梁　宇，涂小飛（中國電建集團(tuán)成都勘測設(shè)計(jì)研究院有限公司，四川 成都 610072）

?

層狀順向巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性研究

梁宇，涂小飛（中國電建集團(tuán)成都勘測設(shè)計(jì)研究院有限公司，四川 成都 610072）

本文在了解國內(nèi)外研究現(xiàn)狀和收集前人研究成果的基礎(chǔ)上，以蘿卜崗場地層狀順向巖質(zhì)邊坡作為典型的研究素材，通過對蘿卜崗順向巖質(zhì)邊坡的變形破壞模式及機(jī)理研究，對場地進(jìn)行穩(wěn)定性分析評(píng)價(jià)，用于指導(dǎo)規(guī)劃設(shè)計(jì)，切實(shí)解決具體工程問題。

層狀順層巖質(zhì)邊坡；軟弱夾層；工程地質(zhì)特性；變形破壞模式；穩(wěn)定性

引言

在工程建設(shè)中，層狀順向巖質(zhì)邊坡一方面作為工程建設(shè)場址基本地質(zhì)環(huán)境，工程建設(shè)場平開挖會(huì)在很大程度上打破原有自然邊坡的平衡狀態(tài)，使邊坡偏離甚至遠(yuǎn)離平衡狀態(tài)，工程控制與管理不當(dāng)將會(huì)帶來邊坡變形與失穩(wěn)，形成地質(zhì)災(zāi)害；另一方面，它又構(gòu)成了工程設(shè)施的承載體，工程的荷載效應(yīng)可能會(huì)影響和改變它的承載條件和承載環(huán)境，從而影響巖質(zhì)邊坡的穩(wěn)定性。層狀順向巖質(zhì)邊坡的失穩(wěn)破壞不僅會(huì)直接摧毀工程建設(shè)本身，而且也會(huì)通過環(huán)境災(zāi)難對工程和人居環(huán)境帶來間接的影響和災(zāi)害。

1　地形地貌

蘿卜崗場地位于流沙河與大渡河所圍限的寬緩斜坡地帶上。斜坡走向北西40°，傾向北東，地勢西北高、東南低，場地地面高程870～1200m，拔河高度80～410m。場地西南靠大渡河側(cè)，坡向南西，坡度較陡，平均坡度約40～50°，最陡達(dá) 60°，為逆向陡坡地形；場地所在流沙河側(cè)，坡向北東，坡度相對較緩，坡度一般為10～25°，屬單斜順向斜坡地帶。

2　巖體結(jié)構(gòu)及工程地質(zhì)特性

蘿卜崗場地出露的巖層主要由一套下二疊統(tǒng)淺海相碳酸鹽巖建造和上三疊統(tǒng)內(nèi)陸湖沼相碎屑巖建造或含煤建造沉積巖組成，上二疊統(tǒng)火山噴出巖建造零星分布。

為研究場地不同巖類的工程地質(zhì)特性，提供順向邊坡穩(wěn)定性分析所必需的巖體（石）基本物理力學(xué)參數(shù)，根據(jù)不同的勘察目的任務(wù)采用不同的試驗(yàn)方法，對采集的各巖類原狀樣開展了相應(yīng)的巖石物理力學(xué)性質(zhì)室內(nèi)試驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析如下：

（1）巖石物理力學(xué)性質(zhì)室內(nèi)試驗(yàn)成果表明：完整、較堅(jiān)硬的中等風(fēng)化～未風(fēng)化石灰?guī)r、細(xì)砂巖和粉砂巖，具有密度較大、吸水率較低和抗壓強(qiáng)度、彈性模量、抗剪強(qiáng)度均較高的特點(diǎn)。

（2）巖石飽和單軸抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)成果表明：厚層狀中等風(fēng)化灰?guī)r、細(xì)砂巖，屬堅(jiān)硬巖類，具較好的力學(xué)特性；中厚層狀中等風(fēng)化粉砂巖，屬較硬巖～堅(jiān)硬巖類；薄層狀中等風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖、紫紅巖屑砂巖，以及強(qiáng)風(fēng)化粉砂巖、泥質(zhì)粉砂巖，屬軟巖類，力學(xué)特性差。

（3）巖石抗剪強(qiáng)度試驗(yàn)成果表明：微風(fēng)化～中等風(fēng)化灰?guī)r、細(xì)砂巖、粉砂巖具有較高的力學(xué)強(qiáng)度。

