大連自貿區巖質邊坡穩定性評價

張慧敏?張紹波

摘 要：【目的】邊坡尤其是巖質邊坡穩定性評價是巖土工程學以及實際工程中經常遇到的問題。【方法】本研究選取大連自貿區內某邊坡，將邊坡分為AB、BC、CD三段，采用赤平投影法對邊坡穩定性做定性分析，并利用平面滑動法對邊坡穩定性做定量分析?！窘Y果】結果表明：該自貿區邊坡穩定性處于穩定狀態。【結論】本研究對邊坡防護措施提出了建議，涉及的邊坡評價方法和邊坡防護措施對于邊坡治理具有理論和現實意義。

關鍵詞：巖質邊坡；穩定性評價；平面滑動法；赤平投影法

中圖分類號：TU457? ? ? 文獻標志碼：A? ? ?文章編號：1003-5168（2023）08-0065-04

DOI：10.19968/j.cnki.hnkj.1003-5168.2023.08.013

Stability Evaluation of Rock Slope in Dalian Free Trade Zone

ZHANG Huimin? ? ZHANG Shaobo

（School of Geographical Sciences， Liaoning Normal University， Dalian 116000， China）

Abstract： [Purposes] Stability evaluation of slope especially rock slope is a common problem in geotechnical engineering and practical engineering. [Methods] In this study， a slope in Dalian Free Trade Zone is selected， which is divided into AB， BC and CD sections. The slope stability is qualitatively analyzed by the terak-plane projection method and quantitatively analyzed by the plane sliding method. [Findings] The results show that the slope stability of the free trade zone is in a stable state， and the suggestions for slope protection measures are put forward. [Conclusions] The slope evaluation method and slope protection involved in this study have theoretical and practical significance for slope treatment.

Keywords： karst rock; stability evaluation; plane sliding method; equatorial projection method

0 引言

巖質邊坡由于結構復雜，斷層、節理、裂隙之間交互切割，塊體也極不規則。在工程建設中，常會碰見各式各樣的邊坡問題，如高速公路周圍的邊坡防護、露天采礦工程中人為引起的高邊坡堆積等，如果這些邊坡得不到正確及時的防護，就可能發生滑坡現象［1］。如果出現邊坡失穩產生滑坡現象，將會對國家財產和人民的生命安全造成極大的損失和威脅［2］。

評價邊坡穩定性狀況是一項煩瑣、系統的活動，包括邊坡失穩原因探討、影響邊坡穩定性因素分析、邊坡的防護與監測等方面。其中，邊坡穩定性評價方法眾多，有定性方法、定量方法及非確定性分析方法。定性分析方法包括工程地質類比法、自然歷史分析法以及本研究涉及的赤平投影法［3］，前兩種方法因地而異，且經驗性強，需要有豐富實踐經驗的地質工作者才能掌握好，而赤平投影法可通過作圖直觀反映邊坡的穩定性情況，并為力學計算提供基礎；定量分析方法有數值分析法、極限平衡法等，這些方法需要確定邊坡滑動面形狀，隨機性比較強；非確定性分析方法有模糊綜合評價法、可靠度法、灰色系統法等，這些方法雖然方便、快捷，但是所得邊坡穩定性結果精確度不高。因此，筆者以大連自貿區內邊坡為研究背景，選取赤平投影法和平面滑動法研究巖質邊坡穩定性狀況，并通過實地調查，因地制宜地提出了合適的邊坡防護建議。

1 工程概況

本項目是大連自貿區市政配套工程，位于大連市保稅區二十里堡，為巖質邊坡，邊坡分為AB段、BC段、CD段，如圖1所示。邊坡總長度約為159.46 m，為一階坡，邊坡高度為2.0～14.6 m，邊坡體產狀為260°～330°∠75°，該邊坡的坡頂無建筑物，距坡腳10 m處有一棟4層建筑物，是某學校教學樓。根據《建筑邊坡工程技術規范》（GB 50330—2013），邊坡工程安全等級劃分為二級。

