衡阳某项目边坡稳定性分析与支护设计

吴 苗

(湖南省勘测设计院，湖南 长沙 410000)

1 工程概况

该项目为衡阳美的·白鹭湾住宅小区，位于湖南省衡阳市珠晖区，湖南高铁职业技术学院东南部，东邻武广高铁，北邻耒水，西邻东外环路(东三环)，交通便利。

拟建项目南侧、东南侧为山包，现状地形与小区内设计地坪标高相差约0 m～18.4 m，需进行大体量的挖方削坡，经建设方与其南侧红线外地块业主协商后，对其间的坡体进行削方，将南侧AB段坡顶标高降低至与邻地块场地内标高相同，约为95.0 m～95.4 m；东南侧BC段坡顶标高降低至约99.0 m。根据地层情况差异、红线至建筑物边线距离等，采用重力式挡土墙、分级放坡+锚索格构梁等支护形式，紧邻的一层地下室基坑采用土钉墙支护。

2 场地工程地质、水文地质条件

2.1 场地工程地质条件

场地地貌单元为剥蚀丘陵地貌，根据边坡专项岩土工程勘察报告，各地层自上而下依次为：

强风化泥质粉砂岩③(K)：褐红色，粉砂质结构，中厚层状构造。岩芯呈碎块状，少量短柱状。原岩结构清晰，矿物风化迹象明显，岩石结构已风化破坏松散，浸水易软化，崩解。岩石坚硬程度为极软岩，岩体完整程度为极破碎，岩体基本质量等级为Ⅴ级。层厚1.00 m～7.40 m，层顶标高74.68 m～97.91 m。该层分布于整个场地。

中风化泥质粉砂岩④(K)：褐红色，粉砂质结构，中厚层状构造。矿物成分为石英、长石及粘土矿物，钙质胶结，岩石中等风化，节理裂隙较发育，岩芯呈短柱状—破碎状，浸水易软化，日晒易开裂。岩石坚硬程度为软岩，岩体完整程度为较破碎，岩体基本质量等级为Ⅴ级。层厚1.3 m～16.50 m，层顶标高66.8 m～94.96 m。该层分布于大部分场地。

中风化泥质粉砂岩④1(K)：褐红色，青灰色，粉砂质结构，中厚层状构造。矿物成分为石英、长石及粘土矿物，钙质胶结，岩石中等风化，节理裂隙较发育，岩芯呈长柱状，浸水易软化，日晒易开裂。岩石坚硬程度为较软岩，岩体完整程度为较完整，岩体基本质量等级为Ⅳ级。揭露层厚2.90 m～8.30 m，层顶标高69.70 m～90.63 m。该层分布于场地部分钻孔揭露。

中风化泥质粉砂岩⑤(K)：褐红色，青灰色，粉砂质结构，中厚层状构造。矿物成分为石英、长石及粘土矿物，钙质胶结，岩石中等风化，节理裂隙较发育，岩芯呈长柱状，浸水易软化，日晒易开裂。岩石坚硬程度为较软岩，岩体完整程度为较完整，岩体基本质量等级为Ⅳ级。揭露层厚2.50 m～28.60 m，层顶标高63.50 m～87.16 m。该层分布于整个场地。

2.2 特殊性岩土

泥质粉砂岩为特殊性岩土，具微膨胀性，遇水易软化崩解，失水易干裂；强风化层岩石结构已风化破坏松散，手掰易断，其天然抗压强度为小于1.0 MPa；中风化④层天然抗压强度为2.3 MPa，中风化④1及⑤层天然抗压强度为3.7 MPa～3.8 MPa，为极软岩。这主要是因衡阳盆地是在中生代末期形成的内陆断拗湖盆，在白垩系—早第三系沉积了一套以碎屑岩、泥岩所组成的红色岩层，以固结度差、混积性强、厚度变化大为特点；且该地冬冷夏热、干湿变化大、风化作用强烈，所以红层的物理力学性质特别弱。衡阳地区滑坡、边坡垮塌等地质灾害频发，罪魁祸首便是它。

2.3 场地水文地质条件

由于边坡体地层主要为粉质黏土、泥质粉砂岩，渗透性小，边坡局部已开挖，坡面未采取防护措施，为地下水的开放边界。勘察期为雨季，勘探深度范围内未见稳定地下水位，勘察区周围坡面及坡脚亦未见有地下水顺坡面裂隙流出，说明边坡体内地下水不丰富，没有统一的地下水水位。

根据地区经验，边坡体中泥质粉砂岩的渗透系数为0.10 m/d～0.23 m/d，为弱透水性岩土层。

3 边坡稳定性分析

3.1 边坡稳定性影响因素

边坡体构造复杂，边坡地层种类较多，其物理力学性质变化较大。虽然边坡目前基本稳定，但后期边坡施工开挖形成新临空面，破坏坡体应力平衡为滑坡和崩塌的形成提供了运移空间；边坡区处于雨水较多地区，降雨集中，且降雨强度大，边坡基岩为泥质粉砂岩，在雨淋和日照相互作用下迅速风化崩解。