在室內(nèi)試驗(yàn)成果經(jīng)整理后確定的標(biāo)準(zhǔn)值基礎(chǔ)上，結(jié)合順向邊坡的工程地質(zhì)條件，參照相關(guān)規(guī)范進(jìn)行進(jìn)行折減選擇地質(zhì)建議值。邊坡巖體（石）主要物理力學(xué)性參數(shù)地質(zhì)建議值見表1。

表1　巖體（石）主要物理力學(xué)參數(shù)地質(zhì)建議值

3　軟弱夾層類型及工程地質(zhì)特性

軟弱夾層的形成與發(fā)育程度主要受巖性、構(gòu)造、地下水活動(dòng)、風(fēng)化卸荷等因素所控制。對區(qū)內(nèi)軟弱夾層類型及工程地質(zhì)特性可歸納如下：

（1）區(qū)內(nèi)順向坡巖體的軟弱夾層主要順層發(fā)育于砂巖、泥巖內(nèi)，灰?guī)r少量。這些軟弱夾層多經(jīng)后期構(gòu)造擠壓錯(cuò)動(dòng)、風(fēng)化卸荷和地表水與地下水活動(dòng)等改造，有的存在一定程度的擠壓錯(cuò)動(dòng)痕跡，有的原巖已風(fēng)化蝕變，有的含大量親水性黏土礦物，呈現(xiàn)泥質(zhì)或泥夾碎屑結(jié)構(gòu)。從成因類型上可劃分為原生型、構(gòu)造型、次生型和復(fù)合型。

（2）區(qū)內(nèi)軟弱夾層按工程性狀分類，宏觀上可歸納為三類：即巖屑夾泥（黏土）型、泥（黏土）夾碎屑型和泥（黏土）型。

（3）從軟弱夾層的物質(zhì)組成、結(jié)構(gòu)特性以及強(qiáng)度特性來看，這些軟弱夾層的主要特點(diǎn)是：厚度較薄、傾角較緩、結(jié)構(gòu)較破碎、抗變形能力較弱、力學(xué)強(qiáng)度較低、工程性狀差，與縱、橫向陡傾角結(jié)構(gòu)面不利組合時(shí)，在某些不利條件（如開挖，地表水體下滲）下，將構(gòu)成順向坡巖體失穩(wěn)滑移的主要控制面。

蘿卜崗場地軟弱夾層抗剪強(qiáng)度取值，以現(xiàn)場原位大剪試驗(yàn)成果為依據(jù)，參照室內(nèi)剪切試驗(yàn)成果并結(jié)合相關(guān)規(guī)范進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整，提出地質(zhì)建議值見表2。

表2　軟弱夾層主要物理力學(xué)參數(shù)地質(zhì)建議值

4　順向巖質(zhì)邊坡變形破壞模式及機(jī)理研究

根據(jù)調(diào)查研究分析，場地順向巖質(zhì)邊坡失穩(wěn)均是沿巖體內(nèi)軟弱結(jié)構(gòu)面失穩(wěn)下滑形成的。巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性的影響因素除主要與巖體結(jié)構(gòu)和軟弱結(jié)構(gòu)面的特性、力學(xué)強(qiáng)度有關(guān)外，它還與所處的地質(zhì)構(gòu)造環(huán)境、坡體的臨空面條件、水文地質(zhì)條件、地震以及人類工程活動(dòng)等諸多因素有關(guān)。蘿卜崗場地順向巖質(zhì)邊坡變形破壞的演變過程及其機(jī)理研究，可以表述如下：

調(diào)查研究結(jié)果表明，蘿卜崗順向坡在長期地質(zhì)歷史時(shí)期里，至少曾先后發(fā)生過兩次較大規(guī)模的基巖邊坡失穩(wěn)下滑事件，它們分別為康家坪滑坡和亂石崗滑坡。隨著流沙河河谷下切侵蝕，早期（大致相當(dāng)于早更新世 Q1流沙河“昔格達(dá)古槽谷”形成時(shí)期）當(dāng)河谷下切至1120m高程左右誘發(fā)了康家坪滑坡（包括富塘滑坡等）的失穩(wěn)；后期（大致相當(dāng)于晚更新世Q3～全新世Q4近代流沙河形成時(shí)期）當(dāng)河谷下切至850～800m高程左右誘發(fā)了亂石崗滑坡。

