斜長花崗巖邊坡穩(wěn)定性研究

甘躍明

(中鐵二院工程集團有限責(zé)任公司， 成都 610031)

勘查區(qū)位于四川省甘孜藏族自治州康定縣大渡河深切峽谷地帶，兩岸地形陡峻，如圖1所示。節(jié)理發(fā)育，大多巖體被切割得支離破碎，松弛卸荷強烈[1]，整個坡面上廣泛分布松弛破碎的塊石，對公路的安全運營造成了極大的安全隱患。

圖1 發(fā)生崩塌落石后的邊坡

1 地質(zhì)概況

1.1 地層巖性

1.2 地質(zhì)構(gòu)造

勘查區(qū)位于青藏斷塊邊緣地帶，大地構(gòu)造部位處于揚子地臺與松潘-甘孜地槽系Ⅰ級構(gòu)造單元交界部位的西側(cè)。

2 崩塌勘查

2.1 崩塌體

崩塌體高邊坡中部凸起區(qū)域，如圖1所示，高程 2 020～2 155 m，在平面上呈“L”形狀。現(xiàn)場可清晰地看到崩塌形成較為新鮮的巖面及下方緩坡地段形成的淺色崩塌堆積物。

根據(jù)地表測繪和三維激光掃描，陡崖基巖裸露，巖性為斜長花崗巖弱風(fēng)化(W2)，陡崖高40～80 m，左右延伸長度近400 m。巖體構(gòu)造節(jié)理、卸荷裂隙、風(fēng)化裂隙十分發(fā)育，兩組或兩組以上“X”節(jié)理將巖體切割成0.5～5 m的塊體[3]。河流及坡面沿一組長大節(jié)理發(fā)育，坡面卸荷裂隙發(fā)育，節(jié)理產(chǎn)狀 N33～65°W/75～85°SW,傾向大渡河。而在崩塌源右側(cè)180 m處，陡崖走向由NW轉(zhuǎn)向N69°E，傾SE，傾角為60°～80°。

2.2 落石堆

崩塌陡崖下方的坡面上，因大量的花崗巖碎塊石停留形成了落石堆，總體分布范圍很廣，頂部高程2 020 m左右，自然坡度約為42°，平面幾何尺寸為不規(guī)則形狀，上窄下寬，局部呈扇形，長約100 m，中軸線走向N53°E，橫向?qū)挾?～25 m，高出地面10～50 cm，厚度0.1～1.0 m。石質(zhì)主要以斜長花崗巖為主，偶見閃長巖方量約300 m3。

2.3 落石坑

落石坑在空間分布上集中于高程 1 830～2 035 m的斜坡上，形狀不規(guī)則，呈扇形狀、長條形、紡錘形，落石坑的規(guī)模大小也不一致，落石坑具有明顯的刨蝕現(xiàn)象，坑深約0.3～0.5 m，個別坑內(nèi)有少量的碎、塊石，石質(zhì)均為花崗巖，多呈次棱角狀[4]。

3 陡崖邊坡穩(wěn)定性分析及評價

3.1 陡崖邊坡穩(wěn)定性分析

通過邊坡巖體質(zhì)量法的經(jīng)驗公式和荷載作用對邊坡巖體應(yīng)力的影響分析，綜合確定自然邊坡穩(wěn)定坡角[5]。

3.1.1 經(jīng)驗公式的介紹

由于回彈值與塊度乘積正好反映了不同強度和組合時的巖體質(zhì)量，因此將巖體質(zhì)量定義為：

RQ=R×logD

(1)

根據(jù)大量邊坡的統(tǒng)計分析，并進行曲線擬合得到了巖體質(zhì)量與邊坡的穩(wěn)定坡角之間的關(guān)系為：

θ=γh×[14.7×ln(γw×R×logD)+13]

(2)

式中：θ——邊坡穩(wěn)定坡角；

γh——坡度折減系數(shù)，取值如表1所示；

γw——地下水折減系數(shù)，取值如表2所示；

R——HT75型回彈儀所測回彈值；

D——巖石的視塊度。

由下式求得：

(3)

式中：di——野外所測巖石的節(jié)理間距；

n——野外所測的節(jié)理的組數(shù)。

表1 不同坡高的坡度折減率

表2 地下水折減系數(shù)

若野外所測回彈值為巖石風(fēng)化層的回彈值，則需進行如下轉(zhuǎn)化：

R=Rf/fR

(4)

式中：Rf——巖石風(fēng)化層的回彈值；

fR——風(fēng)化折減系數(shù)，其取值如表3所示。

本勘查所用回彈儀為HT225型，因此采用下式進行轉(zhuǎn)化：

208R75=194.7R225-595 (5)

3.1.2 自然邊坡穩(wěn)定坡角的計算

根據(jù)實測斷面、輔助斷面和利用式(2)對崩塌邊坡穩(wěn)定坡角進行計算如下：

野外用HT75型回彈儀測得巖體的回彈值平均值36，按式(3)計算得巖體塊度為：

(6)

該崩塌區(qū)巖性以斜長花崗巖為主，其下游側(cè)有閃長巖混雜，巖體結(jié)構(gòu)整體破碎，呈塊裂狀到碎裂結(jié)構(gòu)，整體風(fēng)化程度為弱風(fēng)化。地下水折減系數(shù)γw=0.8；邊坡高約80 m，高度折減系數(shù)取γh=0.8，邊坡自然穩(wěn)定坡角為：

