辽西某岩质边坡变形破坏机制分析与治理对策

1.引言

一般情况下，山区的房屋建筑工程往往要进行山体开挖，开挖形成的边坡多紧邻建筑物，可能造成建筑物基坑与边坡连接形成高切坡，严重影响边坡的稳定性[1]-[3]。辽西某岩质边坡，正是受下方基坑开挖而发生了变形破坏。该边坡为人工开挖形成的南西-北东走向岩石边坡。边坡设计高8.5m、坡脚宽3.0m 的园区道路。园区地下车库外墙距离该条道路的最小距离为12.0m，该地库基础底与园区道路的高差为12.5m。按照设计图纸，道路上部的边坡坡面施工锚杆加固结构。但在实际施工时，边坡尚未加固就进行地库基坑的开挖，造成地库基坑边坡与上部的永久边坡坡面连接在一起，形成了18m 高的边坡，边坡上部坡度约50°，边坡中下部坡度大于60°。

开挖后，坡顶和坡面上出现数条裂缝，局部块体发生明显滑移，滑移形成的裂缝最宽约2.0m。随后基坑内停止土石方开挖，并在坡脚回填土石方。但基坑还需要往下开挖3.0m，若不及时采取有效的治理措施，边坡发生整体失稳的可能性较大。边坡一旦失稳，将形成方量达2.5×104m3的滑坡，造成巨大的经济损失，并带来严重的社会影响。为确保永久边坡的稳定、地库基坑开挖的安全，必须查明边坡的地质结构条件，研究边坡的变形破坏机制，并提出防治措施。

2.边坡工程地质条件

该边坡场地属于山前斜坡，边坡坡顶区域为地势较低区域，是地表水的汇水区域。

场地内地层主要为残积土、强风化砾岩和中风化砾岩。砾岩为粗粒砾状结构，块状构造。砾石大小不一，分选性较差，砾石粒径最大达700mm，最小值8mm，以8mm～30mm者居多。砾石含量约占80%，填充物主要为风化的泥质和钙质胶结物，约占20%。砾石成分以安山岩和凝灰岩屑为主，次为石英岩屑，并含少量泥岩岩屑。

如图1所示，边坡坡体上部为强风化砾岩，岩体为碎裂结构，结构面有泥质充填物，局部可见20mm～300mm 厚黏土夹层，结构面无明显规律，碎块间结合较差，岩体基本质量等级为Ⅴ级。边坡下部分为中风化砾岩，岩体为裂隙块状结构，结构面有泥质充填物，结构面无明显规律，碎块间结合一般，岩体基本质量等级为Ⅳ级。

图1 边坡典型工程地质剖面图

3.边坡变形破坏特征及机制分析

3.1 边坡变形及滑面特征

由西向西逐步开挖边坡下部基坑的过程中，边坡发生了滑移，边坡坡顶和坡面上均出现了裂缝，并形成了大小两个滑坡体，其中小滑坡体为大滑坡体上的次生滑坡体，小滑坡体尺寸为16.4m×17m，滑坡体的分布如图2所示。根据现场调查、工程钻探和工程物探综合分析可知，该边坡有两个滑动面，两个滑动面为同一组含黏性土充填物的两个构造结构面，滑坡体由三组构造结构面B、C 和F 组合形成，滑坡体的结构面和坡面赤平投影如图3所示。

图2 大小滑坡体位置及坡体裂缝分布图

图3 结构面及坡面赤平投影图（上半球投影）

图4 结构面照片（左图为结构面C，右图为结构面B）

图5 滑坡剖面图（主滑移方向）

小滑坡体由结构面B 和C 切割形成，两组结构面均为剪切构造结构面，结构面平整，有泥质填充物，可见擦痕，如图4所示。结构面B 走向157°，张开度1.5m～1.8m，裂缝深1.8m～4.0m；结构面C，走向105°，裂缝宽5.0cm～20.0cm，裂缝两侧错台高差1m；岩体滑移后，坡面上形成了两条拉裂缝：A 裂缝和B 裂缝。裂缝A 走向69°，宽1.8m～2.0m，裂缝深1.8m～6.0m；裂缝D 宽6cm～20cm，小滑坡体前缘还发育数条张拉裂缝，宽度4cm～10cm。

进入裂缝A 和结构面B 内部，可看见小滑坡体的滑动面，滑动面较平整，滑动面干燥，有泥质填充物，滑动面为构造结构面。滑动面在坡面以下1.8m～6.0m，滑动面倾向85°～88°，倾角30°～35°。

大滑坡体的边界由结构面C、裂缝E 以及结构面F 构成。结构面F 为构造结构面，裂缝E 是大滑坡体后缘的张拉裂缝。裂缝E 宽10cm～15cm，深度大于5.0m，结构面F张开度5cm，为节理面错动后张开。该结构面为大滑坡体的滑动面，倾向80°～85°，倾角30°。

根据边坡的岩体结构特征和坡面裂缝发育情况，可判断该边坡主滑动方向的剖面如图5所示。

3.2 边坡稳定性影响因素分析

在影响边坡稳定性或促成边坡滑动的诸多因素中，不良的工程地质条件和岩体结构条件是主要内因，岩体内结构面特别是软弱结构面对边坡岩体变形及边坡失稳破坏起控制作用，边坡的变形破坏主要受软弱结构面及其与坡面组合特征的控制，在非地质因素中，影响边坡稳定性的因素主要为大量降雨、人为坡脚开挖及大爆破等[4]-[6]。边坡坡体内的三组软弱结构面切割形成大小两个滑坡体，结构面均有黏性土充填物，充填物厚度达20mm～300mm，遇水易软化。边坡坡顶区域地势较低，形成地表水汇水区，雨季降水形成的地表水顺着此处坡面排泄。边坡岩体主要由强风化砾岩组成，砾岩为泥质胶结，强度低，特别是边坡开挖大面积爆破震动作用使得碎裂岩体松动，加快了地表水渗入和边坡岩体的变形。随着地库基坑开挖，边坡高度逐渐增高，边坡变形也逐渐增加。坡脚的开挖改变了边坡的受力状态，诱发了边坡坡体的滑移。