（1）早期的蘿卜崗地區(qū)地形如圖1所示。隨著流沙河的不斷下切侵蝕作用，使得斜坡地形逐漸變陡，下部坡腳的軟弱夾層出露于地表，使這部分巖體失去了支撐條件，致使部分軟弱夾層沿兩側(cè)巖體產(chǎn)生一定程度的蠕滑跡象，為后方巖體向臨空方向產(chǎn)生蠕滑變形提供了有利的臨空條件，蠕滑變形導(dǎo)致邊坡巖體內(nèi)產(chǎn)生一些拉張裂縫或縱橫向拉張裂縫的進(jìn)一步擴(kuò)張，為地表水的下滲提供了通道（如圖2）。

圖1　順向巖質(zhì)邊坡原始邊坡形態(tài)

圖2　順向巖質(zhì)邊坡變形初期邊坡形態(tài)

（2）地表水下滲不僅使上部巖體吸水飽和，增加巖體重量，而且大多沿淺表卸荷巖體拉張裂縫下滲至下伏軟弱夾層（帶）后，導(dǎo)致其水文地質(zhì)條件變化，使之軟弱層夾（帶）進(jìn)一步軟化、泥化，甚至部分形成泥化夾層，其力學(xué)強(qiáng)度急劇降低。當(dāng)強(qiáng)度降低到一定程度，在重力作用下促使上覆巖體沿軟化、泥化夾層向臨空方向產(chǎn)生失穩(wěn)下滑。下滑過程中局部巖塊解體不充分，以相對完整的形態(tài)保持下來，如圖3所示。

圖3　順向巖質(zhì)邊坡變形破壞后邊坡形態(tài)

（3）由于區(qū)內(nèi)沿層面發(fā)育有多條軟弱夾層（面），其傾角較緩，一般約13～16°，因此順向巖質(zhì)邊坡的破壞是河谷下切期間，斜坡巖體沿下部軟弱夾層長期蠕滑作用的產(chǎn)物。但滑坡期間運(yùn)移速度較慢，運(yùn)移距離較短，因而滑體內(nèi)局部巖體解體不充分，保留有較多的大塊完整巖塊。

（4）巖質(zhì)類型，巖體結(jié)構(gòu)類型與特性，結(jié)構(gòu)面發(fā)育程度、性狀與組合關(guān)系及其強(qiáng)度特性是邊坡巖體蠕滑位移的內(nèi)在因素；前緣臨空面為邊坡滑移變形提供了有利的地形條件；地表水入滲是邊坡滑動(dòng)的觸發(fā)因素。在某些因素影響下，順向巖質(zhì)邊坡后緣巖體沿兩條或兩條以上的軟弱夾層向臨空方向呈“抽屜式”滑移，從而在巖體內(nèi)不同深度沿陡傾結(jié)構(gòu)面產(chǎn)生張拉裂縫，而其上覆巖體仍保持較完整狀態(tài)的假象，這類張拉裂縫一般具有不確定性和隱蔽性（圖4）。

圖4　順向巖質(zhì)邊坡破壞逐級(jí)發(fā)展示意圖

根據(jù)以上分析，場地順向邊坡巖體的變形破壞模式，可以概括為“多層順層滑移-拉裂”形式。而場地內(nèi)順坡向砂泥巖地層中軟弱結(jié)構(gòu)面相對較發(fā)育，其成因類型、性狀和物質(zhì)組成各異，它們的強(qiáng)度特性和幾何尺寸等方面也存在有較大差別，因而并不是任何一條軟弱結(jié)構(gòu)面都會(huì)構(gòu)成巖體失穩(wěn)的底界面，邊坡巖體可能沿兩條或兩條以上的順層軟弱夾層向臨空方向呈“抽屜式”滑移，在巖體內(nèi)不同深度沿陡傾結(jié)構(gòu)面產(chǎn)生張拉裂縫，而其上覆巖體仍保持較完整狀態(tài)，巖體失穩(wěn)后則具“麻將牌”式的順層面堆積。

5　順向巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性分析評(píng)價(jià)

