，路塹邊坡的一級邊坡上臺階發(fā)生局部滑塌，10月6日上午10點(diǎn)左右，樁號LK0+070～LK0+035一級邊坡再次出現(xiàn)滑塌現(xiàn)象。10月7日下午5∶30左右，三級、四級坡坡面出現(xiàn)沿層理面平行于坡面方向的裂縫。10月8日上午10點(diǎn)，樁號LK0+035～LK0+020處再次發(fā)生滑塌，并且二級、三級及四級坡坡面裂縫又有所發(fā)展，同時(shí)開口線上方山體（距開口線）3～5 m分別出現(xiàn)2條裂縫，方向大致平行于邊坡開口線，其中距離開口線3 m左右的裂縫有5 cm寬，此裂縫距現(xiàn)狀108國道僅有20余米。10月8日上午施工單位對坡腳進(jìn)行反壓，下午1∶30左右山體裂縫發(fā)展至15～20 cm寬，二級、三級及四級坡坡面裂縫再次往開裂方向發(fā)展，而邊坡坡面暫未發(fā)生滑塌。

2 地層巖性

由于邊坡已經(jīng)失穩(wěn)，隨時(shí)有滑坍的可能，因此為查明滑坡體的結(jié)構(gòu)、巖石破碎程度、地下水位，確定滑動面的位置、形狀的鉆探、坑探和物探等勘探手段均無法進(jìn)行。在滑坡的地質(zhì)情況調(diào)查工作中主要通過地面地質(zhì)測繪方法來進(jìn)行，并且為查明地層情況，在此滑坡南側(cè)、108國道北側(cè)公路旁布置一鉆孔，揭露深度為40 m。根據(jù)地面地質(zhì)測繪及現(xiàn)場鉆探，地層巖性自上而下為第四系坡積（Qdl）的粉質(zhì)粘土含碎石和二疊系強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖，現(xiàn)分述如下：

2.1 第四系坡積層（Qdl）

粉質(zhì)粘土含碎石（地層編號①）：褐黃色，以粉質(zhì)粘土為主，碎石及塊石含量占30%～50%，硬塑～堅(jiān)硬。厚度0.5～2.0 m，分布在第四級坡坡頂及邊坡兩側(cè)。

2.2 二疊系巖層（P）

強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖（地層編號②）：棕紅～灰黃色，細(xì)粒結(jié)構(gòu)，層狀構(gòu)造，礦物成分主要為長石、石英，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖體較破碎，夾泥巖及粉砂巖薄層。根據(jù)邊坡開挖后巖體出露情況，除第四級邊坡頂部分布厚0.5～2.0 m的粉質(zhì)粘土含碎石外，全部為強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖。根據(jù)鉆探資料，地表下10 m以上為強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖，巖芯呈碎塊狀，節(jié)理裂隙發(fā)育。巖芯采取率較低；10～40 m為中風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖，巖芯呈碎塊狀～短柱狀，節(jié)理裂隙發(fā)育。

3 地質(zhì)構(gòu)造

該場地地質(zhì)構(gòu)造簡單，未發(fā)現(xiàn)斷裂構(gòu)造，局部有小褶皺，主要存在層理和節(jié)理兩種結(jié)構(gòu)面。

1）層理。二疊系泥質(zhì)粉砂巖（P）屬碎屑沉積巖類，巖體層理發(fā)育，邊坡范圍內(nèi)層理的傾向與斜坡臨空面坡向幾乎一致，為順向坡。層理產(chǎn)狀：345°∠45°。層理面被鐵錳質(zhì)不同程度的浸染，呈紫黑色，結(jié)合一般。

2）節(jié)理。邊坡范圍內(nèi)的節(jié)理發(fā)育，以剪節(jié)理為主，節(jié)理面平直閉合，局部張開度大于3 mm，局部泥質(zhì)填充，結(jié)構(gòu)面結(jié)合差或一般，延伸長度大于8 m。主要發(fā)育產(chǎn)狀267°∠75°和產(chǎn)狀165°∠39°的兩組節(jié)理。強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖受節(jié)理面和層理面互相切割，巖體破碎，呈碎裂狀結(jié)構(gòu)。

4 巖土體物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)

由于現(xiàn)場條件制約，無法在邊坡范圍內(nèi)開展正常鉆探等勘察工作，根據(jù)邊坡勘察范圍內(nèi)的地層巖性構(gòu)成及分布特征，把地層簡化為上部第四系粉質(zhì)粘土含碎石、下部強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖兩大層，各巖土層和結(jié)構(gòu)面計(jì)算參數(shù)建議值見表 1，2。

表1 邊坡各巖土層計(jì)算參數(shù)建議值

表2 巖體結(jié)構(gòu)面計(jì)算強(qiáng)點(diǎn)參數(shù)建議值

5 邊坡失穩(wěn)分析

邊坡的穩(wěn)定性受多種因素影響，如邊坡體的巖土類型、坡體結(jié)構(gòu)、巖體風(fēng)化程度、巖體完整程度、結(jié)構(gòu)面發(fā)育程度、地形地貌、地下水、地震等，所以不同因素組合條件下的邊坡的破壞模式是不同的。巖體的穩(wěn)定性、巖體的變形與破壞，主要取決于巖體內(nèi)各種結(jié)構(gòu)面的性質(zhì)及其對巖體的切割程度。

