顺层岩质边坡开挖变形破坏特征研究

唐闻生

中机中联工程有限公司 重庆 400039

正文：

1 研究区工程地质条件

本次研究的工程位于贵州省织金县，该区域一共开挖了13个边坡，边坡与边坡之间的高度差为45m到190m之间，边坡底部的高程为1290m。开挖边坡的岩层倾斜度为350°～5°，岩层厚度分布不均，最薄的地方为0.05m，最厚的地方为2m。在开挖过程中，共遇到以下几种岩层：粉质黏土Q4dl+el；强风化白云岩T2g3；中风化白云岩T2g3。斜坡岩层中间含有很多软弱夹层，这些软弱夹层的厚度均在1m到6m之间，夹层的强度比较低，是导致结构出现变形破坏的主要结构层。边坡结构面发育中具有以下两组节理：125°∠78°、220°∠76°，间距5～15cm，微张-张开，边坡的风化问题比较严重，岩体出现破碎现象。

2 底摩擦试验

2.1 模型设计

为了使岩层边坡开挖变形特征得到充分的体现，并研究变形破坏情况，根据工程现场的实际情况，分别进行了两组不同的试验（试验中的cm均对应实际m）。第一组试验所开挖的边坡高度为47.4cm，共开挖了四级边坡，一级、二级以及三级边坡的高度均为10cm，四级边坡的高度则为17.4cm。边坡岩层的倾斜角度为40°，开挖边坡为40°建立模型。第二组试验所开挖的边坡高度为47.4cm，共开挖了三级边坡，其中三级边坡的高度为17.4cm，一级、二级边坡高度均为15cm。该边坡岩层的倾斜角度为40°、开挖坡角55°，建立模型。同时，在建立好的模型上标注斜坡变形中各个点的位移情况。

2.2 试验步骤

对底摩擦试验设备进行检查，检查无误后将其打开，转动设备并保持稳定10min以上。根据工程实际材料配比，来对材料进行调配，并将调配好的材料摊铺到橡皮带上，然后采用小型设备对其进行压实，压实到10mm厚度，压实时间应保持在30min左右。将设备仪器全部关闭，并采用工具来对材料进行刻画，将其刻画为先前设计好的形状，刻画出岩层中所存在的软弱夹层。将摩擦试验设备打开，开始试验，并采用录像机对试验过程进行记录，试验时间为24小时左右。

3 试验结果分析

第1组试验

模型坡脚处O点高程为1290m，模型中的cm对应实际的m。在试验过程中，橡皮带一旦开始运行，模型就会受到摩擦力的影响，逐渐被摩擦力挤密，同时，模型中的斜坡表层岩体会向边坡底部移动，位移变形幅度逐渐增大，其中变形幅度最大的地方就是外层岩土。随着试验的不断推进，受到摩擦力的影响，模型前缘出现严重的弯曲变形，在受压的地方出现了隆起，在高度45cm的地方出现了一条约为0.5cm的拉张裂缝，其形状为阶梯状。试验到了中期阶段，高度45cm中的拉张裂缝加深，从原有的0.5cm扩展至了3.5cm，另外，在斜坡二级开挖的地方，也出现了一条拉张裂缝，裂缝的宽度为0.4到0.8cm左右，斜坡模型前缘出现严重的弯曲变形，岩体折断所示。试验到了后期阶段，斜坡前缘部位的弯曲情况更加严重，斜坡基本完全破坏。

第2组试验

第二组试验的岩质边坡破坏过程见图1。模型坡脚处的O点高程与上组试验相同，同样为1290m，模型中的cm也是表示实际中的m。橡皮带在开始运行时，模型会受到摩擦力的影响，而出现不断的挤密，斜坡表面的岩体也会出现一定程度的运动，且变形量会随着试验的不断推进而逐渐加大，其中变形量最大的地方就是坡脚部位。随着试验的不断推进，受到摩擦力的影响，斜坡模型高度45cm的地方出现了一条拉张裂缝，裂缝的形状为阶梯状，宽度大约为0.2cm，其变形情况如图1（b）所示；试验到了中期阶段，在开挖好的一级边坡中，出现了多条0.5到1.5cm之间的拉张裂缝，同时，垂直开挖坡面也向下延伸到了4到5cm，二级边坡到岩层也出现了小幅度的滑动，滑动距离约为0.2cm，另外，坡脚部位出现严重的变形破坏，不同的岩层出现了互相影响，岩层通过软弱夹层出现了一定程度的位移，变形破坏情况如图1（c）所示；试验到了后期阶段，边坡模型基本完全破坏，从上方滑下的岩层全部堆积到了坡脚部位，变形破坏情况如图1（d）所示。

通过对两组试验结果的比对可以看出，每级开挖斜坡越高、开挖角度越大，那么其斜坡变形就越为严重，斜坡破坏范围就越广，同时，斜坡会从更深的地方出现滑动变形，给岩质边坡带来非常大的破坏。

图1 第2组实验边坡变形破坏过程

3 结束语

通过对开挖边坡变形情况的试验可以看出，含有多层软弱夹层的边坡，很容易出现严重的斜坡变形破坏；试验表明，斜坡前缘的临空条件直接关系着斜坡变形破坏机制，如果边坡开挖是坡度是40°，那么斜坡前缘的临空条件比较差，斜坡的变形破坏机制为滑移、弯曲，变形破坏严重时，会导致斜坡完全破坏；如果边坡开挖坡度是55°，那么斜坡前缘的临空条件则比较好，该斜坡的变形破坏机制为滑移、拉裂。斜坡的变形破坏与边坡开挖坡角存在着一定的关系，开挖角度越大，变形破坏范围就越大，其具体关系还有待进一步的分析与研究。