董建輝，陳春霞

（1.成都理工大學(xué)地質(zhì)災(zāi)害防治與地質(zhì)環(huán)境保護(hù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川 成都 610059；2.四川省地質(zhì)工程勘察院，四川 成都 610072；3.中國建筑西南勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司，四川 成都 610084）

1 研究區(qū)環(huán)境地質(zhì)條件

昆明新機(jī)場工程區(qū)處于云南省境內(nèi)自西北向東南遞降地勢的第二大階梯上，揚(yáng)子準(zhǔn)地臺滇東臺褶帶內(nèi)的昆明褶束帶之中部。區(qū)內(nèi)新構(gòu)造活動表現(xiàn)強(qiáng)烈，發(fā)育有小江斷裂、普渡河斷裂、白邑—橫沖斷裂、一朵云—龍?zhí)渡綌嗔?、萬壽山斷裂等第四紀(jì)活動斷裂和昆明、嵩明、白邑等上新世—第四紀(jì)構(gòu)造盆地。其中F10斷裂規(guī)模最大，為航站區(qū)內(nèi)影響最大的斷裂構(gòu)造，其余為次級小斷層，且變形微弱，距航站區(qū)主體部位較遠(yuǎn)，對航站區(qū)影響不大。經(jīng)野外斷裂第四紀(jì)活動性調(diào)查和實(shí)驗(yàn)室測定，以上這些斷裂最新活動發(fā)生在中—早更新世，也即通過場地的斷裂屬非全新世活動斷層，一般不具備發(fā)生強(qiáng)震的構(gòu)造條件，對工程區(qū)不會產(chǎn)生地表位錯的破壞。故工程區(qū)雖然新構(gòu)造運(yùn)動強(qiáng)烈，但場區(qū)處于相對穩(wěn)定地帶，場地整體穩(wěn)定［7～8］。

昆明新機(jī)場航站區(qū)大部分地區(qū)海拔在1500～2800m之間，最高點(diǎn)是北部祿勸縣拱王山脈的馬鬃嶺，海拔4247.7m；最低點(diǎn)是祿勸縣則黑鄉(xiāng)小河坪子?xùn)|北1km處普渡河與金沙江交匯點(diǎn)，海拔746m。航站區(qū)域場地內(nèi)分布的巖層主要有下二疊統(tǒng)陽新組棲霞段灰?guī)r(P1y1)、下二疊統(tǒng)倒石頭組(P1d)泥巖、中石炭統(tǒng)威寧組(C2w)灰?guī)r、上泥盆統(tǒng)宰格組(D3z)白云巖。

航站區(qū)F10斷層帶內(nèi)發(fā)育了一系列不同規(guī)模及性狀的結(jié)構(gòu)面，其中F10主錯面及其次生的D1、D2錯動面為規(guī)模相對較大的結(jié)構(gòu)面，控制了斷層帶巖基的宏觀結(jié)構(gòu)，另外航站區(qū)F10斷層上、下盤發(fā)育的一系列優(yōu)勢裂隙也是影響巖基穩(wěn)定的不利因素。航站區(qū)詳細(xì)工程地質(zhì)見圖1，各結(jié)構(gòu)面力學(xué)參數(shù)見表1。

(1)F10斷層主錯面

產(chǎn)狀250～285°∠65～75°，結(jié)構(gòu)面起伏呈彎曲狀，整體向北東方向偏轉(zhuǎn)。上盤為肉紅、土黃色碎粒巖，厚約2m。下盤為花斑狀角礫巖，中厚層狀結(jié)構(gòu)，強(qiáng)風(fēng)化，節(jié)理裂隙發(fā)育，閉合—微閉，角礫質(zhì)以白云巖為主。

(2)D1錯動面

產(chǎn)狀為 22°∠61°，局部凹凸不平，充填泥 5～50cm，泥面結(jié)合緊密，敲開后為光面，上盤為深灰色碎粒巖，原巖為深灰色白云巖。下盤為花斑狀角礫巖。

育苗：選擇大果型草莓品種，每畦種1行母株，株距70～80cm，每畝栽1000株。定植成活后噴灑50～100mg/kg赤霉素1次，隔7天再噴1次。

圖1 航站區(qū)工程地質(zhì)詳細(xì)分區(qū)圖Fig.1 A detailed zoning map of the engineering geology in the terminal area