場地區(qū)為單斜順向坡，巖體內(nèi)泥質(zhì)、炭質(zhì)巖類夾層和層間軟弱夾層相對較發(fā)育，受溝谷或人類工程活動(dòng)的切割，部分邊坡已形成影響坡體整體及淺表穩(wěn)定的臨空面，存在順層滑動(dòng)的可能性。為此需對邊坡整體及淺表部穩(wěn)定性進(jìn)行復(fù)核計(jì)算。順向巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定計(jì)算采用傳遞系數(shù)法。計(jì)算剖面在西區(qū)、中區(qū)、東區(qū)和擴(kuò)大西區(qū)各選取一條代表性剖面進(jìn)行穩(wěn)定性計(jì)算分析，分別見圖5～12。即：

在東區(qū)二疊系陽新組石灰?guī)r出露區(qū)斜坡不存在影響整體穩(wěn)定的臨空面，但由于溝谷及采石場的切割存在影響淺表部穩(wěn)定的臨空面，選用代表性剖面1-1進(jìn)行穩(wěn)定性計(jì)算，見圖5～6。

圖5　東區(qū)穩(wěn)定性計(jì)算剖面1-1剖面

圖6　東區(qū)1-1剖面條分圖

在中區(qū)淺表部三疊系白果灣組中等～強(qiáng)風(fēng)化砂、泥巖夾煤質(zhì)頁巖坡體，存在4層薄煤層臨空面，分別選用代表性剖面2-2進(jìn)行穩(wěn)定性計(jì)算，見圖7～8。

圖7　中區(qū)穩(wěn)定性計(jì)算剖面2-2剖面

圖8　東區(qū)2-2剖面條分圖

在西區(qū)淺表部三疊系白果灣組中等～強(qiáng)風(fēng)化砂巖夾泥巖邊坡，由于溝谷的深切，存在影響整體穩(wěn)定的臨空面，選用代

表性剖面3-3進(jìn)行穩(wěn)定性計(jì)算，見圖9～10。

圖9　西區(qū)穩(wěn)定性計(jì)算剖面3-3剖面

圖10　西區(qū)3-3剖面條分圖

擴(kuò)大西區(qū)淺表部三疊系白果灣組中等～強(qiáng)風(fēng)化砂巖夾泥巖坡體，軟弱夾層較發(fā)育，且存在亂石崗等幾個(gè)古滑坡，其工程地質(zhì)條件差，選用代表性剖面4-4進(jìn)行穩(wěn)定性計(jì)算，見圖11～12。

穩(wěn)定性計(jì)算分析工況主要采用天然、暴雨、地震三種工況。其中，天然工況主要考慮自重、地面荷載；暴雨工況主要考慮自重、地面荷載、由暴雨入滲導(dǎo)致地下水產(chǎn)生的水壓力；地震工況主要考慮自重、地面荷載和地震力。

穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果見表3。

根據(jù) 《滑坡防治工程設(shè)計(jì)與施工技術(shù)規(guī)范》（DZ/T 0219）中滑坡防治工程設(shè)計(jì)安全系數(shù)的規(guī)定和 《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范》（GB50330）中的穩(wěn)定安全系數(shù)要求，邊坡安全系數(shù)選取如表4。

圖11　擴(kuò)大西區(qū)穩(wěn)定性計(jì)算剖面4-4剖面

圖12　擴(kuò)大西區(qū)4-4剖面條分圖

表3　邊坡穩(wěn)定性系數(shù)表

表4　邊坡安全系數(shù)

從表3和表4可以看出：

（1）天然、暴雨工況下，場地各區(qū)邊坡巖體整體均保持穩(wěn)定狀態(tài)，穩(wěn)定系數(shù)（k=1.48～2.94）均大于建設(shè)用地邊坡1.35的安全系數(shù)要求，各區(qū)邊坡巖體均能保持整體穩(wěn)定狀態(tài)；

（2）地震工況下，除東區(qū)和中區(qū)外，西區(qū)計(jì)算剖面 1-1和擴(kuò)大西區(qū)計(jì)算剖面4-4的穩(wěn)定性系數(shù)（k=1.18～1.21）偏低，處于欠穩(wěn)定狀態(tài)，不能滿足工程要求；

（3）分析和計(jì)算表明場地斜坡深層整體穩(wěn)定，計(jì)算穩(wěn)定系數(shù)大于建設(shè)用地邊坡穩(wěn)定系數(shù)1.35。但西區(qū)、擴(kuò)大西區(qū)滑坡體、局部地段斜坡淺表層整體穩(wěn)定系數(shù)偏低，但天然狀態(tài)下處于基本穩(wěn)定。

