某人工開挖邊坡工程的穩(wěn)定性評價(jià)

胡 誠

(貴州職業(yè)技術(shù)學(xué)院 貴州貴陽 550023)

現(xiàn)階段，我國正在大力發(fā)展基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)。工程項(xiàng)目在施工過程中，常常會(huì)遇到一些巖土邊坡問題。巖土邊坡由于其不穩(wěn)定性，很容易對工程項(xiàng)目建設(shè)帶來嚴(yán)重的安全隱患。因此，邊坡工程的穩(wěn)定性問題是巖土工程的主要研究方向之一。穩(wěn)定性的分析研究已經(jīng)有較長的歷史了，英國學(xué)者賴爾(Laier，1833)在其所著的《地質(zhì)學(xué)原理》中最早提出了邊坡穩(wěn)定性問題。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)階段的邊坡穩(wěn)定性分析方法多種多樣，而主要分為確定性分析和不確定性分析。第一，確定性分析方法可以歸納為定性分析方法和定量分析方法兩類：定性分析有圖解法、工程地質(zhì)類比法等；定量分析則有極限平衡法和數(shù)值分析等。第二，不確定性分析有可靠度分析法、模糊數(shù)學(xué)法、灰色模型法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法等。邊坡穩(wěn)定性研究發(fā)展的過程也是邊坡穩(wěn)定性分析方法不斷改進(jìn)的過程。[1]

一、工程概況

(一)場地環(huán)境及地形地貌

場地位于貴州高原北部，具有典型的喀斯特地貌特點(diǎn)，形成以低中山丘陵為主的丘原地貌，剝蝕丘陵與盆地、谷地、洼地相間。擬建場地屬于溶蝕低中山-溶蝕槽谷地形地貌，地形為山地，起伏較大。邊坡開挖過后地勢較陡，邊坡最大高差約為38m。本例將分析位于東南側(cè)兩個(gè)分段E-F段與F-G段的邊坡穩(wěn)定性。

(二)地質(zhì)構(gòu)造

根據(jù)區(qū)域地質(zhì)資料顯示，該區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造較為復(fù)雜，發(fā)育有兩條南西、北東走向的斷層。我們根據(jù)區(qū)域地質(zhì)資料及現(xiàn)場地質(zhì)調(diào)查，場區(qū)附近的斷層無活動(dòng)性，對場區(qū)無影響。場地基巖總體為單斜巖層構(gòu)造，局部地段產(chǎn)狀略有變化。下伏基巖為侏羅系中統(tǒng)自流井組，為暗紫色泥巖與淺灰色灰?guī)r呈互層狀產(chǎn)出，局部灰?guī)r呈透鏡體狀?yuàn)A在灰?guī)r之中。巖層總體產(chǎn)狀為35°∠35°，局部巖層產(chǎn)狀為67°∠15°。[2]

(三)力學(xué)指標(biāo)

場地上覆土層自上而下為耕植土、全風(fēng)化泥巖、強(qiáng)風(fēng)化泥巖、強(qiáng)風(fēng)化灰?guī)r、中風(fēng)化泥巖、中風(fēng)化灰?guī)r；下伏基巖為侏羅系中統(tǒng)自流井組(J2z1)暗紫色泥巖夾淺灰色灰?guī)r。我們根據(jù)試驗(yàn)資料進(jìn)行統(tǒng)計(jì)計(jì)算，巖土參數(shù)綜合選用如下：

1.全風(fēng)化泥巖：γ＝17.9KN/m3，C＝28.6KPa(折減后)，φ＝6.2°、frbk=40Kpa；

2.強(qiáng)風(fēng)化泥巖：γ＝21.4KN/m3，C＝40KPa，φ＝23°(折減后)、frbk=120Kpa；

3.中風(fēng)化泥巖：γ＝23.0KN/m3，C＝79KPa，φ＝26°(折減后)、frbk=360Kpa；

4.強(qiáng)風(fēng)化灰?guī)r：γ=22.0KN/m3，C=50Kpa，φ=25°(折減后)，frbk=120Kpa；

5.中風(fēng)化灰?guī)r：γ=26.5KN/m3，C=200Kpa，φ=35°(折減后)，frbk=800Kpa；

6.結(jié)構(gòu)面：中風(fēng)化灰?guī)rC=50kPa，Φ=18°，中風(fēng)化泥巖C=25kPa，Φ=12°，強(qiáng)風(fēng)化泥巖C=18kPa，Φ=10°。