表1 結(jié)構(gòu)面力學(xué)參數(shù)取值表Table 1 Mechanical structure parameters

(3)D2錯動面

產(chǎn)狀為33°∠55°，錯動面起伏光滑，強(qiáng)風(fēng)化，溶蝕嚴(yán)重，可見小溶孔發(fā)育，下部可見近水平鏡面。

(4)優(yōu)勢結(jié)構(gòu)面

上盤共發(fā)育2組優(yōu)勢結(jié)構(gòu)面SJ1和SJ2，其產(chǎn)狀為179°∠67°和273°∠54°，它們將巖體分割成菱形碎塊。下盤發(fā)育優(yōu)勢結(jié)構(gòu)面XJ1，產(chǎn)狀為237°∠34°，結(jié)構(gòu)面一般平直粗糙，沿結(jié)構(gòu)面溶蝕嚴(yán)重，強(qiáng)風(fēng)化，夾泥，張開2～5mm。

2 巖基剪切破壞模式建立

剪切破壞模式是最常見的巖基破壞模式。Landanyi(1972年)曾對脆性無孔隙巖石施加荷載時破壞的過程進(jìn)行了詳細(xì)的描述。當(dāng)達(dá)到某一荷載時裂縫開始出現(xiàn)，繼續(xù)加荷便會使裂縫擴(kuò)展。隨著荷載的加大，巖體開裂成很多片狀體和楔形體，并在荷載進(jìn)一步增加時被壓屈和壓碎。由于剪脹，使受載面下的開裂破碎巖石向外擴(kuò)展，最終發(fā)展為剪切破壞。

航站區(qū)場地地基被F10斷層分割成兩大部分:受斷層影響的地基和未受斷層影響的地基。在未受斷層影響的范圍內(nèi)，巖基可能的失穩(wěn)模式即為巖基的整體剪切破壞；在受F10斷層影響的范圍內(nèi)，巖基的穩(wěn)定性主要受到上述各組結(jié)構(gòu)面的控制。由以上航站區(qū)各結(jié)構(gòu)面特征描述及分類可知，場區(qū)內(nèi)發(fā)育的F10主錯面、D1結(jié)構(gòu)面以及D2結(jié)構(gòu)面3個較大的結(jié)構(gòu)面中(圖2)，D1、D2錯動面為F10主錯面的次級錯動面，傾向與F10主錯面相反，在場地內(nèi)沒有形成影響巖基穩(wěn)定的不利組合；斷層下盤發(fā)育的結(jié)構(gòu)面中，XJ1與D1錯動面(或D2錯動面)傾向相反，構(gòu)成了影響地基穩(wěn)定的不利組合。另外，F(xiàn)10斷層上盤發(fā)育的優(yōu)勢裂隙中，SJ1傾向與F10主錯面傾向相反，且SJ1與SJ2又互為共軛節(jié)理，故在上部荷載作用下，這兩個組合也可能是影響地基穩(wěn)定的不利因素。

綜上，結(jié)合本工程的特點(diǎn)，基底荷載值通過設(shè)計(jì)院提供的設(shè)計(jì)荷載求得［7］。由于本文針對靜載作用下的航站區(qū)的(非機(jī)場跑道)地基穩(wěn)定性分析，所以沒有考慮飛機(jī)起降的沖擊荷載。在不考慮水平荷載作用的情況下，巖基可能的剪切破壞模式有以下幾種:

圖2 沾昆鐵路F10斷層露頭處F10主錯面與D1、D2錯動面相對位置圖Fig.2 Location of the main fault plane of F10 and the dislocation surface of D1 and D2 near the outcrop of F10 along the Zhankun railway

(1)巖基的整體剪切破壞。

(2)巖基沿結(jié)構(gòu)面的剪切破壞。巖基沿結(jié)構(gòu)面的剪切破壞又可以分為:①巖基沿D1錯動面(或D2錯動面)與XJ1優(yōu)勢結(jié)構(gòu)面組合發(fā)生剪切破壞。②巖基沿F10主錯面與SJ1結(jié)構(gòu)面組合發(fā)生剪切破壞。③巖基沿SJ1與SJ2結(jié)構(gòu)面發(fā)生剪切破壞。

