某隧道出口危岩稳定性定性分析

杨强国

(中铁西南科学研究院有限公司，四川成都611731)

某隧道出口危岩稳定性定性分析

杨强国*

(中铁西南科学研究院有限公司，四川成都611731)

结合工程实例，介绍了如何利用赤平投影与实体比例投影图解法进行岩体结构面分析，定性判断某铁路线路隧道出口岩体边坡的稳定性。利用赤平投影与实体比例投影图解法定性分析岩体结构稳定性较为简单、方便，可以预判工程建设中可能发生的崩塌、落石灾害，起到防灾、避灾的作用，以降低工程投资。

危岩；赤平投影；实体比例投影；稳定性分析

1 概述

崩塌、落石的发生往往是突然而急剧发生的，因此防治工作是一件异常复杂的工作。岩质边坡的稳定性计算或分析，至今尚无系统的和成熟的理论或计算方法。处于探讨和有待深化的阶段。岩体被裂隙切割为形状各异大小不等的岩块。岩体是一个综合概念，它包含结构体和结构面2个方面因素。所谓岩体结构分析，就是分析结构面的组合规律，以及它与边坡角的关系。无论是边坡岩体的破坏，还是洞室岩体的崩塌，绝大多数是沿着岩体中的结构面发生的。从岩体力学的观点来看，岩体受外力作用的破坏过程，主要是结构面的剪切滑移、拉开，以及整体的累积变形和破坏。所以分析边坡岩体中结构面的倾向或几组结构面的组合交线的倾向及倾角与边坡稳定性的关系是非常重要的。当前，利用赤平极射投影及实体比例投影相结合的作图方法，是一种简捷的好方法，特别是在缺乏力学数据的情况下，先根据岩体结构进行初步判断是非常必要的。

2 工程概况

它西嘎一号隧道位于内(江)六(盘水)线K482+ 300～400，出口与它西嘎二号大桥无路基连接，线路由北向南走向。隧道出口位于近东西走向(207°∠75°)的陡崖中部(图1)。陡崖近东西走向，山体坡面陡峻，基岩裸露，局部长有低矮灌木、杂草，长约300m，高45～50m，坡度60°～80°，局部近于直立，崖顶垂直线路方向坡度约20°，由西向东平缓下降。区内地层为二叠系下统栖霞茅口组(P1q+m)灰岩、页岩夹煤层构成。陡崖为灰岩，陡崖下缓坡由软弱的页岩夹煤层组成。

图1 危岩现场全貌(镜头朝向北偏西)

据六盘水工务段现场监测资料，2010年8月17日裂缝最大宽度1205mm，8月18日裂缝宽度发展至1283mm，8月19日已至1342mm，至9月10日达2040mm。如裂缝继续发展，陡崖将有发生崩塌灾害的可能，对它西嘎二号大桥和内六线铁路行车构成极大的安全隐患，必须采取工程措施进行加固。

3 工程地质条件

陡崖所在灰岩呈中厚层—巨厚层状构造，单层厚50～200cm，陡崖灰岩总厚约50m，岩层产状为355°～10°∠50°～58°，岩层倾向山体内侧，对陡崖稳定有利，但层间结合较差，层面较平直，浅部张开度3～5mm，多为岩屑充填。灰岩重度约23kN/m3，结构面粘聚力50kPa，内摩擦角约22°。

除岩层结构面以外，陡崖灰岩主要发育有2组结构面：

J1：105°～110°∠70°～76°，延展长100～400cm，形态平直，有少许呈锯齿状，间距50～100cm，较发育，连通性好，张开度大于5mm，局部最大可达1.5m，有少量岩屑和泥质充填。本组结构面垂直于边坡走向，与岩层结构面交角近垂直，是形成崩塌落石的控制性结构面之一。

J2：260°～265°∠80°～89°，延展长100～300cm，形态平直，有少许呈锯齿状，间距50～100cm，较发育，连通性好，张开度大于5mm，局部最大可达1.5m，有少量岩屑和泥质充填。本组节理垂直于边坡走向，层理交角近垂直并切割岩层结构面，是形成崩塌落石的结构面之一。

