岩质边坡岩土工程勘察稳定性分析评价方法及运用

朱 才，李 通

(1.云南省地质矿产勘查开发局第一地质大队，云南曲靖，6550002.云南思信工程项目管理有限公司，云南昆明，650500)

工程建设过程中，尤其规划设计在山地的项目、场平后往往会形成大小规模不等的建筑边坡，科学合理的做好边坡岩土工程勘察是边坡设计治理的关键工作[1]。边坡的防护治理采用何种方式支护治理，需通过边坡岩土工程勘察了解边坡所处地段的水文工程地质条件、客观可靠的岩土层设计参数，才能做出有效的边坡设计方案，达到良好的治理效果。

曲靖医学高等专科学校马龙校区建设项目场地位于曲靖市马龙区通泉街道让田社区，场平形成的2-2边坡位于校内道路B路南侧，呈东西向展布，地形东高西低，地貌属低-中山地貌区斜坡地段。经场平放坡开挖，现状边坡长297.43m，坡度31°～70°，边坡底标高2059.40m～2061.20m，顶标高2054.5m～2074.5m，边坡最大高度14.75m(图1)。边坡中部因场平未及时支护发生了浅层顺层滑塌(图2)。为避免边坡将来在天然、降雨、地震等工况及施工等因素影响下失稳滑塌加剧、形成安全隐患。本文以现场勘察及勘察成果中2-2号边坡2-2-3-2-2-3′工程地质剖面为例，采取合理的稳定性定性分析、定量计算综合评价边坡稳定性，对边坡治理设计参数和支护治理方案提出建议。

图1 2-2号边坡分布范围、勘探线及钻孔平面布置图

图2 2-2边坡滑坡段场地现状图

1 边坡地质环境条件

区域大地构造位于扬子准地台，滇东台皱带，曲靖台皱束，以褶皱构造为主，断裂不甚发育。处于曲靖地震断裂带附近，属滇东坳褶带二级构造单元，牛首山隆起区三级构造单元，区域应力场主压应力为南东东-南东向。拟建场地位于华南褶皱系滇东南褶皱带罗平-师宗褶皱束北侧，以北东向的压扭性断层为主，次为近东西向张性断层及北东向褶皱。

1.1 地层结构

(2)志留系上中统关底组上段(S3g1)由上而下分别为③全风化泥质粉砂岩为浅灰色、紫红色、褐黄色，已风化成黏土、粉质黏土状，夹少量半坚硬状粉砂岩碎块、碎片，手捏易碎，刀易切开，切面稍光滑，湿，可塑状为主，局部夹硬塑状，具不均匀性，在边坡部分地段分布；④强风化泥质粉砂岩为紫红色、灰色、浅灰绿色夹灰褐色，多已风化为粉质黏土夹半坚硬状-坚硬状碎块、碎片，敲击易碎。硬塑状，局部半坚硬短柱状，状态不均，风化差异大，边坡整体分布；⑤中风化石英砂岩为青灰色、灰白色为主，坚硬状，斜层理，薄-中厚层状，晶质结构为主，岩石结构致密，属坚硬岩类，岩石基本质量等级为Ⅲ级。⑥中风化粉砂质泥岩为灰色、兰灰色为主，坚硬状，斜层理，砂泥质结构，厚-巨层状构造，局部节理裂隙方解石充填，属软岩类，岩石基本质量等级IV类。

1.2 地质构造

拟建场地虽受小江地震带影响(相距约35km)，但场地处于地震活动相对较弱的区域，据《建筑抗震设计规范》GB50011-20102016年版第3.10.3条之规定，对处于发震断裂两侧10km以内的结构，地震动参数应计入近场影响。拟建场地10km范围内未发现全新世活动断裂带和发展断裂分布，地震动参数可不计入近场影响，场地适宜建筑。