3 整體剪切破壞模式分析

航站區(qū)地基巖體有不連續(xù)、非均質(zhì)和各向異性等固有特性，呈現(xiàn)的非線性特征可用Hoek-Brown經(jīng)驗(yàn)強(qiáng)度準(zhǔn)則描述。基于Hoek-Brown準(zhǔn)則的滑移線理論［9～14］，以水平巖基為特定邊界條件，結(jié)合航站區(qū)各類巖體的力學(xué)指標(biāo)，系統(tǒng)闡述航站區(qū)未受斷層影響的巖基整體剪切破壞模式下的極限荷載，在此基礎(chǔ)上評價其是否有剪切破壞的可能。巖石地基整體剪切破壞模式如圖3。在基底壓力作用下，主動區(qū)對被動區(qū)產(chǎn)生擠壓，楔形體沿滑移面整體剪切滑動。

由模型假設(shè)可知，在滑移線解的計(jì)算中忽略了巖體自重以及基礎(chǔ)形狀等影響因素。對于小基礎(chǔ)而言，可忽略巖體自重的影響，但是不同基礎(chǔ)形狀對巖基的極限承載力有較大的影響。故需對以上計(jì)算模式進(jìn)行基礎(chǔ)形狀的修正。引入Bell解的基礎(chǔ)形狀修正系數(shù)，用下式對巖基整體剪切破壞模式下的極限承載力進(jìn)行修正:

圖3 巖基整體剪切破壞示意圖Fig.3 Schematic diagram showing the rock shear destruction

式中:Cf1——基礎(chǔ)形狀修正系數(shù)。

修正后巖基整體剪切破壞模式下的極限承載力見表2。

表2 未受斷層影響下巖基容許承載力Table 2 Rock foundation bearing capacity without the influence of the fault

由以上計(jì)算結(jié)果可以看出，在不同基礎(chǔ)埋深條件下，航站區(qū)內(nèi)未受斷層影響的巖基整體剪切破壞模式下的地基承載力完全能夠滿足工程荷載作用下構(gòu)筑物的正常使用極限狀態(tài)，也即，航站區(qū)未受F10斷層影響的各類巖基在上部荷載作用下，均處于穩(wěn)定狀態(tài)，不會發(fā)生整體剪切破壞。

4 沿結(jié)構(gòu)面剪切破壞模式分析

與上述巖基整體剪切破壞模式相同，在上部荷載作用下，基底壓力達(dá)到極限時，巖基發(fā)生剪切破壞。根據(jù)土力學(xué)理論，破裂面與水平面夾角為δ=(45+φ/2)°。但是，巖基中結(jié)構(gòu)面的存在，導(dǎo)致了巖體各向異性的特點(diǎn)。此時，沿結(jié)構(gòu)面產(chǎn)生剪切破壞時，巖體剪切強(qiáng)度最小，為結(jié)構(gòu)面的抗剪斷強(qiáng)度。故對巖體內(nèi)存在結(jié)構(gòu)面的巖基，在上部荷載作用下，基底巖體剪切破壞時的滑動面一般為巖體內(nèi)的結(jié)構(gòu)面，同時，破裂角也為各結(jié)構(gòu)面的傾角。在上部荷載作用下，巖基中兩個滑動面上的剪應(yīng)力同時達(dá)到其抗剪強(qiáng)度，地基巖體處于極限平衡狀態(tài)，此時可將地基下巖體劃分為主動區(qū)和被動區(qū)進(jìn)行極限平衡分析。

巖石地基在樁基礎(chǔ)荷載作用下，圖4中2個滑動面上的剪應(yīng)力同時達(dá)到其抗剪強(qiáng)度，地基巖體處于極限平衡狀態(tài)，此時作用的荷載即為極限荷載。可將地基下巖體劃分為主動區(qū)Y和被動區(qū)X進(jìn)行極限平衡分析，對于主動區(qū)Y，其最大主應(yīng)力為巖基發(fā)生剪切破壞時的極限荷載，最小主應(yīng)力為水平方向由被動區(qū)X所提供的約束力。對于被動區(qū)X，其最大主應(yīng)力為水平方向由主動區(qū)Y所提供的推力。

圖4 巖基沿結(jié)構(gòu)面剪切破壞示意圖Fig.4 Shear failure diagram of rock along the structure plane

據(jù)《地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》［15］，地基穩(wěn)定性計(jì)算要滿足R≥1.2T，求得巖基在沿各結(jié)構(gòu)面組合下發(fā)生剪切破壞時的極限荷載(對于第①組，由于D1為軟弱結(jié)構(gòu)面，相對于D2來說，其抗剪強(qiáng)度較低，故此處只分析D1與優(yōu)勢結(jié)構(gòu)面的不利組合)，具體見表3。

