土質邊坡巖土工程勘察及穩定性評價

杜 金

(貴州省有色金屬和核工業地質勘查局五總隊，貴州 安順 561000)

0 引 言

隨著我國工程建設的數量和規模逐漸擴大，導致土質邊坡越來越多。在施工過程中，由于山邊的開挖會導致邊坡工程的形成，一旦出現處理不當的情況有可能導致投資成本增多、工期被延誤等情況的出現，因此針對土質邊坡的勘探以及穩定性評價工作越來越受到相關工程人員的廣泛關注。

1 邊坡工程概況

結合平面圖及現場實踐分析可以發現，該項目的建設位置處在東風林大道南側非機動車道路路緣以及居住區域中間的位置，這其中存在有路塹邊坡，同時存在于東峰林居住區入手兩側的區域，由于15 m大道的開挖，導致最終邊坡的形成。由于建設單位的標準要求，該次勘探針對居住區東峰林大道段范圍以及東峰林達到進居住區入口兩側部分的邊坡開展巖土工程勘探工作。邊坡位置以及周邊環境見圖1。

圖1 邊坡位置以及周邊環境示意圖Fig.1 Schematic diagram of the slope location and surroundings

2 土質邊坡巖土工程勘察

2.1 勘探目的

該次勘探過程中為詳細勘察階段環節，勘探工作的主要任務為：①針對邊坡支護設計施工提供合理的地質依據以及科學的邊坡沿途物理力學參數；②針對邊坡穩定性展開評價。

2.2 勘察任務以及要求

(1)針對項目場地的地形以及地貌進行明確；

(2)針對邊坡巖土的源頭、類型、成因、形狀等因素進行分析，并以此來進一步探索基巖面的坡度、巖土風化程度等進行探索；

(3)進一步針對邊坡巖、土體的物理力學性能進行明確；

(4)探索邊坡的根本性結構，特別是針對其中軟弱結構面的產狀、類型、結合程度、延伸程度、力學屬性等因素進行明確；

(5)針對項目場地下方的地下水數位、類型、含水層分布情況進行明確；

(6)針對邊坡巖土的地下水含量以及透水性出露情況進行明確；

(7)針對項目所在范圍的不良地質現象范圍以及性質進行明確；

(8)針對地下水的土層支擋結構材料腐蝕性進行明確；

(9)探索項目范圍周邊的環境條件，尤其是針對坡頂區域附近建筑物的結構、埋深等情況進行明確。

3 土質邊坡巖土工程勘察方法

3.1 勘察方法

結合勘察目的和任務開展勘察工作，通過充分結合相應邊坡的地質環境，該次勘察活動的展開在針對原有資料開展收集的前提下，選擇應用工程地質調查測繪、鉆探等相關手段開展。

1)工程地質調查測繪

選擇針對項目場地內部區域的底層分布特征、水文地質情況、地質構造情況、工程邊坡的周邊特點及環境條件展開調查，進一步為后續展開勘察施工工作提供可靠的理論根據。同時，該次地質調查測繪工作選擇在邊坡跛腳的路邊一直延續到邊坡所在區域的山頂范圍內進行勘探和施工。

2)鉆探工作

開展鉆探工作的主要目的是為了針對地層、巖性進行鑒別和判定，針對邊坡的實際位置以及處于坡體內巖土的區域性分布特征進行明確，在這之中，針對土層的鉆探選擇應用沖擊方法，而針對巖層的鉆探應用轉鉆進方法。

(1)布置勘探線、勘探點。在該次勘察工作當中，勘探線以及勘探點的位置應當嚴格按照邊坡的長度、高度以及與項目場地的周邊環境特點和要求展開布置，在該次勘察工作過程中共計布置有25條勘探線，每條勘探線之間的距離選擇在20 m，勘探點的距離按照5～20 m的距離大小進行布置，布置的鉆孔數量為73個。

(2)選擇勘探深度。在該次勘探工作中，鉆孔的實際深度應當切實按照以下數據進行：最下層位置的潛在滑移面>2.0 m；中風化基巖的位置為2.0～2.5 m；同時要滿足邊坡坡腳以下控制。

(3)進行鉆孔的測放以及定位。鉆孔的側方定位工作應當切實根據相關建設單位所提供的GPS控制點資料開展，通過應用GPS來針對各個孔位進行測放。

3.2 邊坡工程的地質條件調查

3.2.1 氣象條件

針對貴州省地方建設標準來分析，該次項目所處區域屬于云貴高原的中西部區域，在氣候上屬于亞熱帶季風氣候，冬季無極端嚴寒天氣、夏季無高溫酷暑天氣，其中較為關鍵的氣候氣象參數為：極端天氣最高氣溫可達34.9 ℃，最低氣溫為﹣3.1 ℃。這其中最熱月份的平均氣溫可達22.2 ℃，最冷月份的平均氣溫可達7.1 ℃。年度平均氣溫接近16.1 ℃，年度平均降雨量達到1 520.90 mm，其中最大的日平均降水量達到163.1 mm；另外日降水量≥5 mm的天數為67天。在全部項目建設區域內部以及周邊區域內并無表水體分布，同時項目內部場地可能會受到季節性降水的影響。

3.2.2 地形、地貌

由于項目區域內的地勢相對較為開闊，同時整體性的地形起伏相對平緩，從地貌類型的角度來看其屬于溶蝕峰叢殘丘地貌。

3.2.3 邊坡巖土構成

根據該次研究的區域性地質資料進行分析，項目場地內部的底層從上到下為素填土、第四系殘積層紅黏土，其中的下浮基巖為三迭系關嶺組灰巖。其中項目建設范圍內的巖土的總體特征如以下所述：

