土质边坡岩土工程勘察及稳定性评价

杜 金

(贵州省有色金属和核工业地质勘查局五总队，贵州 安顺 561000)

0 引 言

随着我国工程建设的数量和规模逐渐扩大，导致土质边坡越来越多。在施工过程中，由于山边的开挖会导致边坡工程的形成，一旦出现处理不当的情况有可能导致投资成本增多、工期被延误等情况的出现，因此针对土质边坡的勘探以及稳定性评价工作越来越受到相关工程人员的广泛关注。

1 边坡工程概况

结合平面图及现场实践分析可以发现，该项目的建设位置处在东风林大道南侧非机动车道路路缘以及居住区域中间的位置，这其中存在有路堑边坡，同时存在于东峰林居住区入手两侧的区域，由于15 m大道的开挖，导致最终边坡的形成。由于建设单位的标准要求，该次勘探针对居住区东峰林大道段范围以及东峰林达到进居住区入口两侧部分的边坡开展岩土工程勘探工作。边坡位置以及周边环境见图1。

图1 边坡位置以及周边环境示意图Fig.1 Schematic diagram of the slope location and surroundings

2 土质边坡岩土工程勘察

2.1 勘探目的

该次勘探过程中为详细勘察阶段环节，勘探工作的主要任务为：①针对边坡支护设计施工提供合理的地质依据以及科学的边坡沿途物理力学参数；②针对边坡稳定性展开评价。

2.2 勘察任务以及要求

(1)针对项目场地的地形以及地貌进行明确；

(2)针对边坡岩土的源头、类型、成因、形状等因素进行分析，并以此来进一步探索基岩面的坡度、岩土风化程度等进行探索；

(3)进一步针对边坡岩、土体的物理力学性能进行明确；

(4)探索边坡的根本性结构，特别是针对其中软弱结构面的产状、类型、结合程度、延伸程度、力学属性等因素进行明确；

(5)针对项目场地下方的地下水数位、类型、含水层分布情况进行明确；

(6)针对边坡岩土的地下水含量以及透水性出露情况进行明确；

(7)针对项目所在范围的不良地质现象范围以及性质进行明确；

(8)针对地下水的土层支挡结构材料腐蚀性进行明确；

(9)探索项目范围周边的环境条件，尤其是针对坡顶区域附近建筑物的结构、埋深等情况进行明确。

3 土质边坡岩土工程勘察方法

3.1 勘察方法

结合勘察目的和任务开展勘察工作，通过充分结合相应边坡的地质环境，该次勘察活动的展开在针对原有资料开展收集的前提下，选择应用工程地质调查测绘、钻探等相关手段开展。

1)工程地质调查测绘

选择针对项目场地内部区域的底层分布特征、水文地质情况、地质构造情况、工程边坡的周边特点及环境条件展开调查，进一步为后续展开勘察施工工作提供可靠的理论根据。同时，该次地质调查测绘工作选择在边坡跛脚的路边一直延续到边坡所在区域的山顶范围内进行勘探和施工。

2)钻探工作

开展钻探工作的主要目的是为了针对地层、岩性进行鉴别和判定，针对边坡的实际位置以及处于坡体内岩土的区域性分布特征进行明确，在这之中，针对土层的钻探选择应用冲击方法，而针对岩层的钻探应用转钻进方法。

(1)布置勘探线、勘探点。在该次勘察工作当中，勘探线以及勘探点的位置应当严格按照边坡的长度、高度以及与项目场地的周边环境特点和要求展开布置，在该次勘察工作过程中共计布置有25条勘探线，每条勘探线之间的距离选择在20 m，勘探点的距离按照5～20 m的距离大小进行布置，布置的钻孔数量为73个。

(2)选择勘探深度。在该次勘探工作中，钻孔的实际深度应当切实按照以下数据进行：最下层位置的潜在滑移面>2.0 m；中风化基岩的位置为2.0～2.5 m；同时要满足边坡坡脚以下控制。

(3)进行钻孔的测放以及定位。钻孔的侧方定位工作应当切实根据相关建设单位所提供的GPS控制点资料开展，通过应用GPS来针对各个孔位进行测放。

3.2 边坡工程的地质条件调查

3.2.1 气象条件

针对贵州省地方建设标准来分析，该次项目所处区域属于云贵高原的中西部区域，在气候上属于亚热带季风气候，冬季无极端严寒天气、夏季无高温酷暑天气，其中较为关键的气候气象参数为：极端天气最高气温可达34.9 ℃，最低气温为﹣3.1 ℃。这其中最热月份的平均气温可达22.2 ℃，最冷月份的平均气温可达7.1 ℃。年度平均气温接近16.1 ℃，年度平均降雨量达到1 520.90 mm，其中最大的日平均降水量达到163.1 mm；另外日降水量≥5 mm的天数为67天。在全部项目建设区域内部以及周边区域内并无表水体分布，同时项目内部场地可能会受到季节性降水的影响。

3.2.2 地形、地貌

由于项目区域内的地势相对较为开阔，同时整体性的地形起伏相对平缓，从地貌类型的角度来看其属于溶蚀峰丛残丘地貌。

3.2.3 边坡岩土构成

根据该次研究的区域性地质资料进行分析，项目场地内部的底层从上到下为素填土、第四系残积层红黏土，其中的下浮基岩为三迭系关岭组灰岩。其中项目建设范围内的岩土的总体特征如以下所述：

