粤西山区典型云母片岩高边坡优化设计

【摘    要】：为预防粤西山区云母片岩高边坡滑坡稳定性差的问题，采用赤平投影图分析法、滑动面分析法、简化BISHOP及不平衡推力法综合手段并结合工程类比，对此类岩质高边坡进行稳定性分析，优化常规设计方案，提出了针对性的边坡加固处治措施。

【关键词】：粤西山区；云母片岩；高边坡；加固

【中图分类号】：U416.14【文献标志码】：C【文章编号】：1008-3197（2023）01-66-04

【DOI编码】：10.3969/j.issn.1008-3197.2023.01.019

Optimal Design of Typical High Slope in Mountainous Area of

Western Guangdong

LIU Huapeng

（Road and Bridge Engineering Co. LTD.， China Railway 16th Bureau Group， Beijing 101500， China）

【Abstract】：In order to prevent poor landslide stability problem of mica schist highslope in western Guangdong mountainous area， the paper adopts means of the erecting projection analysis method， sliding surface analysis method， simplified BISHOP and unbalanced thrust method， combined with the engineering analogy， analyses the comprehensive stability of this kind of high rock slope， puts forwardthe optimizedconventional design schemeand the targeted slope reinforcement and treatment measure.

【Key words】：mountainous area of western Guangdong； mica schist； high slope； reinforcement

粤西山区滑坡预警频频发生，众多学者对该区域的高边坡稳定性及加固措施进行研究，分析滑坡的原因并提出了相应的处治措施。王建斌等[1]对广东省汕头至湛江高速公路某边坡滑坡采用有限元对滑坡成因进行了分析并提出了防治对策；林建业等[2]对云湛高速公路典型路堑顺层高边坡进行了分析，得到了岩性、雨水和施工扰动是导致顺层滑坡病害的关键因素并根据这些影响因素对原设计和施工方案进行了优化；康钦容等[3]对广州增城至从化高速公路顺层滑坡进行了稳定性分析，该区域有存在浅层滑坡和深层滑动的可能性，饱水状态下，由于边坡稳定性降低，导致边坡极易发生整体滑移。

粤西山区以云母片岩为主要岩层，岩层风化严重，岩体破碎较且岩层间存在薄弱界面。全风化云母片岩为土状，强风化云母片岩结构呈碎屑或碎块状，遇水易软化甚至崩解，中风化云母片岩节理裂隙较发育；该地区地下水较为丰富，雨水充沛，对云母片岩深路堑边坡稳定性影响较大。目前，对粤西山区云母片岩高边坡研究较少，实际工程中存在加固处治费用较高、稳定性较差、后期养护病害较多等诸多问题，如设计处治不当，容易引发重大安全事故。本文以粤西山区某工程为背景，对粤西山区典型云母片岩高边坡的设计方法与加固方案进行较为系统分析。

1 工程概况

某工程位于粤西山区，地处西江支流新兴江中游南岸，道路全长约5 km，为城市主干路，设计速度60 km/h，最大边坡高度约64 m。

1.1 深路堑边坡地质

1）粉质黏土。可塑-硬塑，主要成分为粉黏粒，局部见风化岩粒、岩块，为岩石风化残积在原地而形成，韧性中等，干强度中等。层面起伏很大，平均埋深为0.63 m，层厚约3.5～6 m。

2）全风化云母片岩。坚硬程度属极软岩，完整程度属极破碎，岩石基本质量等级为Ⅴ级。绝大部分矿物成分已风化成土状，原岩结构已完全破坏，岩芯呈坚硬土柱状，局部见强风化岩粒、岩块，遇水易软化、崩解。层面起伏很大，平均埋深为4.5 m，层厚约13～17 m。

3）强风化云母片岩。坚硬程度属极软岩，完整程度属极破碎，岩石基本质量等级为Ⅴ级。大部分矿物成分已显著风化，原岩结构已基本破坏，节理裂隙很发育，岩芯呈岩块状，少量土夹碎块状，局部见中风化岩块，遇水易软化、崩解。层面起伏很大，平均埋深为19.86 m，层厚约10～19 m。

4）中风化云母片岩。坚硬程度属极软岩，岩石基本质量等级为Ⅳ级。变晶结构，片状构造，节理裂隙较发育，岩芯较完整，少量块状，节长5～15 cm。层面起伏很大，平均埋深为27.53 m。

1.2 水文地质条件

深路堑边坡场地分布的地下水主要为潜水、基岩裂隙水。潜水主要赋存在低洼的冲积层中，含水量丰富，补给来源为大气降雨、地下水循环，靠蒸发及地下径流排泄；受季节性影响较大。基岩裂隙水主要赋存于风化岩石裂隙中，具较好连通性的部位地下水活动较强烈，含水量稍丰富，但分布不均匀。基岩裂隙水的补给来源为潜水垂直渗入及含水层侧向渗流补给，排泄方式为蒸发及向下渗透。稳定水位標高为40.16～81.10 m。

