試論公路沿線高邊坡軟巖力學特性及其穩定性

鮑永久 倪道喜

（浙江省交通工程建設集團二公司，浙江 杭州 310051）

高速公路為代表的高等級公路迅猛發展，很多省區的高速公路已由平原進入山區，特別是西部大開發戰略的實施，山區高等級公路建設越來越多，山區高等級公路的建設對地方經濟的發展具有十分重要的推動作用，但同時使生態環境遭受嚴重破壞，由此將引發更多的地質災害，特別是邊坡工程失穩等災害也將增多。正確地分析邊坡力學性質，評判邊坡的穩定性，使工程建設符合安全、合理的原則，是十分重要的。

1 公路沿線高邊坡軟巖的意義。對于軟巖，主要包括以下三個方面的特點：一是巖體的結構和所處的環境，其表現為:軟弱、破碎、松散、低地應力等；二是巖體的物理（化學）和力學特性，其表現為:低強度、易風化等；三是巖體的工程特征，其表現為:長期流變、變形量大并作用時間長等。對于這類巖石的變形不僅表現出彈性和塑性的性質，更重要地表現出流變的性質。所謂流變性質是指巖石的應力－應變關系與時間因素有關的性質。大型構造包括層理，層面及變形構造等。常見的顯微構造有鱗片狀構造、雜亂構造、定向構造等，其特征如下：顯微片狀構造：由極細小的、雜亂分布的、鱗片狀粘土礦物組成。②雜亂構造：由細長纖維狀的粘土礦物互相交織在一起，在正交偏光鏡下轉動物臺，消光是相互交替的。巖石的流變性質包括蠕變、應力松弛和彈性后效。根據試驗及工程實踐表明：蠕變現象在一些蠕變效應比較明顯的巖石或受高溫、高壓的巖石中更為常見，在這些巖石中，巖體工程的破壞往往不是因為巖體強度的不夠，而是由于巖石還未達到破壞極限就因蠕變而產生過大的變形，導致巖體工程發生毀壞。軟巖在通常情況下流變性質很明顯，因此，對這類巖石中的巖土工程進行設計時，必須考慮軟巖這種流變性質的影響。長期以來，軟巖問題一直是困擾工程建設的重大難題之一，雖然廣大巖石力學工作者做出了不懈的努力，在軟巖力學理論體系以及數值模擬試驗等方面均取得了較多的成果，并得到了顯著的經濟效益，但到目前為止，對于軟巖的巖石力學性質研究工作較少，特別是軟巖流變性質研究工作更少，因此，根據不同的邊坡破壞類型及工程地質特征，提出相應的邊坡穩定性評判方法，對邊坡穩定系數進行計算，并對其進行穩定性判別，為失穩邊坡提供經濟上合理、技術上可行的加固方案或綜合治理方案。

2 軟巖邊坡變形破壞地質力學特征

2.1 一般特征。邊坡災害的發生是一個連續漸變的過程。在發展為破壞之前，總要經歷一個變形過程，這構成了邊坡災害發生的準備階段。對于天然邊坡，這個過程往往是一個相當長的自然歷史演變過程；對于人工邊坡，則有可能較為短暫。邊坡的變形表現為卸荷回彈和蠕變兩種主要方式。邊坡形成過程中，由于坡面卸載，坡體內積存的彈性應變能釋放，使坡面向臨空方向位移，引起卸荷回彈，在高地應力區的巖質邊坡中卸荷回彈作用十分強烈。如我國西南一些高山峽谷地區，有深達數百米、長達數千米的巨型蠕變體，它們往往影響水電工程和線狀工程的選址，并可能造成災難性的后果。

2.2 蠕滑－拉裂變形破壞模式。導致邊坡巖體向坡前臨空面方向發生剪切蠕變，其后緣發育自坡面向深部發展的拉裂，巖體內剪應力超過滑面抗剪強度，致使不穩定體沿圓弧剪切滑移面向下滑移。其演變過程主要經歷：表層蠕滑，后緣拉裂及其潛在剪切面剪切擾動等過程。

