東洲大道工程邊坡變形破壞機(jī)理分析

周佑平 譚偉 田巍 劉鋼一

摘要：東洲大道地處褶皺斷裂復(fù)合部位，是典型人為擾動(dòng)引起變形破壞的工程邊坡。該文通過(guò)對(duì)處在褶皺轉(zhuǎn)折端等特殊構(gòu)造部位的邊坡進(jìn)行評(píng)價(jià)時(shí)，應(yīng)適當(dāng)擴(kuò)大地面調(diào)查范圍，同時(shí)加強(qiáng)巖體結(jié)構(gòu)面及其特征的調(diào)查與統(tǒng)計(jì)，并充分考慮特殊工程地質(zhì)水文地質(zhì)條件，回溯驗(yàn)算不同工程階段邊坡的穩(wěn)定狀態(tài)，分析給出了二次變形破壞的機(jī)理。最后，對(duì)復(fù)雜地質(zhì)結(jié)構(gòu)體邊坡的評(píng)價(jià)要點(diǎn)提出了結(jié)論與建議，可供同行參考借鑒。

關(guān)鍵詞：工程邊坡?巖體質(zhì)量?穩(wěn)定評(píng)價(jià)?變形機(jī)理

中圖分類號(hào)：P642.22???文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A???文章編號(hào)：1672-3791（2022）06（b）-0000-00

Deformation?and?Failure?Mechanism?of?Engineering?Slope?Analyzing?in?Dongzhou?Avenue，?Chibi，?Hubei.

ZHOU?Youping?TAN?Wei?TIAN?Wei?LIU?Gangyi

（Geological?Environmental?Center?of?Hubei?Province，?Wuhan，?Hubei?Province，?430034?China）

Abstract：?Dongzhou?Avenue?is?located?in?the?parts?of?faults?folds.?It?is?a?typical?human?disturbance，?which?are?induced?by?the?deformation?and?failure?of?the?engineering?slope.?This?thesis?through?the?evaluating?the?slope?at?the?special?structural?position?such?as?the?hinge?zone?of?folds，?the?ground?investigation?scope?should?be?appropriately?expanded.?At?the?same?time，?the?investigation?and?statistics?of?rock?mass?structural?plane?and?its?characteristics?are?strengthened，?and?the?special?engineering?geology?and?hydrogeological?conditions?should?be?fully?considered，?and analysing?the?slope?engineering?geologic?structure，?backtracking?checking?and?different?engineering?stages?of?slope?stability?analysis.?It?given?quadratic?deformation?failure?mechanism.?In?the?end?of?this?paper，?the?evaluation?points?of?complex?geological?structure?of?the?slope?put?forward?conclusions?and?suggestions.

Key?Words：?Engineering?slope;?Rock?mass?quality;?Stability?evaluation;?Deformation?mechanism

東洲大道位于鄂南重鎮(zhèn)赤壁城區(qū)，全長(zhǎng)約3.3?km。2013年8月，開(kāi)始動(dòng)土興建，設(shè)計(jì)在龍翔山南側(cè)馬鞍頸至黃獅畈長(zhǎng)約520?m地段，實(shí)施以開(kāi)挖為主的路基整平工程。根據(jù)地形條件，分別對(duì)K0+560～K0+680[A]、K0+700～K0+800[B]、K0+820～K0+940[C]及K0+960～K1+080[D]四段進(jìn)行分級(jí)削坡，其中[C]段按31、41、47度分三級(jí)放坡并內(nèi)設(shè)馬道。削方坡面統(tǒng)一用鋼筋混凝土菱形格構(gòu)梁錨固，格構(gòu)間用植生袋覆土綠化處理，工程于2014年1月底竣工。

因擔(dān)心道路安全，建設(shè)方于2015年初采取了削坡減載的應(yīng)急對(duì)策，擬定在坡面防護(hù)完工后，修筑地表排水及坡腳擋墻工程。2015年仲夏，削坡工程如期完成，然而邊坡變形活動(dòng)卻未按預(yù)期停止。暴雨期，二次削方工程邊坡再度出現(xiàn)側(cè)、后緣落坎，前端坡體鼓脹，同時(shí)伴隨多點(diǎn)地下水涌出。

1.1?自然地理

工程邊坡地處構(gòu)造剝蝕低山丘陵區(qū)，山體走向與區(qū)域構(gòu)造線方向基本一致，呈近東西向。龍翔山、尖峰山橫臥于赤馬河南北兩側(cè)，中間為寬緩的構(gòu)造盆地。