3.3 边坡变形破坏机制分析

根据前述对岩体结构和稳定性影响因素分析，认为该边坡的变形破坏模式为滑移-拉裂。边坡的变形表现为两个阶段：一是边坡滑移初始阶段。雨季过后，在自重作用下，随着边坡高度的增加，坡脚临空面的逐渐形成，由软弱结构面切割形成的大型块体，顺着软化的结构面发生滑移，即边坡中上部岩体向下滑移，边坡下部的滑移面尚未临空，造成边坡下部岩体纵向受压，泥质胶结的砾岩发生挤压破坏，碎裂状岩体结构面挤密闭合。边坡整体处于时效变形阶段，坡面上的岩体发生松动，变形不显著；二是边坡滑移-拉裂加速阶段。坡脚爆破开挖，造成小滑坡体滑面快速临空，为边坡块体的变形提供了足够的空间，小滑坡体加速变形，坡脚处岩体滑移塌落，同时边坡中上部块体及其表层发生滑移拉裂形成了数条张拉裂缝。由于大滑坡体的滑动面在坡脚尚未完全临空，且滑动面倾向与边坡坡向夹角约30°，大滑坡体滑移实际为块体的旋转滑移，滑移量较小，滑坡体后缘形成的张拉裂缝宽度不均，靠近F 结构面处的裂缝E 较宽，靠近C 结构面处的裂缝较窄，局部地面未见裂缝。

坡脚回填土石方后，边坡整体仍处于时效变形阶段，小滑坡体处于临界失稳状态，应尽快采取措施控制边坡的变形和进一步破坏。

4.治理对策研究

根据大小滑坡体的变形破坏机制，结合后期建筑基坑施工情况，对该滑坡体的治理应重点关注以下三个方面：

（1）滑面是含黏性土充填物的软弱结构面，控制块体在滑面上的滑移是边坡治理的重点。

（2）边坡坡顶为地表水汇水区，且边坡岩体为强风化砾岩，岩体呈碎裂状，地表水渗入块体内，促使软弱结构面软化，降低了滑动面的抗滑力。

（3）边坡下方建筑基坑开挖采用大面积爆破开挖，爆破震动和坡脚挖除是边坡块体滑移的主要诱因。

综上所述，结合边坡后期施工要求，制定以下治理措施[5]-[8]：

一是考虑到小滑坡体中部位置为拟建的园区道路，园区道路与拟建的地库基坑高差约13m，园区道路距离地库外墙的最小距离为11.5m，故在拟建园区道路位置内侧设置一排抗滑桩，抗滑桩桩端位于大滑坡体滑动面以下5m，以增加大小两个滑坡体的抗滑力，提高其稳定性系数。由于两个滑坡体的滑移方向不同，抗滑桩采用圆形抗滑桩，桩径1.8m，桩间距3.6m,桩长12.0m～17.5m。

二是滑坡体坡顶的裂缝E 内注入水泥浆填充，以防止雨水渗入。在边坡坡顶设置排水沟，坡面留置排水通道，防止地表水入渗坡体内。在边坡脚设置排水沟，边坡喷护面层上设置泄水孔。园区道路以上部分的滑坡体坡面上打锚杆、铺设钢筋网、混凝土喷护，对边坡岩体进行加固，同时防止雨水顺着裂隙渗入滑动面。

三是抗滑桩和岩体加固后，再进行建筑基坑开挖，基坑的开挖应尽量采用机械开挖，若必须采用爆破开挖，应控制爆破范围和炸药量。开挖后的边坡应保持一定的坡率，边坡坡度不大于60°。基坑开挖过程中，应做好边坡的变形监测，并尽快完成地库基坑的回填。

治理措施实施后，基坑按照设计要求进行开挖，在后续地下室的施工过程中，边坡未发生变形，边坡处于稳定状态。

5.结论

本文通过对辽西某岩质边坡的工程地质条件调查，结合边坡的岩体结构类型和裂缝发育特征，研究了边坡的变形破坏机制，提出了加固上部坡面碎裂岩体和中下部设置抗滑桩的治理措施。

该边坡为构造结构面组合形成的块状体边坡，受岩性、岩体结构、地形地貌和爆破开挖坡脚等因素影响，边坡发生了变形破坏，形成了大小两个滑坡体。

组合形成边坡块体的三组结构面为含黏性土充填物的软弱结构面，其中滑动面为软弱结构面。在地下水的作用下，软弱结构面软化形成滑移面，在坡脚开挖后，滑移面临空，滑坡体产生滑移，在坡体上和坡顶形成了张拉裂缝。该边坡的变形破坏机制为滑移-拉裂模式。

基于边坡的变形破坏机制，结合边坡后期施工要求，提出了采用抗滑桩控制滑坡体的滑移，边坡岩体采用锚杆加固，坡面喷射钢筋混凝土面层的治理措施。同时，提出做好边坡的防排水措施，并对边坡下方的建筑基坑开挖做了要求。

在岩石地层地区，建筑边坡开挖后，边坡下方可能会开挖基坑。如果两者距离较近，基坑的开挖，会增加边坡的高度，导致边坡坡脚被挖出，造成边坡失稳破坏。因此，对于这类边坡+基坑的组合边坡工程，应同时考虑在边坡设计和基坑设计，基坑施工前应先进行边坡加固，再进行基坑开挖，基坑开挖也应该采取加固措施。