浅析隧道口边坡破坏机理及破坏模式

王统平

（重庆市南岸区市政设施管理处，重庆 401336）

浅析隧道口边坡破坏机理及破坏模式

王统平

（重庆市南岸区市政设施管理处，重庆 401336）

随着我国土建事业的发展，高速公路建设中桥隧比例日益加大。因此，对边坡破坏机理及破坏模式研究有重要工程意义，文中通过分析隧道洞口边坡形成条件，提出了石质边坡和土质边坡不同的破坏机理及破坏模式，为工程设计、边坡施工和边坡灾害治理提供了理论参考依据。

引言

伴随着我国基础建设的不断发展，高速公路作为基础建设的重要组成部分，已经成为我国公路建设的主流，隧道结构也越来越复杂，大断面、大跨径、连拱隧道等形式也逐步多样化，因此，研究隧道口边坡的破坏机理及破坏模式是十分必要的。国内外学者都对隧道口的破坏机理和破坏模式做了大量的研究，如罗健、查学东等以常吉高速公路殿会坪隧道为例，对隧道口现场进行沉降测试，并从地质条件、地下水情况、地形地貌、施工方法、施工质量等方面分析了影响隧道仰坡稳定性的因素；许明雷应用隧道监控量测及有限元分析手段对隧道仰坡稳定性进行有效预警预报的重要性研究，得出通过监控量测的信息反馈，可以有效避免工程事故的发生，有限元模拟分析可以作为监控量测的一种有效辅助手段。

隧道洞口岩质边坡破坏机理及破坏模式

隧道洞口分为岩质边坡和土质边坡两种。在研究岩质边坡稳定性的过程中，首先对岩体的结构面和结构体进行分析，是影响岩质边坡稳定性的主要因素。结构面是常发生物理力学形变和物理化学作用的强烈反应地带，降低了岩体整体结构性致使岩体强度降低。大量岩质边坡工程事故表明，不稳定的岩体常识沿着固定的界面产生破坏，一般表现为张拉破裂、剪切滑移和错动变形等破坏形式。因此，研究岩质边坡的破坏机理及破坏模式有一定的工程意义。

隧道洞口岩质边坡破坏机理

隧道洞口边坡中，岩质边坡与土质边坡相比，在破坏模式及机理上均有较大差别，在岩质边坡的岩体中能够看到各种类的扩张裂缝，岩体可能沿着原有或新产生的薄弱面移动破坏，形成一个或多个线性或弓形裂缝。而扩张裂缝的形成表明原岩体已经无法通过岩体的原拉应力维持岩体稳定性，且随着裂缝的发育逐渐形成滑动面，分裂的岩体也会从形成的“释放表面”剥落，形成偏移病害，危及边坡稳定性。

虽然岩体结构和周围环境的差异性，但岩体的破坏机理一般遵循以下原则：

（1）有限岩体块是由不连续面及开挖面相交形成；

（2）不利方向破坏岩体块首先滑出，留出后续空间供余下破坏块体滑出，其中第一滑块称为关键块；

（3）假设岩体满足某种滑动的动力条件，沿某固定方向的表面或块体边缘的滑动。其中最主要的是在开挖空间内，块体能够移动；

（4）假设边坡滑动会受阻挡或被限制，破坏岩体可能发生旋转运动，因此，当滑体不沿开露面运动时，可能发生倾倒、崩塌、块体跌落及扭转破坏等；

隧道洞口岩质边坡破坏模式

通过对隧道洞口边坡岩体的外部特征观察，能够大致推测边坡稳定程度、破坏发生可能性及曾经发生破坏的变化。

由于隧道洞口边坡岩体结构复杂多样性，岩质边坡的主要破坏形式分为：平面破坏、倾倒破坏及楔体破坏。其中，平面破坏和楔体破坏是岩质边坡破坏中较为常见的破坏形式，但是倾倒破坏是一种很重要的破坏形式。除去上述三种岩质边坡主要破坏模式外，还有如侵蚀破坏、溃屈破坏、断裂破坏等其他破坏模式。另，在岩体脆弱段和岩体节理异常发育或己经破碎的岩质边坡地带也常发生圆弧破坏。以下对三种主要的岩质边坡破坏模式作详细分析：