1.2?地層巖性

大冶組T1dy：上部為鮞狀灰?guī)r灰色厚層灰?guī)r;中部為淺黃色薄—中厚層灰?guī)r;下部為薄層灰?guī)r夾頁(yè)巖。

嘉陵江組T1j：上部為灰色厚層灰?guī)r白云巖、角礫狀白云巖;中部為灰?guī)r白云巖互層夾角礫狀灰?guī)r;下部為薄層白云巖夾灰?guī)r。

蒲圻組T2p：主要由紫紅色粉砂質(zhì)頁(yè)巖、粉砂巖、細(xì)砂巖組成。

九里崗組T3jg：黃灰、深灰色粉砂巖、砂質(zhì)頁(yè)巖、泥巖為主，夾長(zhǎng)石石英砂巖及碳質(zhì)頁(yè)巖。

王龍灘組T3j1w：以長(zhǎng)石石英砂巖為主，夾粉砂巖、碳質(zhì)頁(yè)巖、間夾粘土巖、煤線或煤層。

1.3地質(zhì)構(gòu)造

工程邊坡所處二級(jí)構(gòu)造單元為下?lián)P子臺(tái)坪，隸屬大冶褶皺帶所轄梁子湖凹陷區(qū)。這是一個(gè)在印支拗褶帶之上，晚三疊世以來(lái)的繼承性凹陷[1]。在赤壁一帶，上三疊統(tǒng)至侏羅系組成的褶皺比較寬緩，軸向NEE，呈塹、壘相間的構(gòu)造型式。

1.4水文地質(zhì)

根據(jù)地下水的賦存條件，區(qū)內(nèi)地下水類型大致可分為：碎屑巖類裂隙水，分布于蒲圻倒轉(zhuǎn)向斜槽部，賦存于碎屑巖的構(gòu)造裂隙和風(fēng)化裂隙中[2]。地下水以降水入滲補(bǔ)給為主，地表片流入滲補(bǔ)給為輔[3]。碳酸鹽巖類巖溶裂隙水，分布于蒲圻向斜南翼，含水巖組為中石炭系至中三疊系灰?guī)r。

工程邊坡由殘缺倒轉(zhuǎn)向斜槽部構(gòu)成。斷層下盤為倒轉(zhuǎn)向斜北翼，由碳質(zhì)頁(yè)巖夾煤層巖組及長(zhǎng)石石英砂巖夾薄層狀粉砂巖組構(gòu)成[4-5]。

• 邊坡變形特征

2013年8月，開(kāi)挖正值多雨季節(jié)，在開(kāi)挖過(guò)程中，K0+820～K0+940邊坡段垮塌不斷，而相鄰區(qū)段則比較穩(wěn)定。人工開(kāi)挖臨空面的不斷垮塌，在坡面及近坡頂產(chǎn)生多條拉張裂縫，局部落坎高度達(dá)40?cm。

2014年7月，伴隨著新的雨季到來(lái)，首先在坡面一級(jí)馬道附近出現(xiàn)植生袋土體下陷，坡腳回填植生袋受擠壓拱起，格構(gòu)梁與坡面巖體分離，導(dǎo)致坡腳排水溝變形、錯(cuò)斷、水管破裂，造成坡腳回填土體明顯隆起。

4.1邊坡穩(wěn)定分析方法

巖質(zhì)邊坡的穩(wěn)定狀態(tài)，一般采用結(jié)構(gòu)面赤平投影分析和工程巖體質(zhì)量指標(biāo)加以判定，必要時(shí)，可通過(guò)工程巖體物理力學(xué)試驗(yàn)進(jìn)行穩(wěn)定性驗(yàn)算。當(dāng)無(wú)條件進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)，可按規(guī)范推薦指標(biāo)或類似工程經(jīng)驗(yàn)取值進(jìn)行穩(wěn)定驗(yàn)算。

穩(wěn)定性計(jì)算，視構(gòu)成邊坡的巖性及結(jié)構(gòu)面形態(tài)不同，分別采用圓弧型、直線型及折線型滑面公式進(jìn)行。

4.2原始邊坡分析

原始邊坡主體由薄層狀泥巖夾泥質(zhì)粉砂巖組構(gòu)成，總體為逆向邊坡結(jié)構(gòu)，初步判定為基本穩(wěn)定。

SMR方法（Romana.M，1985）評(píng)價(jià)其穩(wěn)定性一般，一些不連續(xù)面構(gòu)成平面或楔體破壞;《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范》GB50330判斷：8?m高邊坡穩(wěn)定，15?m高邊坡欠穩(wěn)定;判定結(jié)果與實(shí)際基本相符。

4.3首次放坡分析

首次放坡后，邊坡巖體極破碎，體積節(jié)理數(shù)達(dá)30條/m3。SMR方法評(píng)價(jià)其穩(wěn)定性很壞，大型平面或類似土體破壞，DL/T5337及GB50330判斷：巖體質(zhì)量很差，極不穩(wěn)定。

鑒于邊坡巖體極破碎，推測(cè)滑面如圖2所示，參照GB50330推薦公式，計(jì)算結(jié)果如表4所示。

根據(jù)邊坡實(shí)際變形反向試算判斷：c0=20?kPa，φ0=19°，c1=25?kPa，φ1=17°，取值比較符合實(shí)際情況。邊坡巖體重度參照砂質(zhì)頁(yè)巖取經(jīng)驗(yàn)值為25.2～25.9?kN/m3，現(xiàn)場(chǎng)極破碎巖體重度試驗(yàn)值為19.29～20.15?kN/m3，二種重度取值驗(yàn)算均表明邊坡會(huì)出現(xiàn)變形破壞。