表3 巖基沿結(jié)構(gòu)面發(fā)生剪切破壞時的極限荷載(安全系數(shù)為1.2)Table 3 Ultimate load of shear failure of rock structure along the surface(The safety coefficient is 1.2)

由表3可以看出:在安全系數(shù)取1.2情況下，第①組為最不利組合，巖基沿該組合發(fā)生剪切破壞時的極限荷載最小，為8516kPa，沿其它結(jié)構(gòu)面組合發(fā)生剪切破壞時的極限荷載均大于第①組，且均大于工程荷載8000kPa，表明在上部荷載作用下，巖基不會沿這些結(jié)構(gòu)面組合發(fā)生剪切破壞。同未受結(jié)構(gòu)面控制巖基的整體剪切破壞模式相比可知，航站區(qū)斷層內(nèi)帶的巖體由于受構(gòu)造作用，形成了大量的結(jié)構(gòu)面，使得斷層帶中巖基的力學(xué)性能有所降低，但結(jié)構(gòu)面的發(fā)育還沒有起到控制性的作用，不會對巖基的穩(wěn)定性構(gòu)成影響。

5 結(jié)論

(1)航站區(qū)整個場地處于相對穩(wěn)定的地塊上，其穩(wěn)定性不會受到周邊活動斷層的影響。對整個場地地基穩(wěn)定影響最大的就是橫穿場區(qū)的F10斷層及其次生的小型錯動帶和節(jié)理、裂隙?？傮w來看，F(xiàn)10斷層將整個場區(qū)地基分成兩大部分:受斷層影響的地基和未受斷層影響的地基。

(2)對于未受斷層影響的地基，可能的失穩(wěn)模式即地基的整體剪切破壞。通過Hoek-Brown滑移線理論分析了未受斷層影響的各類巖基的在整體剪切破壞模式下的穩(wěn)定性，結(jié)果表明:未受斷層影響的各類巖基在上部荷載作用下，均處于穩(wěn)定狀態(tài)，不會發(fā)生剪切失穩(wěn)破壞。

(3)在F10斷層影響范圍內(nèi)，巖基的破壞主要受到各類結(jié)構(gòu)面的控制，通過地質(zhì)分析，建立可能的剪切破壞模式?；趧傮w極限平衡理論求得巖基在各類結(jié)構(gòu)面組合下，均不會產(chǎn)生沿結(jié)構(gòu)面的剪切破壞，說明在工程荷載作用下，航站區(qū)內(nèi)受斷層影響的巖基均處于穩(wěn)定狀態(tài)，巖體中發(fā)育的結(jié)構(gòu)面不會對航站區(qū)地基穩(wěn)定性構(gòu)成影響。

［1］劉之葵，粱金城，朱壽增，等.巖溶區(qū)含溶洞巖石地基穩(wěn)定性分析［J］.巖土工程學(xué)報(bào)，2003，25(5):629 －634.［LIU Z K，LIANG J C，ZHU S Z，et al.Stability Analysis of Rock Foundation with Cave in Karst Area［J］.Chinese Journal of Geotechnical Engineering，2003， 25(5):629 － 634.(in Chinese)］

［2］劉之葵，粱金城，朱壽增，等.巖溶區(qū)土洞地基穩(wěn)定性分析［J］.水文地質(zhì)工程地質(zhì)，2003，30(3):24－28.［LIU Z K，LIANG J C，ZHU S Z，et al.Stability Analysis of Soil Cave Foundation in Karst Area［J］.Hydrogeology ＆ Engineering Geology，2003，30(3):24 －28.(in Chinese)］

［3］邱向榮.巖溶塌陷穩(wěn)定性的灰色模型綜合評判［J］.水文地質(zhì)工程地質(zhì)，2004，31(4):58 － 61.［QIU X R.Grey Fuzzy Synthetic Assessment for Stability of Karst Collapse［J］.Hydrogeology ＆Engineering Geology，2004，31(4):58 － 61.(in Chinese)］

［4］丁春林，甘百先，鐘輝紅，等.含土洞、溶洞的機(jī)場滑行道路穩(wěn)定性評估［J］.石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2003，22(8):1329 － 1333.［DING C L，GAN B X，ZHONG H H，et al.Stability evaluation of airfield runway subgrade containing earth caves and karst［J］.Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering，2003，22(8):1329 －1333.(in Chinese)］