影响边坡稳定性的因素分内因和外因，内因主要为边坡的地形、地貌，边坡的水文地质与工程地质环境及边坡体物质组成、结构及其空间分布。外因主要为暴雨、边坡面的正式开挖后形成临空面、坡顶堆载等。

3.2 边坡破坏模式

边坡可能的破坏形式有：1)因粉质粘土层较薄，强风化及中风化裂隙极发育，边坡开挖后，发生圆弧滑动破坏；2)沿结构面的顺层滑坡，以及局部小型崩塌。故对该边坡稳定性采用赤平投影图法定性分析、圆弧滑动与平面滑动下定量分析相结合的综合分析方法。

3.3 边坡结构参数

边坡地层主要为杂填土①、粉质黏土②、强风化泥质粉砂岩③、中风化泥质粉砂④，岩层裂隙发育。边坡坡脚标高约为87.6 m，现状坡顶标高约103.0 m～106.0 m，削方后坡顶标高约为95.0 m～99.0 m，支护高度约为7.8 m～11.4 m。坡底外约4.7 m处有一层地下室基坑，开挖深度5.1 m。故整体支护高度为12.9 m～16.5 m。

拟支护边坡AB段、BC段均为土岩混合边坡，AB段土层较薄，BC段土层稍厚。岩层产状近似水平，产状为：125°∠3°。边坡体内岩层节理发育，根据地质测绘，发现两组节理，一组节理走向为110°，倾角65°；另一组走向为195°，倾角为70°。节理面较平整，光滑，充填泥质物。节理密度为2条/m～3条/m，节理延伸长度一般为2 m～3 m。该两组节理均为剪节理，由于地质构造运动形成的节理，闭合性较好。

3.4 赤平投影定性分析

场地AB段、BC段均为土岩混合边坡，边坡稳定性主要受节理发育、岩土分界面、岩层产状及边坡人工开挖坡度综合影响。边坡面P产状0∠53°，岩土分界面基本为水平状，强、中风化泥质粉砂岩出露，岩层产状L1为125°∠3°，发育两组节理J1，J2，产状分别为110°∠65°，195°∠70°。

AB段赤平投影分析，边坡P与产状L1投影弧大角度相交，该段边坡为近似逆向坡；L1-J1,L1-J2,J1-J2的组合交棱线均位于边坡P投影弧的对侧，说明组合交线的倾向与边坡倾向相反，没有发生顺层滑动的可能。但P-J1组合交叉与坡向P小角度相交，且其视倾角约为33.8°，有可能形成局部平面滑动破坏；J1-J2的组合交叉，说明存在楔形岩块，虽为逆向，但坡面岩体松散，易产生崩塌、滑动，为较不稳定结构。分析结果如图1所示。

BC段赤平投影分析，边坡P与产状L1投影弧相对，该段边坡为逆向坡；L1-J1,L1-J2,J1-J2的组合交棱线均位于边坡P投影弧的对侧，说明组合交线的倾向与边坡倾向相反，没有发生顺层滑动的可能。但P-J2组合交叉与坡向P小角度相交，且其视倾角约为31.8°，有可能形成局部平面滑动破坏；J1-J2的组合交叉，说明存在楔形岩块，虽为逆向，但坡面岩体松散，易产生崩塌、滑动，为较不稳定结构。分析结果如图2所示。

3.5 圆弧滑动法及极限平衡法定量计算分析

本边坡稳定性分析考虑两种工况：工况Ⅰ——“自然”工况以及工况Ⅱ——“暴雨”工况。工况Ⅰ仅考虑现状边坡土体自重，工况Ⅱ考虑暴雨之后，地层力学参数降低。主要地层物理力学参数如表1所示。因紧邻边坡下方有低层建筑物，破坏后果严重，故边坡安全等级均定为一级。在两种工况下，分别采用简化bishop法计算圆弧滑动稳定性系数、极限平衡法计算平面滑动稳定性系数；后者考虑的是边坡沿结构面发生平面滑动的情形。分别选取两段边坡的代表性剖面进行计算，得出边坡在暴雨工况下处于不稳定状态，需进行支护。具体计算成果如表2所示。

表1 岩土层主要参数建议表

表2 边坡稳定性计算成果表

4 边坡支护设计

支护设计方案应根据建设单位提供的总平面图、地勘单位提供的场地边坡专项勘察报告而定。最终，根据各段支护高度、地层情况、坡底及坡顶边界条件，综合经济成本比较等，本项目南侧、东南侧永久性边坡选择了放坡+锚索格构梁+植草+截排水的支护形式，基坑采用了土钉墙的支护形式。

支护模式典型剖面图如图3所示。

5 结语

衡阳盆地的软弱红层一直是高边坡支护设计中的难点，即使其岩层产状平缓，但因其遇水软化、失水干裂的特性，给无数边坡工程带来困扰。本工程已经实施，监测结果表明，项目南侧、东南侧边坡采用放坡+锚索格构梁+植草+截排水的支护形式是可行的，可供类似工程参考。边坡工程一直是岩土工程所研究的重要课题，软质岩的边坡支护尤其复杂，对其变形模式、破坏机理、稳定性进行研究分析非常具有意义。