在進(jìn)行巖體的穩(wěn)定性分析時(shí)，目前一般多采用巖體結(jié)構(gòu)分析（定性分析）、力學(xué)分析（定量分析）及對比分析方法（工程地質(zhì)類比法）。三者相互結(jié)合、相互補(bǔ)充、相互驗(yàn)證，對巖體穩(wěn)定性做出綜合分析與評價(jià)。定性分析是工程在地質(zhì)勘察工作的基礎(chǔ)上，對邊坡巖體變形破壞的可能性及破壞形式進(jìn)行初步判斷。定量分析是在定性分析的基礎(chǔ)上，應(yīng)用一定的計(jì)算方法對邊坡巖體進(jìn)行穩(wěn)定性計(jì)算及定量評價(jià)。

該場地地層巖性主要為碎裂狀結(jié)構(gòu)的強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖，只有邊坡坡頂面上有0.5～2.0 m厚的粉質(zhì)粘土含碎石。在未施工之前邊坡是穩(wěn)定的，無變形及滑動的特征，在施工過程中，由于不合理的坡腳開挖，破壞了斜坡的連續(xù)性，造成軟弱結(jié)構(gòu)面臨空，在自重力作用下強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖沿著巖體中的軟弱結(jié)構(gòu)面發(fā)生滑動。根據(jù)現(xiàn)場工程地質(zhì)測繪的情況，邊坡在坡腳發(fā)生滑坍，在坡頂發(fā)現(xiàn)兩條后緣環(huán)狀拉裂縫，邊坡的兩側(cè)未出現(xiàn)裂縫，邊坡前緣未出現(xiàn)剪出口，根據(jù)滑坡活動的階段性判斷，坡體內(nèi)局部剪切破壞面出現(xiàn)，且向貫通性的滑面方向發(fā)展，未出現(xiàn)整體的滑動，處于蠕滑階段。

5.1 圖解法

幾何邊界條件是指構(gòu)成可能滑動巖體的各種邊界面及其組合關(guān)系，包括滑動面、切割面和臨空面3種，其內(nèi)容是查明巖體中的各類結(jié)構(gòu)面及其組合關(guān)系，確定出可能的滑移面、切割面。幾何邊界條件分析的目的是確定邊坡中可能滑動巖體的位置、規(guī)模及形態(tài)，定性地判斷邊坡巖體的破壞類型及主滑方向?？赏ㄟ^赤平投影法對幾何邊界條件進(jìn)行分析。

強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖巖體的節(jié)理裂隙發(fā)育，較破碎，根據(jù)節(jié)理、層理統(tǒng)計(jì)結(jié)果，不同產(chǎn)狀的節(jié)理面之間，節(jié)理面和層理面之間互相切割，形成碎裂狀結(jié)構(gòu)，所以巖體各種結(jié)構(gòu)面所切割的巖體與坡面的組合關(guān)系決定了邊坡的破壞模式，坡面上結(jié)構(gòu)面的赤平投影圖見圖1。

從圖1可以看出，邊坡巖體內(nèi)發(fā)育的兩組節(jié)理投影弧交線與坡面投影弧相對，節(jié)理形成的軟弱結(jié)構(gòu)面不會直接造成邊坡的失穩(wěn)；巖體層面投影弧與坡面投影弧斜交，在這種情況下邊坡的穩(wěn)定性需視結(jié)構(gòu)面傾向與坡面傾向之間的夾角而定，上述結(jié)構(gòu)面傾向與坡面傾向之間的夾角為25.8°，小于 40°，邊坡不太穩(wěn)定。

圖1 結(jié)構(gòu)面赤平投影圖

從裂縫分布情況及工程地質(zhì)測繪的成果看，第一級邊坡滑塌處的巖層傾向近北向，邊坡滑動方向與坡腳處巖層傾向基本一致；坡頂后緣環(huán)狀拉裂縫圓弧的圓心方向與坡腳滑塌處位置方向基本一致，假定滑動面為直線型，根據(jù)裂縫最寬處的位置及高度和坡腳滑塌處中心點(diǎn)的位置及高程計(jì)算，其滑動面的傾向約為41°，而巖層的傾角為45°，按該傾角計(jì)算層面在坡頂?shù)某雎饵c(diǎn)大致和裂縫的位置相同。由此可以基本判斷，滑坡為順層滑坡。由于巖體內(nèi)結(jié)構(gòu)面互相切割，邊坡內(nèi)破壞形式復(fù)雜，順層滑坡的滑動面形態(tài)情況很難準(zhǔn)確確定，可能是平直的，也可能是折線形的，但變化幅度不會太大，可基本假定為直線型。

根據(jù)以上推論，推測滑動面如圖2所示。

根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查，1-1′剖面所處位置邊坡穩(wěn)定，未出現(xiàn)滑動跡象，因此判斷該剖面處未形成滑動面。