2.3 滑移－壓裂拉裂變形破壞模式。這類變形主要發育在坡度中等至陡的平緩層狀中。坡體沿平緩結構面向坡前臨空方向產生緩慢的蠕變性滑移。滑移面的鎖固點或錯列點附近，因拉應力集中生成與遷移面近于垂直的拉張裂隙，向上展且其方向漸轉成與最大主應力方向趨于一致并伴有局部滑移。滑移和拉裂變形是由邊坡內軟弱結構面處自下而上發展起來的。其演變過程主要經歷：卸荷回彈階段壓致拉裂面自下而上擴展階段及其滑移面貫通階段等過程。該類邊坡破壞形式主要以剝落和崩塌等為主，次為滑塌等。產生剝落的原因是由于溫度和濕度的變化，例如交替的干濕作用，冰凍時的膨脹壓力以及其他物理風化作用等，破壞了巖石的結構；或由于應力的松弛作用。剝落后表層巖石一般呈碎屑狀，甚至呈散粒狀，多堆積于邊坡的表部。

2.4 滑移－拉裂變形破壞模式。斜坡巖體沿下伏軟弱面向坡前臨空方向滑移，并使滑移體拉裂解體。受已有軟弱面控制的這類變形，其進程取決于作為滑移面的軟弱面的產狀與特性。當滑移面向臨空方向傾角已足以使上覆巖體的下滑力超過該面的實際抗剪阻力時，則在成坡過程中該面一經被揭露臨空，隨后后緣拉裂面一出現即迅速滑落，蠕變過程極為短暫。

2.5 滑移－彎曲變形破壞模式。邊坡的滑移控制面傾角已明顯大于該面的峰值摩擦角，上覆巖體具備沿滑移面下滑條件。但由于滑移面未臨空，使下滑受阻，造成坡腳附近順層板梁受縱向壓力，在一定條件下可使之發生彎曲變形。

2.6 彎曲－拉裂變形破壞模式。主要發育在陡立或陡傾內層狀體組成的中極陡坡中。主要發生在邊坡前緣，陡傾的板狀巖體在自重彎矩作用下，于前緣開始向臨空方向作懸臂梁彎曲，并逐漸向坡內發展。彎曲的板梁之間互相錯動并伴有拉裂，彎曲體后緣出現拉裂縫，形成平行于走向的反坡臺階和槽溝。板梁彎曲劇烈部位往往產生橫切板梁的折裂。該類邊坡破壞形式主要為傾倒、潰屈破壞等為主，次為崩塌、滑塌等。

3 公路沿線高邊坡軟巖處治方案

3.1 處治設計原則

1）滑坡治理的總體設計原則是"安全、環保、舒適、和諧"。2）為了保證安全，滑坡治理設計實行"施工過程安全設計"，因為滑坡治理設計不僅要實現滑坡的長期穩定，更要保證治理施工安全，按滑坡和支擋結構受力的過程進行加固設計。3）設計方案在滿足安全和規范要求的前提下，考慮施工技術的可行性和經濟上的合理性，取穩定性安全系數Ks=1.25進行方案設計。4）樁長確定原則:自由段:嵌固段不小于1:1且樁底伸入路基以下3～5m。

3.2 主要的施工工藝

施工過程及各工序順序如下：

1）開挖抗滑樁施工平臺，為確保抗滑樁施工安全對坡腳進行回填反壓；2）回填并夯實滑體裂縫；3）設置滑坡地表位移監測系統；4）測量、布置抗滑樁樁位；5）跳挖抗滑樁并澆注硅；6）澆筑樁頂連梁；7）錨索孔鉆造，錨索施工中成孔質量是控制工程質量與工期的較關鍵工序；8）錨索制安，下索前，必須嚴格檢查鉆孔與錨索長度是否相符，對中支架是否牢固，檢查合格后方可下入孔內；9）注漿，錨索孔注漿是錨固質量好壞的關鍵性工序；10）預應力張拉；11）封錨，錨索張拉鎖定后，切除多余錨索并用砂漿封閉錨頭，以防自然環境對錨索的風化侵蝕，延長其使用壽命；12）按照設計分段開挖坡面、施工擋上墻及大窗式護面墻，特別需要注意的是擋土墻施工必須分段開挖(5～10m/段)；13）平式泄水孔鉆孔施工；14）施工坡頂截水溝，坡面綠化。

[1]鐘衛，周德培，楊濤，馮君.順層巖石高邊坡在卸荷條件下失穩長度的確定[J].四川建筑科學研究，2008,(05).

[2]鮑本健，章學義.皖南山區高路塹邊坡的綜合處理[J].安徽地質，2002,(04).

[3]孫鈞.三峽工程高邊坡巖體長期變形與穩定研究[J].同濟大學學報，2001，29（3）：253～257