素填土：这一部分大致由人工填筑而成的黏土组成，其中包含有一定数量的碎石。该素填土的厚度大致在2.5～4.2 m之间，其广泛分布在倚靠东峰林大道段边坡的坡脚部分。

红黏土：在实践过程中其呈现出褐黄色的质地，相对较为湿密，同时其中网状裂隙发育情况较为良好，其中包含有一定数量的母岩风化残快，偶尔能够在其中发现铁质的小结核，另外由于土层质地较为均匀，因此其在结构上呈现出块状结构，整体来看上硬下软，包含有较高的承载力特征，另外包含有较为出色的工程力学性质。这一层的厚度大致在3～15 m左右，广泛分布在场地范围之内。

4 边坡稳定性分析与破坏模式

根据边坡周边建设环境及用地边界，按既有边坡坡度定性分析各段边坡的稳定性与破坏模式。

4.1 土质边坡

土质边坡主要由可塑红黏土、强风化灰岩组成，在开挖及周边施工扰动、降雨下渗及冲刷坡面软化土体等不利因素的作用下，边坡有整体失稳的可能。

4.2 边坡破坏模式

经对各段边坡的稳定性定性分析，各段边坡稳定性分析及破坏模式分析结果见表1。

表1 各段边坡稳定性定性分析及破坏模式分析结果表Tab.1 Qualitative stability analysis and failure mode analysis of all slope sections

通过上述边坡的稳定性分析与破坏模式分析，需根据边坡岩土体物理力学参数对上述可能整体失稳的各类边坡进行边坡稳定性定量计算分析。

4.3 边坡岩土体物理力学参数

该次勘探过程中项目范围内，边坡岩土体的物理力学参数见表2。

表2 边坡岩土体物理力学参数表Tab.2 Physical and mechanical parameters of the slope rock and soil

4.4 边坡稳定性定量计算分析

(1)计算参数

对边坡进行边坡稳定性定量计算分析。计算参数采用表2相关参数。

(2)计算公式

前述稳定性分析有整体失稳可能的边坡主要包括土质边坡、土岩质混合边坡。对土质边坡按圆弧形滑面滑动计算其稳定性，对土岩质混合边坡按土层内圆弧形滑面滑动、土层岩层内圆弧形滑面整体滑动。各类滑面形态的边坡稳定性计算公式如下。

圆弧形滑面滑动的边坡稳定性系数按下式计算：

式中：

ci——第i计算条块滑面粘聚力(kPa)；

φi——第i计算条块滑面内摩擦角(°)；

li——第i计算条块滑面长度(m)；

θi——第i计算条块滑面倾角(°)，滑面倾向于滑动方向相同时取正值、相反时取负值；

Ui——第i计算条块滑面单位宽度总水压力(kN/m)；

Gi——第i计算条块单位宽度自重(kN/m)；

Gbi——第i计算条块单位宽度竖向附加荷载(kN/m)，方向指向下方时取正值、指向上方时取负值；

Qi——第i计算条块单位宽度水平荷载(kN/m)，方向指向坡外时取正值、指向坡内时取负值；

hwi，hw，i-1——第i及i-1计算条块滑面前端水头高度(m)；

rw——水重度取10 kN/m3；

i——计算条块号，从后方编起；

n——条块数量。

4.5 边坡稳定性评价

BC、DE、EF段土质边坡土体暴露，在遇水导致力学性能降低、土体饱和、干湿交替崩解等不利因素作用下，边坡暴露坡体会向不稳定趋势逐渐发展。

AB段土岩质混合边坡上部土体暴露，上部土质边坡土体会发生遇水导致力学性能降低、土体饱和、干湿交替崩解等现象；下部岩质边坡岩体为破碎的强风化灰岩，被结构面切割岩体会向失稳崩塌发展。

Ca段、Db段垂直开挖边坡，开挖高度7.5～10 m时不稳定，开挖高度5.5～7.5 m时欠稳定、基本稳定，开挖高度3.0～5.5 m时稳定。边坡土体暴露，在遇水导致力学性能降低、土体饱和、干湿交替崩解等不利因素作用下，边坡暴露坡体会向不稳定趋势逐渐发展。

5 结 语

(1)该次勘察范围的土质边坡、土岩质混合边坡工程勘察等级为2级。

(2)对于既有土质边坡：BC段边坡高度在10～13 m范围内，不稳定；DE段边坡高度在7～10 m范围内，基本稳定，安全储备不足；EF段边坡高度在3～7 m范围内，稳定。土质边坡暴露坡体会向不稳定趋势逐渐发展。

(3)对于既有土岩质混合边坡：AB段土岩质混合边坡不稳定。土岩质混合边坡暴露后坡体会向不稳定趋势逐渐发展。

(4)对于垂直开挖土质边坡：Ca段、Db段垂直开挖边坡，开挖高度7.5～10 m时不稳定；开挖高度5.5～7.5 m时欠稳定、基本稳定，安全储备不足；开挖高度3.0～5.5 m时稳定。土质边坡暴露坡体会向不稳定趋势逐渐发展。