［5］周建普，李獻(xiàn)民.巖溶地基穩(wěn)定性分析評價方法［J］.礦冶工程，2003，23(1):47 － 51.［ZHOU J P，LI X M.Methods of Stability Anallsis in Karst Foundation ［J］. Mining and Metallurgical Engineering，2003，23(1):47 －51.(in Chinese)］

［6］杜蜀賓，謝春慶.西南地區(qū)機(jī)場中的重大工程地質(zhì)問題研究［J］.西安科技學(xué)院學(xué)報(bào)，2004，24(1):76－79.［DU S B，XIE C Q.Major Engineering Geological Problem in Airport of Southwest China［J］.Journal of Xi'an University of Science and technology，2004，24(1):76 －79.(in Chinese)］

［7］王亨林，張洪.昆明新機(jī)場航站樓前區(qū)巖土工程詳細(xì)勘察報(bào)告(階段性成果報(bào)告)［R］.成都:中國建筑西南勘察設(shè)計(jì)研究院，2007.［WANG H L，ZHANG H.Kunming new airport terminal before the geotechnical investigation report(Initial results report)［R］.Chengdu:Southwestern Architectural design lnstitutes Co.Ltd，2007.(in Chinese)］

［8］李樹德.活動斷層研究［J］.水文地質(zhì)工程地質(zhì)，1995，22(5):33 － 35.［LI S D.Active Fault Research［J］.Hydrogeology ＆ Engineering Geology，1995，22(5):33 －35.(in Chinese)］

［9］宋建波，張倬元，于遠(yuǎn)忠，等.巖體經(jīng)驗(yàn)強(qiáng)度準(zhǔn)則及其在地質(zhì)工程中的應(yīng)用［M］.北京:地質(zhì)出版社，2002.［SONG J B，ZHANG Z Y，YU Y Z，et al.BROWN strength criterion and its application in geologicalengineering［M］.Beijing:Geological Publishing House，2002.(in Chinese)］

［10］宋建波，于遠(yuǎn)忠，張倬元.基于Hoek-Brown經(jīng)驗(yàn)強(qiáng)度的滑移線理論體系［J］.西南工學(xué)院學(xué)報(bào)，2001，16(2):40－45.［SONG J B，YU Y Z，ZHANG Z Y.Characteristic Theory Based on Hoek-Brown Strength Criterion［J］.Journal of Southwest Institute of Tehchnology，2001，16(2):40 －45.(in Chinese)］

［11］宋建波，于遠(yuǎn)忠，張譽(yù).Hoek-Brown準(zhǔn)則求解均質(zhì)巖基極限承載力的滑移線法［J］.西南工學(xué)院學(xué)報(bào)，2001，16(3):27 － 30.［SONG J B，YU Y Z，ZHANG Y.Characteristic Method Determining Ultimate Bearing Capacity of Isotropic Rock Foundation with Hoek-Brown Strength Criterion［J］.Journal of Southwest Institute of Tehchnology，2001，16(3):27 －30.(in Chinese)］

［12］宋建波，于遠(yuǎn)忠.剪切破壞模式下確定均質(zhì)巖基極限承載力的兩種方法［J］.工程地質(zhì)學(xué)報(bào)，2001，9(3):317－320.［SONG J B，YU Y Z.Two Methods for Determining Ultimate Bearing Capacity of Isotropic Rock Foundation under Shear Failure Model［J］.Journal of Engineering Geology，2001，9(3):317 －320.(in Chinese)］

［13］宋建波，于遠(yuǎn)忠.巖體經(jīng)驗(yàn)強(qiáng)度準(zhǔn)則及其強(qiáng)度參數(shù)m，s的確定方法［J］.西南工學(xué)院學(xué)報(bào)，2001，16(1):26 － 29.［SONG J B，YU Y Z.Hoek-Brown Strength Criterion and Method Determining Parameters Mands［J］.Journal of Southwest Institute of Tehchnology，2001，16(1):26 －29.(in Chinese)］

［14］宋建波，彭盛恩.巖基破壞模式的劃分及其極限承載力的確定方法［J］.四川建筑科學(xué)研究，2001，27(4):49 － 52.［SONG J B，PENG S E.Methods Classifying Failure Models and Determining Ultimate Bearing Capacity of Rock Foundation［J］.Building Science Research of Sichuan，2001，27(4):49 －52.(in Chinese)］

［15］GB50007—2002地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.北京:中國建筑工程出版社，2002.［GB50007—2002 Foundation Design Code［S］.Beijing:China State Construction Engineering Publishing House，2002.(in Chinese)］