4 崩塌稳定性评价

4.1 结构面分析

根据野外实际测量的岩体结构面，岩层产出结构面20°∠55°，该组结构面形态平直，发育较好，结合度差，连续贯通性好，间距0.5～2.0m，张开3～5mm，少量岩屑填充；第一组节理裂隙结构面J1：108°∠75°，该组结构面形态呈平直—锯齿状，发育较好，结合度差，连续贯通性好，间距0.5～1.0m，张开度大于5mm，少量岩屑和泥质填充；第二组节理裂隙结构面J2：260°∠85°，该组结构面形态呈平直—锯齿状，发育较好，结合度差，连续贯通性好，间距0.5～1.0m，张开度大于5mm，少量岩屑和泥质填充；坡面倾向207°，坡角75°。根据统计结构面做赤平投影，如图2所示。根据赤平投影做实体比例投影面，如图3所示。

图2 隧道出口边坡岩体结构面赤平投影

图3 隧道出口边坡岩体结构面实体比例投影

根据赤平投影可知：J1、J2与岩层结构面中3个组合的交线(OA、OB、OC)，其中OB、OC交线在边坡对侧的半圆投影上，与斜坡面的倾向相反，对边坡稳定性无影响或影响较小。组合交线OA与边坡倾向一致，并且倾角小于边坡坡脚，因此判定为不利结构面组合。OMAN为J1、J2切割岩体所形成的潜在不稳定楔体，交线OA倾向S8°E，倾角53°。

根据实体比例投影可知：由J1、J2与坡面形成的稳定边坡临界角为β，可作为评价边坡坡角大小的依据。

4.2 边坡稳定性评价

潜在崩塌体形成后，并不意味着马上就要发生急剧的崩塌现象，一般要经过较长时间的蠕动位移阶段。它西嘎隧道出口崩塌在线路建设初期是并不存在的，是在长期地质构造作用、斜坡重力作用、风化作用等应力及列车震动的作用下，后期工程建设改变地貌的过程中形成的。它西嘎隧道出口边坡剖面可简化为如图4所示的结构简图。图4中所示的潜在崩塌体ABCD，由于J1、J2与坡面形成的软弱结构面(CD)初期的抗剪力大于下滑力，潜在崩塌体不会向下滑动而造成崩塌，因而表现为稳定边坡。但是，在边坡重力、风化作用等营力作用下，高陡灰岩质边坡逐渐形成A、B卸荷裂隙，当AD结构面中充水后，在冬季冻结，或在AD结构面中有树木生长，在冰劈作用或在树木的根劈作用下，则可能使岩体向下缓慢的位移，使AD裂面变宽。在多次缓慢的位移中，CD面遭受到摩擦，强度会降低，并由于位移，使裂隙加大，更有利于水的流通，在雨水及地下水的长期作用下，CD结构面逐渐会发生泥化作用或被粘土质风化物充填，将使其抗剪强度大大降低。当该面的抗剪力小于下滑力时，潜在崩塌体就会向下滑动，继而产生突然的崩塌。

通过野外结构面测量，经室内统计、赤平投影及实体比例投影结果显示，它西嘎隧道出口边坡稳定性主要由J1、J2结构面控制，从赤平投影分析，交线的倾向与坡面的倾向基本一致，但其倾角小于坡角，表现为结构面投影弧交线与坡面弧在同一侧，但位于坡面弧的外侧，这种情况下是不稳定的。从结构面实体比例投影分析，边坡坡度大于J1、J2结构面组成的软弱结构面，未达到边坡稳定临界坡度以上，从而导致了它西嘎隧道出口边坡崩塌的发生。

图4 隧道出口危岩边坡地质剖面简图

5 结论

山坡或边坡上的潜在崩塌体不是原来就有的，它是在长期地质构造作用、斜坡重力作用、风化作用等应力的作用下，在地貌不断演变过程中形成的。从它西嘎隧道出口边坡崩塌稳定性分析实例我们可以看出，在隧道修建初期，岩层结构面对隧道出口边坡稳定性是有利的，但J1、J2结构面所组成的软弱面未引起足够重视，边坡坡角大于临界稳定坡角，从而导致了崩塌的蠕变、产生，最终影响铁路的正常运营。

当前，利用赤平极射投影及实体比例投影相结合的作图方法，是一种简捷的好方法，特别是在缺乏力学数据的情况下，先根据岩体结构进行初步判断是非常必要的。根据这种初判，可以避免或降低崩塌发生的几率，降低工程建设的投资。

[1]胡厚田.崩塌与落石[M].成都：中国铁道出版社，1989.

[2] 曾廉.崩塌与防治[M].成都：西南交大出版社，1990.

U451.2

A

1004-5716(2015)10-0173-03

2015-03-31

2015-03-31

杨强国（1983-），男（汉族），四川广安人，工程师，现从事岩土工程勘察、地质灾害防治与研究工作。