场地内未见较大规模的断层通过，有褶皱现象，岩体中结构面主要为层面及风化裂隙，近地表风化裂隙较发育，多有充填物，少部分裂隙闭合、无充填。2-2号边坡坡向353°，研究段出露岩体地层产状27°∠38°，靠东段产状逐渐变缓，2-2号研究段岩层产状与坡向斜交。岩体节理裂隙发育，结构面(节理)产状为J1：255°∠78°、J2：170°∠43°。

1.3 岩体风化与卸荷

坡脚经场平开挖基岩裸露地表，风化作用加剧，岩土强度减弱，裂隙增加，雨水易入侵、加剧岩土软化，坡面产生局部岩土体脱落或掉块。导致坡体应力重分布，边坡因侧压力降低，加之开挖坡度较大，中部出现滑塌现象。

1.4 边坡不利工程地质条件

经现场勘察，构成2-2号边坡研究段地层产状27°∠38°，若场平形成的边坡坡向与地层倾向同向，则边坡形成外倾结构面，加之不提前采取支护措施，易产生顺层滑动以致失稳。

1.5 水文地质条件

场区地形起伏，地势高差较大，坡面水动力条件较好，坡面地表水自然排泄条件好，无长期水浸边坡岩土体现象。雨季雨水沿裂隙面下渗影响，局部会出现渗水现象，雨季与旱季的交替对岩土体破坏较大。场区地下水位埋深较深，地下水主要靠大气降水及地层间地下水互补补给，地下水向场区低洼地段迳流排泄，对本边坡工程无较大影响。

2 边坡稳定性分析评价(2-2号边坡未场平前)

2.1 边坡稳定性评价方法

(1)边坡稳定性定性分析：岩质边坡坡体主要为全-强风化基岩。岩质边坡采用赤平投影法对边坡倾向、倾角与岩层或裂隙倾向、倾角之间关系进行分析，定性评价边坡稳定性。

赤平投影法主要用于岩质边坡中局部块体的稳定性分析。当结构面、岩体完整性较好、岩石强度较高时，也可用于岩质边坡整体稳定性分析[2、3]。当无外倾结构面时(或结构面组合交线)，可判断边坡稳定；当有外倾结构面(或结构面组合交线)且倾角大于坡角时，可判断边坡稳定或基本稳定；当有外倾结构面(或结构面组合交线)且倾角小于坡角时，如结构面倾角小于其内摩擦角可判定该边坡基本稳定或欠稳定，如结构面倾角大于其内摩擦角可判断该边坡欠稳定或不稳定。分析时应注意结构面的贯通程度和结合程度、倾向切割情况[4]。

(2)边坡稳定性定量分析：根据边坡工程地质和水文地条件，对边坡定量稳定性分析时综合考虑最不利和对周围环境影响较大的情况，选取边坡主轴滑动方向典型2-2-3-2-2-3′剖面进行建模稳定性分析，确定最不利的滑动面及其抗滑稳定性系数。本次岩质边坡其主要滑动方式为坡体沿结构面滑动，根据结构面形态特征采用折线形滑面，根据国家标准《建筑边坡工程技术规范》GB50330-2013附录A.0.3[5]：折线形滑动面的边坡可采用传递系数法隐式解，边坡稳定性系数可按下列公式计算(计算简图见图3)：

图3 折线形滑面边坡传递系数法计算简图

Pn=0 (A.0.3-1)

Pi=Pi-1ψi-1+Ti-Ri/Fs(A.0.3-2)

ψi-1=cos(θi-1-θi)-sin(θi-1-θi)tanφi/Fs(A.0.3-3)

Ti=(Gi+Gbi)sinθi+Qicosθi(A.0.3-4)

Ri=cili+[(Gi+Gbi)cosθi-Qisinθi-Ui]tanφi(A.0.3-5)