驗(yàn)算結(jié)果說(shuō)明：首次放坡后，實(shí)際構(gòu)成邊坡的巖體已由較完整、較堅(jiān)硬粉砂巖變換為破碎—極破碎的軟質(zhì)巖體。若仍采用較完整和較堅(jiān)硬粉砂巖參照取值計(jì)算，所得結(jié)果則易造成誤判。

根據(jù)勘查剖面做邊坡結(jié)構(gòu)分析，預(yù)見(jiàn)性按照破碎—極破碎的軟質(zhì)巖體進(jìn)行力學(xué)參數(shù)取值，其計(jì)算結(jié)果顯示：首次放坡后，邊坡天然狀態(tài)處于欠穩(wěn)定;當(dāng)有地下水存在，或疊加暴雨工況，邊坡則處于不穩(wěn)定狀態(tài)，此評(píng)價(jià)結(jié)果與首次放坡后邊坡變形破壞情況吻合。

4.4二次放坡分析

根據(jù)表4驗(yàn)算所確定的邊坡巖體結(jié)構(gòu)面力學(xué)參數(shù)，二次放坡后不同工況穩(wěn)定系數(shù)如表5。

驗(yàn)算結(jié)果說(shuō)明：二次放坡后，實(shí)際構(gòu)成邊坡的為破碎—極破碎的軟質(zhì)巖體，原坡面潮濕的地段，呈涌流狀出水，反映坡體天然飽水程度很高。

1～2為二次削坡工程設(shè)計(jì)參數(shù)取值在地下水、地下水+暴雨工況下穩(wěn)定系數(shù)。由于未能及時(shí)預(yù)料工程邊坡水文地質(zhì)條件的改變，其取值與實(shí)際存在偏差;3～5分別根據(jù)4.3驗(yàn)算取值，在天然、地下水及暴雨+地下水工況，二次放坡后的邊坡穩(wěn)定系數(shù)，說(shuō)明邊坡會(huì)再度出現(xiàn)變形破壞。

4.5變形機(jī)理分析

長(zhǎng)石石英砂巖夾薄層狀粉砂巖組及泥巖夾薄層狀粉砂巖組軟硬相間的碎屑巖，是東洲大道變形邊坡的物質(zhì)基礎(chǔ);NNE向壓扭性斷裂是導(dǎo)致邊坡巖體極破碎—破碎的地質(zhì)構(gòu)造條件;蒲圻倒轉(zhuǎn)向斜槽部的儲(chǔ)水構(gòu)造，則是造就邊坡天然飽水的關(guān)鍵水文地質(zhì)因素。

人工削坡是誘發(fā)邊坡變形破壞的主要外部動(dòng)力條件。首次削坡，切掉了坡腳相對(duì)完整巖體的阻滑段，使原基本穩(wěn)定的邊坡趨于不穩(wěn)定狀態(tài)。

二次放坡后，雖然有效清除了部分坡體物質(zhì)，減輕了下滑推力，使邊坡穩(wěn)定性得到一定提升，但從根本上并未根除邊坡變形破壞誘因，因此邊坡變形并未終止。

（1）對(duì)于處在褶皺轉(zhuǎn)折端等特殊構(gòu)造部位的邊坡進(jìn)行評(píng)價(jià)時(shí)，應(yīng)適當(dāng)擴(kuò)大地面調(diào)查范圍，垂直構(gòu)造軸線布設(shè)兩條以上線路，通過(guò)穿越調(diào)查，掌握地層巖性及產(chǎn)狀變化規(guī)律，以便正確判別邊坡結(jié)構(gòu)及其變化。

（2）加強(qiáng)巖體結(jié)構(gòu)面及其特征的調(diào)查與統(tǒng)計(jì)，通過(guò)工程地質(zhì)測(cè)繪，結(jié)合區(qū)域地質(zhì)資料分析，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并正確認(rèn)識(shí)斷裂破碎帶的存在，是特殊地質(zhì)構(gòu)造部位邊坡評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)。

（3）復(fù)雜地質(zhì)結(jié)構(gòu)的邊坡，其評(píng)價(jià)應(yīng)充分考慮本案類似的特殊工程水文地質(zhì)條件，應(yīng)對(duì)評(píng)價(jià)對(duì)象及其周邊水文地質(zhì)的補(bǔ)給、逕流、排泄條件充分了解，明確對(duì)象所處的相對(duì)位置。

（4）有地下水作用的工程邊坡，選用推薦參數(shù)指標(biāo)時(shí)，宜取下限值并適當(dāng)折減。為避免出現(xiàn)誤判，宜同時(shí)進(jìn)行巖體工程質(zhì)量計(jì)算，通過(guò)定性評(píng)價(jià)相互驗(yàn)證。

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