連云港某巖質邊坡穩定性分析與治理實踐

陳城

（江蘇政泰建筑設計集團有限公司，江蘇 宿遷 223800 ）

1 工程概況

旗臺山紅石咀人工開挖邊坡位于連云港火車站東南約2km，屬后云臺山系東北端。開挖邊坡東西最大長度670m，南北最大寬度650m 左右，最大坡高約120m。該邊坡為山體開采完后形成的一高邊坡。

1.1 地層巖性

邊坡出露地層為中上元古界云臺組下段第三層的一部分，呈層狀，表層風化較弱。主要巖性為白云二長片麻巖。灰白夾肉紅及灰綠色，鱗片粒狀變晶結構，片麻構造。礦物成分主要由鉀長石（30%～35%）、斜長石（30%～35%）、石英（20%～25%）以及少量白云母（8%～12%）組成。偶見黑云母、綠簾石、磁鐵礦等。巖石中的鉀長石和斜長石往往呈變斑晶出現，粒徑一般在0.5～1.0mm。顆粒較大的鉀長石中均可見斜長石的出熔現象。長石和石英粒徑在0.05～0.02mm，部分呈拉長狀，彼此鑲嵌形成條帶。白云母呈鱗片狀，沿片麻理定向分布。

1.2 邊坡地質構造特征

邊坡為一總體傾向SE 的單斜構造，地層產狀比較穩定，總體走向 65°～80°，傾角 34°～39°。未見較大的斷裂構造，受區域構造的影響，巖石節理比較發育，其中以NE 向一組，最為發育，傾向 NW，傾角 77°～81°。其次為 NW 向一組，傾向 NE，傾角72°～87°。節理都帶有剪切性質，節理面較平滑或略顯弧形，顯示扭性或張扭特征。在白云二長片麻巖中見有長英脈沿裂隙充填【1】。

邊坡巖體為變質巖，巖性為白云二長片麻巖。主要成分為較均勻的長英質，屬堅硬巖組工程地質區。巖石致密堅硬，飽和抗壓強度平均147MPa。完整性較好，大都塊狀構造。巖體風化程度較弱，巖石較為新鮮【2】。

邊坡巖體節理發育，根據野外實地地質調查，主要有NE向和NW 向2 組，其中NE 向一組最發育，該組節理易造成巖石崩塌滑落。

1.3 水文地質條件

邊坡所處位置為后云臺山系旗臺山紅石咀，為剝蝕低山，劃為基巖裂隙水水文地質區，水位埋深由山頂向坡地漸淺，富水性差異大。基巖裂隙水僅發育于裂隙、構造破碎帶中。

2 邊坡基本特征

2.1 邊坡類型

本區邊坡為巖石邊坡，依據現場實測結構面資料、巖體結構特征，本區邊坡的主要破壞特征為沿碎裂結構巖體中的不利滑動面組合滑移以及沿結構面不利組合形成的塊體失穩，邊坡破壞形式屬于典型的滑移型及崩塌型【3】。

2.2 邊坡巖體分類

根據現場結構面調查與地面宏觀地質調查結果，邊坡強風化巖體體積結構面數量大于10 條，結構面間距小于0.3m，結構面發育3 組，巖體為裂隙塊狀、碎裂結構，巖體完整程度為不完整，屬于Ⅳ類巖體。

中等風化巖體為體積結構面數量1～5 條/m，結構面間距1～0.2m，結構面發育3 組，巖體為似層狀結構，局部為鑲嵌結構，巖體完整程度為較完整，屬于Ⅲ類巖體。

微風化巖體結構面平均間距大于1.0m，巖體較完整，屬于Ⅱ類巖體。

本工程邊坡巖體基本屬于Ⅱ、Ⅲ類巖體。

2.3 邊坡破壞的特點

該區邊坡的特點主要有：

1）開挖巖質邊坡陡，邊坡坡向與層面大角度相交。邊坡巖體節理、裂隙較發育，巖體破碎，邊坡穩定性差，邊坡破壞主要為沿結構面組合形成的楔體發生崩塌破壞。

2）該邊坡目前為二級開挖，高度在17m，邊坡極易沿結構面組合交線發生滑動破壞。特別是結構面發育區域，呈碎裂結構。

3 邊坡穩定性分析與評價

為了對邊坡進行有針對性的治理，在現有坡面上測取了典型剖面以分析其穩定性。結合本工程邊坡的特點，破壞形式主要表現為整體圓弧滑動破壞與局部楔體破壞（崩塌）2 種類型。

3.1 楔體破壞分析

對于沿結構面組合形成的楔體，由于本區結構面除層面外，大多為Ⅳ、Ⅴ級結構面。

3.1.1 邊坡面上定位楔體的組成方式和搜索方法

根據工程區段結構面的發育和分布情況，參照構成楔體的結構面在邊坡面上的出露位置，研究和確定邊坡巖體內可能滑動楔體的各種組合方式和規模，為穩定分析提供幾何邊界條件。本項目采用如下步驟：

1）根據現場巖體結構面實測資料，建立巖體結構面空間分布模型；

2）確定結構面在開挖面上的出露情況；

3）應用塊體理論，找出邊坡面上可能滑動的楔體。

3.1.2 楔體的穩定性分析

求解由2 組結構面及坡面、坡頂組合形成的楔體的穩定性，可按Hoek 教授提出的方法（坡面楔體結構面大圓分析）進行求解。邊坡塊體穩定分析結果表明，大結構面組合形成的定位塊體穩定系數均滿足安全要求，其他小型楔體（深度小于4m）應采用清坡或系統錨桿加固方法進行處理。對于由隨機結構面組合形成的隨機楔體，應采用隨機錨桿進行加固處理。

