淺析隧道口邊坡破壞機理及破壞模式

王統平

（重慶市南岸區市政設施管理處，重慶 401336）

淺析隧道口邊坡破壞機理及破壞模式

王統平

（重慶市南岸區市政設施管理處，重慶 401336）

隨著我國土建事業的發展，高速公路建設中橋隧比例日益加大。因此，對邊坡破壞機理及破壞模式研究有重要工程意義，文中通過分析隧道洞口邊坡形成條件，提出了石質邊坡和土質邊坡不同的破壞機理及破壞模式，為工程設計、邊坡施工和邊坡災害治理提供了理論參考依據。

引言

伴隨著我國基礎建設的不斷發展，高速公路作為基礎建設的重要組成部分，已經成為我國公路建設的主流，隧道結構也越來越復雜，大斷面、大跨徑、連拱隧道等形式也逐步多樣化，因此，研究隧道口邊坡的破壞機理及破壞模式是十分必要的。國內外學者都對隧道口的破壞機理和破壞模式做了大量的研究，如羅健、查學東等以常吉高速公路殿會坪隧道為例，對隧道口現場進行沉降測試，并從地質條件、地下水情況、地形地貌、施工方法、施工質量等方面分析了影響隧道仰坡穩定性的因素；許明雷應用隧道監控量測及有限元分析手段對隧道仰坡穩定性進行有效預警預報的重要性研究，得出通過監控量測的信息反饋，可以有效避免工程事故的發生，有限元模擬分析可以作為監控量測的一種有效輔助手段。

隧道洞口巖質邊坡破壞機理及破壞模式

隧道洞口分為巖質邊坡和土質邊坡兩種。在研究巖質邊坡穩定性的過程中，首先對巖體的結構面和結構體進行分析，是影響巖質邊坡穩定性的主要因素。結構面是常發生物理力學形變和物理化學作用的強烈反應地帶，降低了巖體整體結構性致使巖體強度降低。大量巖質邊坡工程事故表明，不穩定的巖體常識沿著固定的界面產生破壞，一般表現為張拉破裂、剪切滑移和錯動變形等破壞形式。因此，研究巖質邊坡的破壞機理及破壞模式有一定的工程意義。

隧道洞口巖質邊坡破壞機理

隧道洞口邊坡中，巖質邊坡與土質邊坡相比，在破壞模式及機理上均有較大差別，在巖質邊坡的巖體中能夠看到各種類的擴張裂縫，巖體可能沿著原有或新產生的薄弱面移動破壞，形成一個或多個線性或弓形裂縫。而擴張裂縫的形成表明原巖體已經無法通過巖體的原拉應力維持巖體穩定性，且隨著裂縫的發育逐漸形成滑動面，分裂的巖體也會從形成的“釋放表面”剝落，形成偏移病害，危及邊坡穩定性。

雖然巖體結構和周圍環境的差異性，但巖體的破壞機理一般遵循以下原則：

（1）有限巖體塊是由不連續面及開挖面相交形成；

（2）不利方向破壞巖體塊首先滑出，留出后續空間供余下破壞塊體滑出，其中第一滑塊稱為關鍵塊；

（3）假設巖體滿足某種滑動的動力條件，沿某固定方向的表面或塊體邊緣的滑動。其中最主要的是在開挖空間內，塊體能夠移動；

（4）假設邊坡滑動會受阻擋或被限制，破壞巖體可能發生旋轉運動，因此，當滑體不沿開露面運動時，可能發生傾倒、崩塌、塊體跌落及扭轉破壞等；

隧道洞口巖質邊坡破壞模式

通過對隧道洞口邊坡巖體的外部特征觀察，能夠大致推測邊坡穩定程度、破壞發生可能性及曾經發生破壞的變化。

由于隧道洞口邊坡巖體結構復雜多樣性，巖質邊坡的主要破壞形式分為：平面破壞、傾倒破壞及楔體破壞。其中，平面破壞和楔體破壞是巖質邊坡破壞中較為常見的破壞形式，但是傾倒破壞是一種很重要的破壞形式。除去上述三種巖質邊坡主要破壞模式外，還有如侵蝕破壞、潰屈破壞、斷裂破壞等其他破壞模式。另，在巖體脆弱段和巖體節理異常發育或己經破碎的巖質邊坡地帶也常發生圓弧破壞。以下對三種主要的巖質邊坡破壞模式作詳細分析：