θ=0.80×[14.7×ln(0.8×30×lg35.6)+13]=52.9°≈53°

(7)

式(7)計算未考慮地震對邊坡的自然穩(wěn)定坡角的影響。

根據(jù)《四川、甘肅、陜西部分地區(qū)地震動峰值加速度區(qū)劃圖》和《四川、甘肅、陜西部分地區(qū)地表震動反應(yīng)譜特征周期區(qū)劃圖》，勘查區(qū)地震動峰值加速度為0.2 g，地震動反力譜特征周期為0.40 s，基本烈度為Ⅷ度[6]。按折減后計算，則自然邊坡的穩(wěn)定坡角約為50°。

根據(jù)穩(wěn)定坡角計算式(3)得到的結(jié)果繪制穩(wěn)定坡角線，如圖2所示，由于陡崖邊坡自然坡度在70°左右。用以上自然狀態(tài)和地震狀態(tài)的計算坡度兩線，從圖2可以看出，陡崖邊坡的自然坡角遠大于穩(wěn)定坡角。如在各種內(nèi)、外營力條件下，該邊坡將發(fā)生失穩(wěn)，并出現(xiàn)不同模式和不同程度的崩塌落石災(zāi)害。

圖2 邊坡穩(wěn)定坡角線檢算示意圖

3.2 陡崖邊坡穩(wěn)定性評價

根據(jù)穩(wěn)定坡角計算，陡崖邊坡的自然穩(wěn)定坡角應(yīng)為53°，而研究區(qū)陡崖邊坡(高程 2 160 m以下)的自然坡角為62°～78°，即現(xiàn)自然陡崖邊坡坡角遠大于邊坡的穩(wěn)定坡角，邊坡處于不穩(wěn)定狀態(tài)，在風(fēng)化、暴雨、地震等內(nèi)、外營力的作用下，邊坡可能加速位移變形，從而造成陡崖邊坡失穩(wěn)，導(dǎo)致崩塌落石的災(zāi)害發(fā)生[7]。

因此，只有對邊坡盡快采取綜合整治，才能對山下村民和公路營造一個相對安全的生活及運營環(huán)境。

4 設(shè)計巖土物理、力學(xué)參數(shù)

根據(jù)崩塌體處的巖石樣和坡面鉆孔巖芯樣本的試驗，其花崗巖的巖土物理、力學(xué)指標(biāo)，如表4所示。

表4 設(shè)計巖土物理、力學(xué)指標(biāo)建議值

本工地花崗巖屬于較硬巖，由于節(jié)理裂隙發(fā)育，巖性較差。據(jù)此，設(shè)定巖石與錨固體粘結(jié)強度特征值frb/kPa，供設(shè)計計算錨固長度時使用，如表5所示。

表5 巖石與錨固體粘結(jié)強度特征值

5 工程治理方案

根據(jù)本次勘查，工程針對不同穩(wěn)定性特征的陡崖，可采取以下綜合治理方案：

(1)對整個陡崖邊坡的松動巖塊，主要是典型破碎危巖區(qū)內(nèi)的破碎巖塊。可采用人工清除治理方案[8]。

(2)對基本穩(wěn)定區(qū)的陡崖體，可采用系統(tǒng)錨桿加掛網(wǎng)噴混凝土治理，其陡崖下部可考慮被動網(wǎng)攔截防護。

(3)對崩塌源左側(cè)的欠穩(wěn)定區(qū)，可采取系統(tǒng)錨桿加主動網(wǎng)或間插部分預(yù)應(yīng)力錨索的治理方案。

(4)對崩塌源右側(cè)的欠穩(wěn)定區(qū)，可采取長錨桿或預(yù)應(yīng)力錨索方案，且在靠近不穩(wěn)定區(qū)的部位再加設(shè)部份主動防護網(wǎng)措施。

(5)對不穩(wěn)定區(qū)的治理，應(yīng)考慮以預(yù)應(yīng)力錨索、結(jié)合長錨桿并施以主動網(wǎng)防護為主。

(6)對整個治理區(qū)的陡崖邊坡，應(yīng)考慮坡體排泄基巖裂隙水方案，即增設(shè)盲管排水孔。而對陡崖上部坡面應(yīng)設(shè)置坡面截、排水工程。

(7)對陡崖下部的崩塌堆積區(qū)(落石堆)，建議以清除為主，也可考慮在其中部和下部各設(shè)一道漿砌石擋墻或采用主動網(wǎng)進行罩護的治理方案，以防止暴雨、人文活動和放牧等外營力造成的坡面滾石和碎屑流地質(zhì)災(zāi)害。

6 結(jié)束語

由于該高邊坡陡崖松散危石較多，陡崖邊坡卸荷帶厚度較大，綜合性防治工程勢在必行。本文通過地質(zhì)勘查，對不同穩(wěn)定性特征的陡崖，提出了具體針對性的綜合治理設(shè)計方案。

總之,根據(jù)不同危巖特征，不同穩(wěn)定性狀況，應(yīng)采取不同的防治工藝設(shè)計和施工組織設(shè)計。對斜長花崗巖高邊坡崩塌陡崖進行綜合性治理，其地質(zhì)勘查工作具有典型意義。