3.2 邊坡整體穩定性分析

3.2.1 巖體物理力學參數

綜合參考試驗資料、大型水利工程中有關變質巖的大型現場試驗資料，結合結構面計算機網絡模擬結果獲得的連通率選取巖體強度參數（見表1）。

表1 邊坡整體穩定性計算參數一覽表

3.2.2 邊坡整體穩定性極限分析

采用極限分析程序，對邊坡斷面進行計算并自動搜索出臨界滑動面，得到不同工況下邊坡斷面的穩定系數。計算得到的滑體穩定系數如下。

豇豆(Vigna unguiculata)為豆科豇豆屬一年生纏繞性草本植物，又稱角豆、帶豆、掛豆角等，廣泛分布于非洲、拉丁美洲及亞洲地區[1,2]。我國是豇豆的次 生起源中心，主產于山東、山西、四川、江西等地，具有悠久的栽培歷史[3,4]。豇豆不僅富含碳水化合物、蛋白質、維生素和Fe，Zn，Ca及Mg等礦物質，還富含賴氨酸、組氨酸等必需氨基酸及黃酮、多酚等生物活性物質，是我國重要的蔬菜作物，具有較高的經濟和食用價值[5-7]。

1）天然狀態邊坡體的穩定性

現狀天然狀態下邊坡體的穩定性計算，采用的孔隙水壓力系數為0.10，滑裂面限制在中風化巖體內，并由程序自動搜索最危險滑裂面。邊坡穩定系數最小為1.688，說明邊坡在天然狀態下處于穩定狀態。

2）地下水水位驟升+地震工況邊坡穩定性

本次計算根據連云港地區的降雨條件，計算時采用的孔隙水壓力系數取值為0.30。從穩定分析結果可以得知，邊坡各斷面的穩定系數最小值按孔隙水壓力系數法為1.254，其他斷面均大于1.35，表明除局部不滿足強降雨條件的穩定性外，其他斷面整體處于穩定狀態，滿足邊坡穩定的要求。

3.3 邊坡穩定性評價

通過野外地質調查與統計分析表明，本邊坡的主要失穩模式為層面與結構面組合形成的楔體，邊坡整體穩定性能滿足安全要求。基本結論如下：（1）根據結構面的分布特征，邊坡巖體的可能破壞模式有：追蹤巖體中的結構面連通網絡、層面與走向NW 組結構面組合（在坡向SE 向坡）、層面與走向NE組結構面組合（在坡向NE 向坡）3 種類型；（2）由于邊坡坡向與層面傾向大角度相交，邊坡不存在沿層面發生滑動的可能；（3）楔體穩定分析表明，該邊坡主要以淺部4m 以內的小塊體破壞為主，大型楔體都處于穩定狀態；（4）在各臺級邊坡坡面中，均存在有結構面密集帶或破碎帶，這些部位存在塌方的可能性；部分邊坡坡面存在結構面不利組合、裂縫、臨空面以及危巖體等災害因素；（5）從邊坡的整體穩定性來看，邊坡的整體穩定性能滿足安全要求，即在現狀邊界條件下（如降雨、坡面無荷載）邊坡處于整體穩定狀態，不會發生沿邊坡巖體中的結構面組合而滑動。

4 邊坡治理方案

根據現場地質調查，結合邊坡巖質性狀和穩定性分析結果，對不同區段邊坡分別采取如下治理措施。

4.1 系統錨固區

一階邊坡：依據現場地質調查，一階邊坡的測線3 全段50m、測線9 全段50m、測線11 結構面密集發育段存在局部楔體破壞的可能，需采用系統錨桿+掛鋼筋網+噴混凝土加固；設置系統錨桿（φ25mm 鋼筋 @2 500mm×2 500mm，長度 L=6m）進行加固，錨桿孔孔向垂直坡面布置，傾斜角15°，鋼筋網φ6.5mm@200mm×200mm，噴射混凝土強度等級C20，厚度100mm。并設置 φ50mm@4m×4m，L=0.7m，仰角 10°的排水孔。坡腳設置花壇并種植爬山虎等藤類植物。

二階邊坡：二階邊坡的13 測線全段0～50m、測線14 段0～15m、測線15 全段50m、測線21 結構面密集發育段、22 測線的 40～50m 及 24 測線的 20～40m 等區段，結構面發育，巖體呈碎裂結構，并存在局部楔體破壞的可能，需采用系統錨桿+掛鋼筋網+噴混凝土加固；設置系統錨桿（φ25mm 鋼筋@2 500mm×2 500mm，L=6m）進行加固，錨桿孔孔向垂直坡面布置，傾斜角15°，鋼筋網6.5mm@200mm×200mm，噴射混凝土強度等級C20，厚度 100mm。并設置 φ50mm@4m×4m，L=0.7m，仰角 10°的排水孔。坡腳設置花壇并種植爬山虎等藤類植物。

4.2 隨機錨固區

對于清坡過程中發現的隨機塊體，特別是局部發生滑動區段，視錨固力大小，需要采用預應力錨固技術進行加固。對坡面危巖予以撬挖清除。

各區邊坡針對局部不穩定部位采用隨機錨桿進行加固。對坡腳臨空的不穩定巖塊設置混凝土支墩，以提高邊坡穩定性。

5 結語

該邊坡工程加固后已運行6a，未見任何崩塌、滑動等破壞，可為同類型邊坡工程治理提供借鑒。