1.3 地震效应

根据GB 50011—2010《建筑抗震设计规范》（2016版）规定，深路堑边坡所在地区位于抗震设防烈度6度区且场地内无揭见饱和液化砂土，可不考虑饱和砂土液化的影响。场地内无软土，可不考虑震陷的影响。

2 边坡稳定性分析

2.1 强化滑坡现场调查

不同路段高边坡差异性较大，结构面复杂，需要加强现场踏勘，为后续理论分析、计算提供基础资料，同时为滑动面的初步确定提供依据。根据踏勘成果，边坡段未见喀斯特、危岩、崩塌、泥石流、采空区、地面沉降、活动断裂等不良地质。边坡现状地形起伏较大，位于较陡的山坡上，坡体植被发育，局部边坡土体已裸露，自然坡角最大约50°，最大坡高约64 m。从整体地形地貌看，边坡无陡坎、植物类型突变、双沟同源等情况；坡体后缘无开裂、滑动迹象，前缘也无鼓胀形态，也未发现马刀树、醉汉林等形态[4]。从岩层性质来看，全风化层及强风化层较厚，风化严重，岩体破碎，易形成剥落或浅层滑塌；尤其在雨季，风化层遇水易软化、崩解。边坡地下水位较高，接近坡脚位置但并未溢出；无连通性不利结构面，结构面之间有钙质胶结或泥质胶结，互相连接紧密，不易发生滑动。从坡体结构来看，岩层存在节理面与岩层走向交角＜30°，为顺层节理面[5]。

2.2 确定滑动面及计算方法

选取路段中最不利剖面进行计算。一级边坡10 m，坡度1∶1；二级边坡10 m，坡度1∶1；三级边坡10 m，坡度1∶1.25；四级边坡10 m，坡度1∶1.25；五级边坡10 m，坡度1∶1.5；六级边坡13.835 m，坡度1∶1.5。边坡平台宽3 m，其中三级坡平台宽12 m。见图1。

由地勘资料可知，该边坡表层坡度平缓，覆盖层为粉质黏土且厚度较大，层间界面与开挖边坡成反倾结构。下部的全风化层基本呈土状，强风化层大部分以块状为主，少量土夹碎块状，中风化层片状构造，结构较为完整，少量块状。综合分析，中风化层以上边坡体呈风化土状或较破碎状态，潜在滑动面一般可按照圆弧滑动面进行考虑，计算分析方法可采用简化Bishop法。间界面抗剪强度较低，容易产生滑动；尤其是强风化层与中风化层分界面与开挖边坡面同向，属潜在滑动面，该滑动面为折线滑动面，可采用不平衡推力法进行分析计算[6]。见图2。

对于部分强风化及中风化云母片岩路段岩层呈块状结构，完整性相对较好，与节理易形成楔形体滑动面，故可采用赤平投影法进一步分析。

2.3 岩层结构稳定性分析

采用赤平投影图对深路堑边坡进行分析。左幅路堑边坡岩层产状为120°∠30°，主要发育两组节理裂隙：节理A为150°∠53°，节理B为25°∠71°。开挖后边坡面整体产状为118°∠35°。见图3。

路堑左幅处岩层节理A与岩层倾向相似，为顺层节理面，但倾角大于开挖坡面的倾角，开挖后属较稳定结构面；节理B与岩层倾向相切，为切层节理面且倾角大于开挖坡面的倾角，故开挖后属较稳定结构。

综上分析，开挖后边坡属于较稳定结构；但岩层与节理A、节理B较易形成楔形体滑动面，尚无法进行定量的计算，故需进行预防性加固处理。通过对当地已建项目的调查，此类地质条件适合采用锚杆框架梁加固处治。楔形体形成的具体位置很难确定，但通过确定潜在滑动面，采用锚杆穿越滑动面一定长度，能够有效预防楔形体形成[4]；因此本工程可选用锚杆框架梁方案进行加固处治。

2.4 边坡稳定性计算

边坡稳定性计算应考虑天然状态、暴雨作用及地震作用[7]，由于该区域地震等级为6度，故只需考虑两种工况：工况I为自重，工况II为自重+暴雨。

计算参数包括坡体土层重度、黏聚力和內摩擦角。在工况I条件下，自重计算取天然重度，抗滑力计算取天然黏聚力和内摩擦角；在工况II条件下，整个边坡体因降雨入渗而处于饱和状态，自重计算取饱和重度，抗滑力计算取饱和黏聚力和内摩擦角[8]。见表1。

采用理正岩土软件进行分析，由计算机进行条块划分和潜在滑动面搜索。

1）采用简化BISHOP法进行稳定性计算。工况I边坡稳定安全系数1.5；工况二边坡稳定安全系数1.06＜1.1。根据计算结果，工况I边坡处于稳定状态；工况II边坡处于不稳定状态。

2）采用不平衡推力法对岩层界面处滑动面进行稳定性计算。工况I边坡稳定安全系数0.67＜1.2；工况二边坡稳定安全系数0.54＜1.1。根据计算结果，以强风化云母片岩与中风化云母片岩结构面作为滑动面验算，边坡在工况I及工况II条件下，均处于不稳定状态。

