岩质边坡关键楔形体稳定性分析

刘甩利

（山西省地球物理化学勘查院，山西运城044000）

岩质边坡关键楔形体稳定性分析

刘甩利*

（山西省地球物理化学勘查院，山西运城044000）

深水河大桥左幅4号桥墩边坡位于广东省乐昌市梅花镇大坪村老屋场境内，此段线路约呈105°方向展布。人工边坡是由于开挖广乐高速公路深水河大桥左幅4号桥墩的施工便道及桩基承台形成。施工便道和承台开挖过程中坡体发生较大变形，屡见剥落、掉块现象，给机械设备和施工人员的安全造成很大威胁，延误施工工期。为了保障桥墩安全顺利施工，有必要针对边坡稳定性进行专门的分析、评价并施以防治措施。对边坡上发育规模较大、控制边坡稳定性的关键楔形体进行了支护前后的稳定性分析，为边坡加固设计提供理论依据。

岩质边坡；破坏模式；支护；稳定系数

1 工程概况

深水河大桥左幅4号桥墩边坡地处广东省北部，南岭山脉南麓，位于乐昌市梅花镇大坪村老屋场境内。边坡区属低中山—斜坡沟谷地貌区，地形起伏大，植被发育，山坡为杂草、灌木等，自然坡度一般为38°～50°；区域高程一般为217.7～392.4m，最大相对高差为174.7m。

边坡位于广东省乐昌市梅花镇大坪村老屋场境内，岩层总体向南东东倾斜，倾向为110°～130°，倾角35°～50°。边坡顶部为第四系坡积土，坡体为寒武系八村群（∈Bc）浅变质砂岩夹板岩，为岩质坡。该人工边坡为开挖施工便道和桩基承台所致，整体呈钟形。边坡沿施工便道展布，坡长35m，中部实测最大坡高为26m，切坡面积约为720m2。该边坡为高陡岩质人工边坡，坡面总体坡度较大，边坡总体倾向为144°，倾角为68°，岩层与坡面斜交。边坡前缘为在建广乐高速深水河左幅4号桥墩的桩基及承台。边坡按线路的大里程方向，整体呈钟形：边坡中部最大坡高26m，左侧小里程与右侧大里程处开挖高度相对较小，均由坡顶延伸至施工便道。坡面总体坡度较大，为68°。目前状况下，该桥墩开挖边坡出露节理裂隙发育的强风化浅变质砂岩，局部可见被节理裂隙切割的破碎岩块从原岩体中脱落、滑出。桩基承台已开挖至设计标高，目前边坡整体处于基本稳定状态。由于风化作用和人为爆破震动使得坡体表层的破碎岩块受扰动后发生剥落、掉块现象，甚至局部有大的岩石块体发生楔形体破坏，影响下部桩基的正常施工作业。若边坡长时间受暴雨冲刷浸泡或其他外动力地质作用，加剧边坡表层局部变形破坏，故需及时对边坡采取必要的治理措施。

2 工程地质问题

深水河大桥左幅4号桥墩边坡在未开挖前整体是稳定的。施工后，边坡开挖较深，原斜坡应力状态发生明显改变，加之岩体节理裂隙较发育，致使开挖后边坡表层的破碎岩体原应力重分布，剥落、掉块频繁发生。在施工爆破震动或雨水等外荷载作用下，加剧坡体表层掉块，甚至是结构面切割贯通形成一定规模的楔形体崩塌滑移。该边坡的地质问题有可能威胁施工人员安全，影响桥墩桩基和承台的正常施工，延误工期。

3 边坡稳定性分析与评价

3.1 安全等级及设计标准

根据《深水河大桥边坡工程地质勘察报告》和现场调查结果，深水河大桥左幅4号桥墩边坡失稳后危害严重程度，结合边坡类型与坡高等综合因素，根据《公路路基设计规范》(JTG D30-2004)确定其安全等级为一级。设计工况：自重+暴雨作用+地震作用。边坡防护安全等级为一级，破坏主要为折线破坏，采用折线滑动法计算时边坡安全系数为1.10。

3.2 边坡破坏模式分析

岩质边坡的破坏模式，取决于边坡岩体中的节理裂隙、层面和坡面的相互组合关系，坡体结构类型不同，其可能的破坏模式也不尽相同[1-3]。

深水河大桥左幅4号桥墩边坡区上覆地层为坡积碎石土(Qdl4)，下伏基岩为寒武系八村群（∈Bc）浅变质砂岩夹板岩，灰黄色、黄褐色，风化剧烈，变余砂质结构，泥钙质胶结，主要矿物成份为长石、石英及绢云母等，碎块状。边坡最大高度为26m，长约35m，坡面倾向为144°，倾角68°，坡面倾向与岩层倾向夹角26°，为岩质斜交坡，边坡存在沿优势结构面及强风化破碎带滑动的可能性。岩层产状为110°～130°∠35°～50°，开挖坡面出露强—中风化基岩。主要发育3组裂隙：①341°～355°∠42°～48°，张性，充填泥质，密度4～6条/m，可见延伸0.40～2.00m；②183°～200°∠65°～80°，密度3～5条/m，闭合，可见延伸0.20～4.00m；③95°～105°∠66°～71°密度4～6条/m，闭合，可见延伸0.30～5.00m；顺坡向发育的裂隙，对边坡稳定性影响大，是重点防护的结构面和段落。取其中代表性节理作赤平投影，如图1所示。