素填土：這一部分大致由人工填筑而成的黏土組成，其中包含有一定數量的碎石。該素填土的厚度大致在2.5～4.2 m之間，其廣泛分布在倚靠東峰林大道段邊坡的坡腳部分。

紅黏土：在實踐過程中其呈現出褐黃色的質地，相對較為濕密，同時其中網狀裂隙發育情況較為良好，其中包含有一定數量的母巖風化殘快，偶爾能夠在其中發現鐵質的小結核，另外由于土層質地較為均勻，因此其在結構上呈現出塊狀結構，整體來看上硬下軟，包含有較高的承載力特征，另外包含有較為出色的工程力學性質。這一層的厚度大致在3～15 m左右，廣泛分布在場地范圍之內。

4 邊坡穩定性分析與破壞模式

根據邊坡周邊建設環境及用地邊界，按既有邊坡坡度定性分析各段邊坡的穩定性與破壞模式。

4.1 土質邊坡

土質邊坡主要由可塑紅黏土、強風化灰巖組成，在開挖及周邊施工擾動、降雨下滲及沖刷坡面軟化土體等不利因素的作用下，邊坡有整體失穩的可能。

4.2 邊坡破壞模式

經對各段邊坡的穩定性定性分析，各段邊坡穩定性分析及破壞模式分析結果見表1。

表1 各段邊坡穩定性定性分析及破壞模式分析結果表Tab.1 Qualitative stability analysis and failure mode analysis of all slope sections

通過上述邊坡的穩定性分析與破壞模式分析，需根據邊坡巖土體物理力學參數對上述可能整體失穩的各類邊坡進行邊坡穩定性定量計算分析。

4.3 邊坡巖土體物理力學參數

該次勘探過程中項目范圍內，邊坡巖土體的物理力學參數見表2。

表2 邊坡巖土體物理力學參數表Tab.2 Physical and mechanical parameters of the slope rock and soil

4.4 邊坡穩定性定量計算分析

(1)計算參數

對邊坡進行邊坡穩定性定量計算分析。計算參數采用表2相關參數。

(2)計算公式

前述穩定性分析有整體失穩可能的邊坡主要包括土質邊坡、土巖質混合邊坡。對土質邊坡按圓弧形滑面滑動計算其穩定性，對土巖質混合邊坡按土層內圓弧形滑面滑動、土層巖層內圓弧形滑面整體滑動。各類滑面形態的邊坡穩定性計算公式如下。

圓弧形滑面滑動的邊坡穩定性系數按下式計算：

式中：

ci——第i計算條塊滑面粘聚力(kPa)；

φi——第i計算條塊滑面內摩擦角(°)；

li——第i計算條塊滑面長度(m)；

θi——第i計算條塊滑面傾角(°)，滑面傾向于滑動方向相同時取正值、相反時取負值；

Ui——第i計算條塊滑面單位寬度總水壓力(kN/m)；

Gi——第i計算條塊單位寬度自重(kN/m)；

Gbi——第i計算條塊單位寬度豎向附加荷載(kN/m)，方向指向下方時取正值、指向上方時取負值；

Qi——第i計算條塊單位寬度水平荷載(kN/m)，方向指向坡外時取正值、指向坡內時取負值；

hwi，hw，i-1——第i及i-1計算條塊滑面前端水頭高度(m)；

rw——水重度取10 kN/m3；

i——計算條塊號，從后方編起；

n——條塊數量。

4.5 邊坡穩定性評價

BC、DE、EF段土質邊坡土體暴露，在遇水導致力學性能降低、土體飽和、干濕交替崩解等不利因素作用下，邊坡暴露坡體會向不穩定趨勢逐漸發展。

AB段土巖質混合邊坡上部土體暴露，上部土質邊坡土體會發生遇水導致力學性能降低、土體飽和、干濕交替崩解等現象；下部巖質邊坡巖體為破碎的強風化灰巖，被結構面切割巖體會向失穩崩塌發展。

Ca段、Db段垂直開挖邊坡，開挖高度7.5～10 m時不穩定，開挖高度5.5～7.5 m時欠穩定、基本穩定，開挖高度3.0～5.5 m時穩定。邊坡土體暴露，在遇水導致力學性能降低、土體飽和、干濕交替崩解等不利因素作用下，邊坡暴露坡體會向不穩定趨勢逐漸發展。

5 結 語

(1)該次勘察范圍的土質邊坡、土巖質混合邊坡工程勘察等級為2級。

(2)對于既有土質邊坡：BC段邊坡高度在10～13 m范圍內，不穩定；DE段邊坡高度在7～10 m范圍內，基本穩定，安全儲備不足；EF段邊坡高度在3～7 m范圍內，穩定。土質邊坡暴露坡體會向不穩定趨勢逐漸發展。

(3)對于既有土巖質混合邊坡：AB段土巖質混合邊坡不穩定。土巖質混合邊坡暴露后坡體會向不穩定趨勢逐漸發展。

(4)對于垂直開挖土質邊坡：Ca段、Db段垂直開挖邊坡，開挖高度7.5～10 m時不穩定；開挖高度5.5～7.5 m時欠穩定、基本穩定，安全儲備不足；開挖高度3.0～5.5 m時穩定。土質邊坡暴露坡體會向不穩定趨勢逐漸發展。