（1）平面破壞

平面破壞是指在層理發育且產狀穩定，特別是有軟弱夾層的沉積巖及層狀變質巖中形成破裂面，造成巖體平面滑動。當層面傾向與坡面傾向一致但傾角緩于后者，且傾角大于摩擦角時，常發生平面破壞。當平面破壞發生時，在巖質滑體兩側應有釋放面才能使滑體脫離巖體下滑，外凸坡體的自由面即為釋放面。當側面不臨空時，滑體兩側也應有地質間斷面以形成破壞釋放面。

（2）傾倒破壞

傾倒破壞是指巖柱或巖塊繞某固定破壞基準面轉動形成的巖質邊坡破壞模式。其主要破壞模式表現為：塊體傾倒、巖體彎曲傾倒；其主要的破壞過程及破壞機理為：隧道松口巖質邊坡裂隙性巖體在應力松弛和風化作用下形成寬厚的分割組合體，分割塊體隨著塊體間的風化作用進一步下沉，且在下沉破壞過程中會伴有局部性剪切滑動、傾倒和旋轉破壞等混合變形，最終出現某一固定的幾何破壞面，形成傾倒破壞模式。

（3）楔體滑動破壞

楔體滑動破壞是指在非成層的塊狀巖體中，由于地質間斷面作用，將巖體切割為多個楔形體。當兩個不連續面巖體的走向斜交坡面，其交線在坡面上露出時，若該交線傾角顯著大于巖體摩擦角，則位于該不連續面上的楔形巖體可能會沿著交線下滑。在節理發育的硬巖斜坡中，潛在的楔形巖體是較為普遍的現象，但一般情況下楔形巖體規模較小，且巖質較緊密，不會對施工造成嚴重威脅，但是當若巖質坡體中存在產狀不利的斷層及間斷交叉時，可能也會形成巨型楔體。

隧道洞口土質邊坡破壞機理及破壞模式

隧道洞口土質邊坡破壞機理

相對巖質邊坡，土質邊坡更加強調建筑材料對度參數對土質邊坡穩定性的影響，而巖質邊坡更多考慮結構體中結構面破壞的因素。土質邊坡的破壞主要是因為邊坡土體強度及邊坡形態變化，而造成影響邊坡穩定性控制因素的改變。對于特殊形態及特殊土質的邊坡，若坡體內存在風化結構裂隙，也可能嚴重影響邊坡穩定性。

隧道洞口土質邊坡破壞模式

隧道洞口土質邊坡因其周圍地質環境、水文環境的不同，其破壞模式也存在很大差異性，隨著工程進度，應力狀態不斷改變，則演變出不同的破壞模式，其中主要的破壞模式有：滑塌、滑坡破壞，崩坍破壞，錯落破壞和坡面破壞等。

（1）滑塌、滑坡破壞

滑塌、滑坡破壞一般發生在高邊坡位置，是由于在施工開挖過程中蠕動變形——后緣拉裂破壞形成，土體中主要表現為自重力作用，邊坡開挖后隨著應力發生偏轉，形成平行于坡面的最大主應力和與之垂直相交的最小主應力，兩應力的交線成為剪應力軌跡，且應力偏轉程度與坡高和坡形有直接關系，其坡越高，剪應力在坡腳越集中，同時在坡腳形成較高的集中壓應力。

（2）崩坍模式

崩坍模式是最常見土質邊坡破壞模式。在土質邊坡形成的暴露外表，使坡形產生改變，最終在土體下部形成反坡，與土體發育裂隙耦合形成下滑組合體，最終發生崩塌破壞。而形成反坡的主要原因有：坡腳水的作用、坡腳剪應力較為集中、地表水沖刷作用及風化作用等。

（3）錯落破壞

錯落破壞模式是指當邊坡坡腳存在軟弱圍巖或呈濕陷性黃土在地下水作用下形成壓碎等情況下，邊坡本身不能夠承擔坡體壓力，發生邊坡下錯，造成結構物或坡體開裂、傾覆。

（4）坡面破壞

坡面破壞模式主要是坡面水沖刷、坡肩侵蝕剝離和濕陷。主要影響因素：坡面傾斜度、坡面徑流、坡面水流量大小及土粒抗剪強度等。

結語

通過對隧道洞口邊坡不同地質情況，水文情況研究分析，提出了隧道洞口巖質邊坡和土質邊坡破壞機理及破壞模式，其中巖質邊坡破壞模式分為：平面破壞、傾倒破壞及楔體破壞；土質邊坡破壞模式分為：滑塌、滑坡破壞，崩坍破壞，錯落破壞和坡面破壞。能夠為工程設計和邊坡治理提供一定的理論經驗。

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1007-6344（2015）02-0185-01