5.2 穩(wěn)定性計(jì)算

力學(xué)計(jì)算法主要適用于滑坡類破壞形式，是一種定量評價(jià)的方法。常用的是剛體極限平衡法。采用這種方法的前提條件是：邊坡巖體將沿某一結(jié)構(gòu)面產(chǎn)生滑移剪切破壞；只考慮破壞面上的極限平衡狀態(tài)，而不考慮巖土體的變形，即視巖土體為剛體；破壞面（滑動面）上的強(qiáng)度由粘聚力和摩擦力（c，φ）控制；滑體中的應(yīng)力分布均勻，以正應(yīng)力與剪應(yīng)力的方式，集中作用于滑面上，即均為集中力，不考慮滑體兩側(cè)的抗滑力；以平面（二維）課題來處理，這是為了求解方便而對實(shí)際情況的簡化。

巖質(zhì)斜坡的穩(wěn)定性，一般取決于軟弱結(jié)構(gòu)面的特點(diǎn)及其組合關(guān)系。進(jìn)行穩(wěn)定性計(jì)算時(shí)應(yīng)先確定可能的滑動面?，F(xiàn)狀條件下，邊坡已發(fā)生滑動，根據(jù)上述圖解法的定性分析，邊坡可能產(chǎn)生平面滑動，因此采用沿所推測的滑動面根據(jù)平面滑動法進(jìn)行計(jì)算，強(qiáng)度參數(shù)采用巖體結(jié)構(gòu)面的計(jì)算參數(shù)。其穩(wěn)定性計(jì)算可沿滑動方向取一單寬剖面。由滑動巖體自重所產(chǎn)生的下滑力T和抗滑力F分別為

采用平面滑動法時(shí)，邊坡穩(wěn)定性系數(shù)可按下式計(jì)算：

圖2 工程地質(zhì)剖面圖

式中：γ——巖土體的重度，kN/m3；C——結(jié)構(gòu)面的粘聚力，kPa；φ——結(jié)構(gòu)面的內(nèi)摩擦角，°；A——結(jié)構(gòu)面的面積，m2；V——結(jié)構(gòu)面的體積，m3；θ——結(jié)構(gòu)面的傾角，°；

根據(jù)上述公式，按上述分析的剖面圖采用天然狀態(tài)下結(jié)構(gòu)面的計(jì)算參數(shù)分別計(jì)算已出現(xiàn)裂縫的剖面天然工況下邊坡穩(wěn)定性系數(shù)，當(dāng)考慮邊坡處于地震荷載作用下的工況時(shí)應(yīng)加上地震力，當(dāng)考慮邊坡處于暴雨或連續(xù)降雨?duì)顟B(tài)下的工況時(shí)計(jì)算參數(shù)采用浸水狀態(tài)下結(jié)構(gòu)面的計(jì)算參數(shù)并加上靜水壓力，計(jì)算結(jié)果見表3。

表3 穩(wěn)定計(jì)算結(jié)果表

6 滑坡防治方案的建議

根據(jù)GB50330-2002《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范》，邊坡工程穩(wěn)定性驗(yàn)算時(shí)，對于一級邊坡，當(dāng)采用平面滑動法計(jì)算時(shí)，其穩(wěn)定性系數(shù)不小于1.35，而以上3個(gè)計(jì)算剖面天然工況下邊坡穩(wěn)定性系數(shù)為0.760～0.948，邊坡不穩(wěn)定。與現(xiàn)狀條件下，邊坡已發(fā)生滑動相對應(yīng)。目前，對崩塌滑坡和邊坡治理工程措施較多，每種措施都有其相對應(yīng)的應(yīng)用前提條件，不宜性、適宜性和最佳配置組合。本著安全、經(jīng)濟(jì)、便于施工的原則，針對滑坡穩(wěn)定性差，且滑坡體較厚，下滑力較大的情況，經(jīng)過充分比較后，建議在坡腳設(shè)置抗滑樁，抗滑樁應(yīng)穿過滑坡體深入于滑床，用以支擋滑體的滑動力，起穩(wěn)定邊坡的作用；在坡面上采用混凝土格構(gòu)+預(yù)應(yīng)力錨索進(jìn)行滑坡防護(hù)，并應(yīng)在滑坡后緣設(shè)置環(huán)形截水溝、裂縫封填等措施排放地表水，控制暴雨和洪水對滑體和滑面的侵蝕軟化。做好坡面排水和滑坡體內(nèi)排水，截?cái)嘁磺兴辞秩牖麦w內(nèi)，在滑坡的坡腳處增加豎向荷載進(jìn)行反壓以提高滑梯的阻滑安全系數(shù)，減少滑坡上的致滑因素，增加抗滑能力。

7 結(jié)語

對巖體邊坡的穩(wěn)定分析，應(yīng)重點(diǎn)研究巖體層面、主要結(jié)構(gòu)面和邊坡坡面之間的相互關(guān)系，確定邊坡的破壞模式，選取典型坡面進(jìn)行穩(wěn)定性計(jì)算。

采用抗滑樁、混凝土格構(gòu)+預(yù)應(yīng)力錨索可以有效治理巖質(zhì)高切坡工程，增強(qiáng)邊坡的整體穩(wěn)定性。

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