（1）平面破坏

平面破坏是指在层理发育且产状稳定，特别是有软弱夹层的沉积岩及层状变质岩中形成破裂面，造成岩体平面滑动。当层面倾向与坡面倾向一致但倾角缓于后者，且倾角大于摩擦角时，常发生平面破坏。当平面破坏发生时，在岩质滑体两侧应有释放面才能使滑体脱离岩体下滑，外凸坡体的自由面即为释放面。当侧面不临空时，滑体两侧也应有地质间断面以形成破坏释放面。

（2）倾倒破坏

倾倒破坏是指岩柱或岩块绕某固定破坏基准面转动形成的岩质边坡破坏模式。其主要破坏模式表现为：块体倾倒、岩体弯曲倾倒；其主要的破坏过程及破坏机理为：隧道松口岩质边坡裂隙性岩体在应力松弛和风化作用下形成宽厚的分割组合体，分割块体随着块体间的风化作用进一步下沉，且在下沉破坏过程中会伴有局部性剪切滑动、倾倒和旋转破坏等混合变形，最终出现某一固定的几何破坏面，形成倾倒破坏模式。

（3）楔体滑动破坏

楔体滑动破坏是指在非成层的块状岩体中，由于地质间断面作用，将岩体切割为多个楔形体。当两个不连续面岩体的走向斜交坡面，其交线在坡面上露出时，若该交线倾角显著大于岩体摩擦角，则位于该不连续面上的楔形岩体可能会沿着交线下滑。在节理发育的硬岩斜坡中，潜在的楔形岩体是较为普遍的现象，但一般情况下楔形岩体规模较小，且岩质较紧密，不会对施工造成严重威胁，但是当若岩质坡体中存在产状不利的断层及间断交叉时，可能也会形成巨型楔体。

隧道洞口土质边坡破坏机理及破坏模式

隧道洞口土质边坡破坏机理

相对岩质边坡，土质边坡更加强调建筑材料对度参数对土质边坡稳定性的影响，而岩质边坡更多考虑结构体中结构面破坏的因素。土质边坡的破坏主要是因为边坡土体强度及边坡形态变化，而造成影响边坡稳定性控制因素的改变。对于特殊形态及特殊土质的边坡，若坡体内存在风化结构裂隙，也可能严重影响边坡稳定性。

隧道洞口土质边坡破坏模式

隧道洞口土质边坡因其周围地质环境、水文环境的不同，其破坏模式也存在很大差异性，随着工程进度，应力状态不断改变，则演变出不同的破坏模式，其中主要的破坏模式有：滑塌、滑坡破坏，崩坍破坏，错落破坏和坡面破坏等。

（1）滑塌、滑坡破坏

滑塌、滑坡破坏一般发生在高边坡位置，是由于在施工开挖过程中蠕动变形——后缘拉裂破坏形成，土体中主要表现为自重力作用，边坡开挖后随着应力发生偏转，形成平行于坡面的最大主应力和与之垂直相交的最小主应力，两应力的交线成为剪应力轨迹，且应力偏转程度与坡高和坡形有直接关系，其坡越高，剪应力在坡脚越集中，同时在坡脚形成较高的集中压应力。

（2）崩坍模式

崩坍模式是最常见土质边坡破坏模式。在土质边坡形成的暴露外表，使坡形产生改变，最终在土体下部形成反坡，与土体发育裂隙耦合形成下滑组合体，最终发生崩塌破坏。而形成反坡的主要原因有：坡脚水的作用、坡脚剪应力较为集中、地表水冲刷作用及风化作用等。

（3）错落破坏

错落破坏模式是指当边坡坡脚存在软弱围岩或呈湿陷性黄土在地下水作用下形成压碎等情况下，边坡本身不能够承担坡体压力，发生边坡下错，造成结构物或坡体开裂、倾覆。

（4）坡面破坏

坡面破坏模式主要是坡面水冲刷、坡肩侵蚀剥离和湿陷。主要影响因素：坡面倾斜度、坡面径流、坡面水流量大小及土粒抗剪强度等。

结语

通过对隧道洞口边坡不同地质情况，水文情况研究分析，提出了隧道洞口岩质边坡和土质边坡破坏机理及破坏模式，其中岩质边坡破坏模式分为：平面破坏、倾倒破坏及楔体破坏；土质边坡破坏模式分为：滑塌、滑坡破坏，崩坍破坏，错落破坏和坡面破坏。能够为工程设计和边坡治理提供一定的理论经验。

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1007-6344（2015）02-0185-01