图1 深水河大桥桥墩边坡赤平投影图（上半球）

从图1可以看出，结构面组合（J2-C、J3-C）向坡外倾斜，2组结构面的大圆交线均小于边坡面的倾角且都在摩擦圆之内，边坡存在潜在不稳定性。J1-C交线向坡内倾，切割为楔形块体；J2-C交线倾向与坡面倾向夹角为22°，易沿节理裂隙产生一定规模的表层滑移，局部发生掉块；J2-J3交线与边坡投影弧在同侧，结构面组合交线的倾向与坡面相同，交线倾角为58°，大于结构面内摩擦角但小于开挖后坡角，易形成楔形体，楔块处于欠稳定状态；J1-J3、J1-J2交线倾角为别为34°、 14°，且与边坡投影弧在异侧，J1-J3结构面组合切割表层岩体而发生掉块剥落，J1-J2结构面组合则易形成与坡向斜交的楔块滑塌。由此可知，边坡岩体在节理与层面4组结构面相互切割作用下易形成不同规模的楔形体，在机械施工、爆破扰动和降雨等外动力因素影响下，将会形成块体脱落、掉块，局部楔形体滑移变形，甚至沿着不规则切割面产生楔形体滑塌。因此，需要及时治理，避免对施工人员和机械造成危害。

3.3 楔体破坏模式定量分析

楔体破坏是岩质边坡失稳的一种主要模式，在地质情况揭露的前提下，根据赤平投影分析确定哪一条或2条结构面可能形成的不稳定楔块[4-6]。取典型可能滑塌的楔形体进行分析如下：

①楔形体Ⅰ：节理1，节理2、坡面及坡顶面组成。

图2 楔形体Ⅰ加固支护设计

经计算分析，在设计工况下，稳定性分析结果为FS=1.022，支护后楔形体稳定系数FS=1.548。

②楔形体Ⅱ：节理2，节理3、坡面及坡顶面组成。

图3 楔形体Ⅱ加固支护设计

经计算分析，在设计工况下，稳定性分析结果为FS=1.052，支护后楔形体稳定系数FS=1.411。

③楔形体Ⅲ：节理2，坡面、坡面及坡顶面组成。经计算分析，在设计工况下，稳定性分析结果为FS= 1.089，支护后楔形体稳定系数FS=1.447。

图4 楔形体Ⅲ加固支护设计

4 结论

为了防止边坡结构面相互切割贯通后发生楔形体滑移，在边坡影响桥墩运行区域采取施设随机岩石锚杆+监测工程的治理措施。边坡治理的范围为沿开挖坡面距离承台边缘5～6m区域之内，较危险区域适当扩大范围。治理区域左起ZK28+872.3，测设线左8.75m处，右止于ZK28+855.4，测设线右18.5m。边坡展开治理范围为35m。边坡治理应针对斜坡变形破坏的特点进行，在治理过程中应采用分层次治理原则。边坡防治的目标是采用防治工程辅以安全监测，确保边坡在桥墩正常运营前的施工阶段内不发生失稳破坏。经过对关键楔体的加固支护，在设计工部内，可以防止边坡失稳的发生。

[1] EVERT HOEK,JOHN BRAY.Rock Slope Engineering,The In-stitution of Mining and Metallurgy[M].London:The GreshamPress,1974.

[2]朱凡,张永兴,张波,姜广荣.滑动楔形体的简捷极限变形平衡法[J].重庆大学学报,2003,26(5):104-105.

[3]潘家铮.建筑物的抗剪稳定和滑坡分析[M].北京:中国电力出版社,1995.

[4]蒋爵光.用赤平投影进行节理岩体稳定性分析的方[J].西南交通大学学报，1985，2(5):54-61.

[5]孙广忠.岩体结构力学[M].北京:科学出版社，1988.

[6]祝玉学.边坡可靠性分析[M].北京:冶金工业出版社,1993.

TD82.72

A

1004-5716(2015)04-0020-03

2014-04-03

刘甩利（1978-），女（汉族），陕西武功人，工程师，现从事工程勘察、灾害治理等相关工作。