6　結(jié)論

不同巖石建造和不同巖石類型組合，具有不同的巖體結(jié)構(gòu)特征及邊坡變形破壞形式。各種不同巖體結(jié)構(gòu)類型及其巖石組合又具有各自不同的物理力學(xué)特性，室內(nèi)試驗(yàn)試驗(yàn)表明，各類巖石的力學(xué)強(qiáng)度一般均相對較高。因此順向巖質(zhì)邊坡的穩(wěn)定性主要受巖體結(jié)構(gòu)面所控制。

蘿卜崗場地為緩傾單斜順向坡，順向坡巖體穩(wěn)定性主要受控于軟弱結(jié)構(gòu)面，對場地邊坡和地基穩(wěn)定不利。從成因類型上可將軟弱夾層劃分為原生型、構(gòu)造型、次生型和復(fù)合型四種類型，從物質(zhì)組成、工程性狀等宏觀上可大致歸納為三大類：即碎屑夾泥（粘土）型、泥（粘土）夾碎屑型和泥型。

影響順向巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性的主要因素有內(nèi)在因素和外在因素兩種。內(nèi)在因素主要為地質(zhì)因素，如地層巖性組合、巖層構(gòu)造與結(jié)構(gòu)、水文地質(zhì)條件等；外在因素包括自然觸發(fā)因素和工程因素。地質(zhì)因素是邊坡體的基本因素，是既定的不易更改的，對其詳細(xì)研究可以正確評(píng)價(jià)既有邊坡的穩(wěn)定性；自然因素也是不可抗拒的。工程因素則是靈活的可變的，也是可控的，深入研究工程因素對邊坡穩(wěn)定性的影響不僅可以正確預(yù)測順向巖質(zhì)邊坡的病害，而且可以通過合理的工程措施使該類邊坡的病害控制在最低程度。

蘿卜崗場地順向巖質(zhì)邊坡的變形破壞模式可以概括為“多層順層滑移-拉裂型”?？辈煸O(shè)計(jì)和施工開挖實(shí)踐表明：場地西區(qū)和擴(kuò)大西區(qū)順向坡巖體大多沿兩條或兩條以上軟弱夾層向臨空方向呈“抽屜式”滑移，在巖體深部沿陡傾結(jié)構(gòu)面產(chǎn)生張拉裂縫，而其上覆巖體仍保持較完整狀態(tài)的假象；巖體失穩(wěn)后則具“麻將牌”式的順層面堆積。

通過對場地順向巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性影響因素分析、邊坡穩(wěn)定性的定性分析和邊坡穩(wěn)定性二維極限平衡計(jì)算分析結(jié)果認(rèn)為天然、暴雨工況下，各區(qū)邊坡巖體均能保持整體穩(wěn)定狀態(tài)，但地震工況下，西區(qū)、擴(kuò)大西區(qū)邊坡巖體穩(wěn)定性系數(shù)偏低，處于欠穩(wěn)定狀態(tài)；開挖后，各區(qū)的邊坡巖體穩(wěn)定系數(shù)均會(huì)有所降低，尤其是西區(qū)和擴(kuò)大西區(qū)將不能滿足工程要求。因此，在城市市政工程和房屋建筑規(guī)劃與建設(shè)中，應(yīng)結(jié)合場地工程地質(zhì)條件進(jìn)行科學(xué)、合理布局，盡量控制和減少邊坡開挖高度，需有相應(yīng)工程措施，并采用適宜的施工方法和注意邊坡及時(shí)支護(hù)處理，同時(shí)應(yīng)防止地表水下滲惡化地基。

［1］王思敬.中國巖石力學(xué)與工程世紀(jì)成就［M］.南京：河海大學(xué)出版社，2004.

［2］陳祖煜，等.巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定分析：原理.方法.程序［M］.北京：中國水利水電出版社，2005.

［3］鄭穎人，陳祖煜，王恭先，凌天清.邊坡與滑坡工程治理［M］.北京：人民交通出版社，2010.

［4］張倬元，黃潤秋，等.工程地質(zhì)分析原理［M］.北京：地質(zhì)出版社，2009.

梁 宇（1977-），男，高級(jí)工程師，注冊巖土工程師，碩士研究生，主要從事巖土工程勘察、設(shè)計(jì)和工程建設(shè)項(xiàng)目管理工作。

P642.2

A

2095-2066（2016）16-0092-04

2016-5-5