緩傾角順層巖質邊坡穩定性分析及其治理措施探討

蔡紅剛

摘要：本文主要依據調查及勘察資料，分析緩傾角邊坡的物性、結構面組合關系及巖體結構特征等，討論各類邊坡破壞特征及機制，并提出相應的設計治理措施。

關鍵詞：順層巖質邊坡；關鍵塊體

一、引言

自然界中層狀構造的沉積巖占陸地面積的三分之二，并且部分變質巖及巖漿巖也具有層狀構造，導致工程建設中遇到大量層狀邊坡問題。在自然環境或工程建設過程中，當自然邊坡或開挖邊坡的坡面與層狀巖體層面二者走向和傾向基本一致（一般為二者夾角小于30°）時，此類邊坡即順層巖質邊坡。國內外學者對各類邊坡問題進行了大量研究，其中黃潤秋[1]研究了西南等地區巖石高邊坡發育的動力過程及其穩定性控制；黃潤秋等[2]在唐屯高速公路順層巖質邊坡變形及治理對策研究；許強教授[3]對平推式滑坡的穩定性進行了研究；李安洪等[4]針對渝懷鐵路中順層巖質邊坡穩定性及支擋防護設計進行了專項研究。本文主要針對山區公路、鐵路、市政建設等遇到的順層巖質邊坡進行穩定性分析，并提出該類邊坡的治理措施。這類順層巖質邊坡因坡腳開挖小，邊坡臨空側較矮等往往未引起重視，結果多發生次生連續失穩，造成嚴重損失。

二、邊坡工程地質條件探討

（一）物性（力學性）

現場調查發現，邊坡結構面（層面、節理面）多平直光滑，夾有泥土，處于長期受水狀態。水對邊坡巖體有明顯的物理軟化作用，在結構面方面表現得尤為突出。水對巖石的物理軟化作用，主要表現為微裂隙及空隙浸水，并形成水壓力，對邊坡產生不利影響。

（二）結構面組合關系

根據長期對巖體結構面的調查分析，在層狀巖體中，往往發育兩組X型結構面，一組與層面走向一致或小角度相交，易形成邊坡后緣切割面；另一組往往與層面垂直或大角度相交，形成失穩邊坡側邊界。在上述三組結構面的作用下易形成邊坡失穩災害。

（三）巖體結構特征

層狀巖體是發生順層巖質邊坡的重要因素，特別是砂巖與泥質巖體互層形成的巖質邊坡。互層狀巖體相比于厚層或塊狀巖體，其自身存在不均，導致邊坡易沿薄弱的接觸帶發生破壞。

三、邊坡變形破壞特征及機制分析

對于緩傾角順層巖質邊坡，在受水、結構面及巖體結構的綜合作用下，易形成“席狀”塊體，邊坡未發生變形時，裂隙多處于微張或閉合狀，往往不會引起重視。邊坡一旦開挖形成局部臨空狀，改變邊坡完整的傳力系統，就會導致靠近臨空面的塊體最新發生失穩，導致其與后一接觸塊體拉張開裂，形成第二個臨空，這種塊體逐漸遞進開裂變形，就形成邊坡“多米諾骨牌”失穩效應，最終形成整個邊坡失穩。

降雨等形成的地表徑流滲入巖體裂隙中，形成間歇裂隙充水狀，因后緣裂隙多貫通到底面而充滿水，而底部裂隙未完全貫通，形成部分充填裂隙水。塊體后側裂隙充滿水后形成靜水壓力，底部局部充滿水多為承壓水壓力。邊坡坡腳位置因道路、電纜溝、排水溝或擋墻基槽開挖，破壞了邊坡原有的傳力機制，導致力的傳遞失去平衡。塊體1因其前部塊體被挖除，在水壓力及自重應力等綜合作用下，最先失穩；塊體2隨著塊體1的失穩而失穩，后續塊體因失去前緣塊體失穩而形成連續失穩破壞。在邊坡穩定分析及失穩破壞過程中，關鍵塊體為被挖除塊體；在支擋設計時，關鍵塊體為1或塊體2，在開挖前，識別出塊體1或2后，對其采取主動支擋措施，將挖除的塊體提供的抗力提前補充到位，即可避免坡體失穩破壞。

四、治理措施探討

巖質邊坡支擋設計主要方案有擋墻、抗滑樁（錨拉樁）、錨桿（索）、錨噴等，針對本文這種塊體失穩型巖質邊坡，根據其失穩機制，建議采取補償式設計方法。在關鍵塊體被挖除或破壞前，對支擋的關鍵塊體進行超張拉型預應力主動支護模式，可采用錨桿或錨索支護。當邊坡巖體比較破碎時，應采用錨桿擋墻或格構式錨桿擋墻支護。

五、結論建議

綜上所述，針對本文緩傾角邊坡破壞特征及機制，應充分認識到關鍵塊體在穩定分析及治理設計中的重要性，應采取補償式設計方法。

參考文獻：

[1]黃潤秋.巖石高邊坡發育的動力過程及其穩定性研究[J].巖石力學與工程學報，2008，27（8）：1525～1543.

HUANG Runqiu.Geodynamical process and stability control of high rock slope development station[J]，Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering，2008，27（8）：1525～1543.

[2] 黃潤秋、趙建軍等.湯屯高速公路順層巖質邊坡變形機制分析及治理對策研究[J].巖石力學與工程學報，2007，26（2）：239～246.