二、邊坡穩(wěn)定性評價(jià)

(一)定性評價(jià)

1.土質(zhì)邊坡。F-G段為填方邊坡，邊坡可能產(chǎn)生圓弧形滑動(dòng)；E-F段為巖土質(zhì)半挖半填巖土質(zhì)邊坡，上部土質(zhì)邊坡部分可能產(chǎn)生圓弧形滑動(dòng)。

2.巖質(zhì)邊坡。場區(qū)范圍內(nèi)主要發(fā)育四組節(jié)理，東南側(cè)邊坡發(fā)育兩組節(jié)理：J1：282°∠86°；J2：195°∠63°。我們采用“赤平投影”對其穩(wěn)定性進(jìn)行定性分析，選用最不利9-9'剖面的橫截剖面進(jìn)行分析。分析圖如下：

圖1 E-F段邊坡赤平投影分析圖

E-F段邊坡面產(chǎn)狀為200°∠68°，巖層層面產(chǎn)狀為35°∠35°，為逆向巖土質(zhì)邊坡。經(jīng)赤平投影分析可知，邊坡可能產(chǎn)生沿L1、L2交線(產(chǎn)狀為201°∠65°)方向及L2(產(chǎn)狀為195°∠65°)方向的平面滑動(dòng)破壞。[3]

(二)定量評價(jià)

1.土質(zhì)邊坡穩(wěn)定性分析。土質(zhì)邊坡運(yùn)用理正巖土軟件，采用圓弧滑動(dòng)分析方法對土層穩(wěn)定性進(jìn)行分析，E-F段土質(zhì)邊坡部分與F-G段土質(zhì)邊坡，分別選用最不利3-3'剖面、12-12'剖面進(jìn)行計(jì)算。我們首先對E-F段填方邊坡(3-3’剖面)進(jìn)行安全系數(shù)計(jì)算：

圖2 3-3’剖面計(jì)算簡圖

經(jīng)計(jì)算，該土質(zhì)邊坡總體抗滑力為131.948kN，總體下滑力為193.707kN，邊坡穩(wěn)定性系數(shù)為0.681，小于安全系數(shù)1.35。[4]這不符合規(guī)范要求，邊坡整體不穩(wěn)定。

然后，我們對F-G段填方邊坡(12-12’剖面)，同樣采用圓弧滑動(dòng)法進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算得到該段總體抗滑力111.562kN，總體下滑力為153.119kN，邊坡穩(wěn)定性系數(shù)為0.729，小于安全系數(shù)1.35。[5]這也不符合規(guī)范要求，邊坡整體不穩(wěn)定。

2.巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性分析。E-F段巖質(zhì)邊坡體由中風(fēng)化泥巖構(gòu)成，邊坡的破壞模式較為復(fù)雜。我們通過對比邊坡沿外傾結(jié)構(gòu)面、破裂角及圓弧形滑動(dòng)三種破壞模式對邊坡穩(wěn)定性進(jìn)行分析。分析計(jì)算結(jié)果如下表，綜合判斷邊坡穩(wěn)定性。

表1 E-F段巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性分析計(jì)算表

三、總結(jié)

本例所分析的東南側(cè)邊坡，其E-F段邊坡可能發(fā)生上部土體圓弧滑動(dòng)破壞及下部巖層掉塊、崩塌破壞。我們建議采用擋土墻進(jìn)行支護(hù)；F-G段邊坡整體不穩(wěn)定，可能產(chǎn)生圓弧滑動(dòng)，我們建議采用擋土墻進(jìn)行支護(hù)。