3 边坡加固措施优化设计

3.1 方案比选

根据现场踏勘及滑坡调查，结合边坡稳定性分析和计算的结论，深路堑边坡岩层界面处滑动面安全系数较低，稳定性较差，需采取措施进行加固处理。考虑2种方案。

1）方案一见图4。

2）方案二见图5。

3）比选结果。方案一开挖土方量较小、占地面积略小；但第四级坡需设置锚索框架，第五级坡需设置锚杆框架。方案二在滑体上缘进行开挖卸载，减小下滑力，故在三级平台处开挖12 m宽平台，可以减小锚杆的规模，可将20 m的锚索缩减为8 m的锚杆，同时取消第五级坡的锚杆框架；但增大了开挖土方量及占地面积。见表2。

方案二不仅节约造价且减小了滑体荷载，提高了边坡的安全性，因此推荐采用方案二。

3.2 处治措施

1～4级坡采用锚杆框架梁加固。框架梁采用C30钢筋混凝土现浇，为矩形框架，截面宽30 cm，应嵌入边坡设计坡面内20 cm。一级坡设置3排10 m全长黏结型锚杆，二、三级坡设置3排12 m全长黏结型锚杆，四级边坡设置3排8 m全长黏结型锚杆。锚杆长度均超出潜在滑动面2 m以上，水平间距3 m，入射角度30°，钻孔直径110 mm，采用?32mmHRB400钢筋，设计拉力312 kN；另由于地下水位于一级坡坡脚以上，考虑在坡脚处设置一排仰斜式排水孔，降低地下水位，防止水在坡脚处饱和，产生坡脚小弧滑动面而导致整个边坡坍塌[9]。第五、六级边坡采用挂铁网喷基材防护。

3.3 处治后稳定性验算

1）采用简化BISHOP法对粉质黏土层、全风化层及强风化层进行稳定性验算。工况I边坡稳定安全系数1.6；工况II边坡稳定安全系数1.23。加固后边坡在工况I及工况II条件下，均处于稳定状态。

2）采用不平衡推力法对对岩层界面处潜在滑动面进行稳定性验算。工况I边坡稳定安全系数2.4；工况II边坡稳定安全系数1.9。加固后边坡在工况I及工况II条件下，均处于稳定状态。

4 结论

1）设计时，全风化层及强风化层应采用缓坡，坡度≯1∶1.25。较破碎岩质边坡应采用简化BISHOP法单独进行稳定性验算。边坡防护应采用圬工骨架防护或挂铁网喷基材类防护，加强隔水排水措施。

2）设计时需仔细分析岩体中的节理与岩体、开挖坡面倾向的关系，判断是否为顺层边坡、是否形成楔形体；较完整的岩质边坡应采用赤平投影图进行稳定性分析。顺层和楔形体均可采用锚杆框架梁进行加固处理。

3）粤西山区典型云母片岩岩质深路堑存在较薄弱的岩层界面，界面处强度较低，尤其对与开挖面同倾向的界面，可初步勾画出潜在滑动面，采用不平衡推力法进行稳定性验算；对于滑体下滑力较大的，可采用开挖宽平台等措施进行卸载处治，再设置锚杆进行加固处理，使锚杆穿越潜在滑动面。

4）粤西山区典型云母片岩岩质深路堑需要十分关注地下水位的对边坡稳定性的影响。根据本工程案例的验算结果，地下水会大幅降低岩土层的强度，可采用仰斜式排水孔等措施降低地下水位，保证边坡稳定。

参考文献：

[1]王建斌，董小波，朱羊羊.广东某高速公路滑坡成因分析与防治对策[J].路基工程，2021，（5）：208-213.

[2]林建业，李    博，张志和，等.粤西地区公路顺层滑坡形成机理与处治[J].公路工程，2016，41（6）：141-144.

[3]康钦容，夏缘帝，王亚军，等.广州增城至从化高速公路顺层滑坡稳定性分析[J].科学技术与工程，2021，21（34）：14508-14515.

[4]成永刚.公路工程斜坡病害防治理论与实践[M].北京：人民交通出版社，2020.

[5]李安洪，周德培，冯    君，等.順层岩质边坡稳定性分析与支挡防护设计[M].北京：人民交通出版社，2011.

[6]陈祖煜.岩质边坡稳定分析原理·方法·程序[M].北京：中国水利水电出版社，2005.

[7]CJJ 194—2013，城市道路路基设计规范[S].

[8]GB 50330—2013，建筑边坡工程技术规范[S].

[9]柏正云，代茂华.山区公路岩质深路堑边坡设计探讨[J].天津建设科技， 2020，30（2）：75-77+80.

收稿日期：2022-11-08

作者简介：刘华朋（1983 - ）， 男， 河南许昌人， 高级工程师， 从事道路、桥梁工程技术管理工作。