式中：Pn-第n条块单位宽度剩余下滑力(kN/m)；Pi-第i计算条块与第i+1计算条块单位宽度剩余下滑力(kN/m)；当Pi<0(i

2.2 边坡稳定性评价方法运用

(1)定性分析(赤平投影法)：2-2号边坡经场平放坡开挖，未及时进行支护，边坡中部坡度较陡，现状下边坡出现滑塌，处于不稳定状态。依据边坡岩土体结构特征，在边坡上分别选取具有代表性地质测量点数据绘制赤平投影图，见图4。

图4 2-2号边坡赤平投影分析图

通过分析，边坡岩层倾向与边坡坡向在同一侧，呈小角度斜交；节理面的交点与边坡投影弧在对侧，但层面与两节理面交点分别位于边坡投影弧内侧和外侧；岩层倾向与边坡倾向斜交，且倾角小于边坡开挖面坡脚，该边坡有发生沿层面及不利节理面滑动的可能，稳定性差，在暴雨或外力作用下极易诱发边坡失稳(研究段形成的浅层滑动已验证)。

(2)定量分析(折线滑面法)：根据边坡特征及变形破坏模式，选取2-2号边坡典型工程地质剖面(2-2-3-2-2-3′)、结合勘察钻探揭露情况，确定边坡滑面，采用摩根斯顿-普赖斯法指定接触滑裂面进行稳定性计算；选取天然工况、暴雨工况和地震工况，计算典型剖面安全稳定系数，定量评价其稳定性。2-2边坡研究段及典型剖面图见图1、图5。

图5 2-2号边坡2-2-3-2-2-3′工程地质剖面图

据勘察现场原位测试、室内土工试验、野外工作及当地经验综合考虑，计算参数选用值见表1。

表1 2-2边坡稳定性计算参数选用表(亦为边坡治理设计参数值)

根据《建筑边坡工程技术规范》GB50330-2013，2-2边坡工程安全等级为二级，安全系数在一般工况下为1.30，暴雨工况和地震工况下为1.10。根据《建筑边坡工程技术规范》GB50330-2013和《岩土工程勘察规范》GB50021—2001(2009年版)[6]综合分析数据，其计算结果见表2。边坡典型剖面(2-2-3-2-2-3′)在天然工况下处于欠稳定状态，在暴雨工况和地震工况下均处于不稳定状态。

表2 2-2号边坡稳定性计算结果统计表

(3)边坡破坏模式和发展趋势：2-2号边坡场平开挖后，放坡坡比较小，现状边坡中部因未及时采取支护措施已产生浅层滑塌现象，坡面岩体风化不均，其破坏模式主要沿岩体风化界线及软若结构面(顺坡向层面)滑动。随着人为活动和雨水汇集，对边坡坡体冲刷、浸泡、软化边坡岩土体结构，致使边坡失稳的趋势加强。根据现状边坡特征，边坡下方均分布有拟建建筑及校内道路，边坡失稳将威胁和破坏现拟建工程、道路和人的生命财产安全等。在工程建设时，需严格遵从现行规范及标准进行边坡治理设计，严格按设计要求施工，避免安全隐患。

4 结论及建议

(1)边坡稳定性的定性评价通过赤平投影法分析，边坡稳定性差，存在沿层面及不利节理面滑动的可能。

(2)边坡稳定性定量评价通过选取典型剖面进行折线滑面指定滑面的方法计算分析，边坡在天然工况下处于欠稳定状态，在暴雨工况和地震工况下均处于不稳定状态。

(3)根据边坡稳定性定性和定量分析，边坡稳定性差，存在失稳破坏的可能，建议边坡研究段上部采用放坡+拱形格构梁植草护坡、中下部采用桩板墙+锚索(杆)联合支护，其余地段建议采用重力式挡土墙支护。

(4)场地全风化泥质粉砂岩和强风化泥质粉砂岩，均具一定力学强度，可用作边坡重力式挡土墙支护的基础持力层使用。

(5)边坡及周边施工时严禁超堆荷载，做好坡顶及坡面排水、截水系统，以防暴雨时地表水下渗破坏其稳定性；