2 影響邊坡穩定性因素分析

邊坡發生失穩破壞的原因眾多，主要分為內在和外在兩種因素。內在因素主要有巖土體的性質、地質構造、地下或地表水的作用、邊坡幾何形狀等。外在誘發因素有在工程開發中對巖土體的初始應力的破壞、邊坡的形態、氣象條件、植被、地震等。大部分邊坡失穩，是在各種原因交互作用下產生的。

3 區域氣候地質條件

自貿區位于遼寧省大連市，氣候類型為暖溫帶半濕潤季風氣候，由于靠近渤海、黃海，也帶有海洋性氣候特點。位置在東經120°58′—123°31′，北緯 38°43′—40°10′［4］。 本自貿區內邊坡附近尚未發現大型水體、河流、水庫。地貌類型屬于典型的低山—丘陵地區，場區植被發育一般。

根據現場勘查揭露地層主要由強風化和中風化片麻巖構成，邊坡物理力學參數見表1。

強風化片麻巖（Ar4Dgn）：強風化，呈黃褐色，主要礦物成分有石英、長石、云母，細粒變晶結構，片麻狀構造，受人工破壞影響嚴重，有節理裂隙發育，風化不均勻，巖芯呈碎塊狀。

中風化片麻巖（ArDgn）：風化嚴重，呈灰褐色，結構破壞嚴重，礦物成分上變化不大，發育風化裂隙，巖體被切割成塊狀，巖心呈柱狀。

邊坡巖體為軟巖，易發生破碎，巖體基本質量等級為V類。其結構面較光滑平直，無膠結，少部分結構面有泥質充填揭露厚度 5.00～20.00 m，層底標高為128.78～138.36 m，該層分布整個場地。場地無采空區，也不存在地面沉降和可地震液化土層。根據《中國地震動參數區劃圖》（GB 18306—2015）判定，此場地的抗震設防烈度為7度，設計地震分組屬第一組，基本地震動峰值加速度設計為0.15 g，反應譜特征周期值為 0.35 s。根據判定結果，建筑物場所類別為Ⅱ類，特征周期值為0.25 s，設計基本地震動峰值加速度為0.15 g，場地屬于抗震一般地段。

4 巖質邊坡穩定性分析與計算

該邊坡巖土體破碎并且有大量節理發育，嚴重影響了邊坡的穩定性，因此選用赤平投影法通過作圖來觀察邊坡中節理與結構面之間的相對關系，從而定性分析邊坡的穩定性情況。由于該邊坡的坡

面形態、高差、巖土體性質等方面的不同，因此將邊坡分為AB段、BC段和CD段，以便更加科學地分析邊坡穩定性。其中，三段邊坡巖體發育的原生結構面產狀均為241°～308°∠14°～82°，在這三段邊坡中發育有一段邊坡，這段邊坡內部結構面傾向與邊坡傾向大致相同，屬于外傾結構面，且三段邊坡均為順向邊坡，易沿結構面產生滑塌現象［6］。

4.1 邊坡穩定性定性分析

4.1.1 AB段邊坡。AB段邊坡長度約為17.1 m，屬于巖質邊坡，由強風化和中風化片麻巖構成。巖石遭受風化有裂隙發育，風化厚度為6.0～13.0 m，邊坡傾角約為332°，坡角約為75°，坡頂標高約為100.70 m，坡底標高約為89.70 m，高差約為11.0 m。AB段巖體赤平投影如圖2所示，可以看出，AB段邊坡主要發育了三組節理（J1、J2和J3），節理多平直、閉合，跡長中等連續等。由圖2可知，該段邊坡中的三組節理產生了交點。這個交點位置與邊坡面的投影弧處于同一側，表明結構面組合交線的傾向與AB邊坡的傾向相對一致，但結構面組合交線的傾角比AB段邊坡的傾角要大，因此結構面組合形成的切割體不會沿著邊坡滑落，現場調查巖石有風化跡象，因此AB段邊坡大體處于穩定狀態。

4.1.2 BC段邊坡。BC段邊坡長度約為34.1 m，屬于巖質邊坡，由強風化和中風化片麻巖構成。巖石遭受風化有裂隙發育，風化厚度為6.0～18.0 m，邊坡傾角約為300°，坡角約為75°，坡頂標高約為104.40 m，坡底標高約為 89.70 m，坡高約為14.7 m。BC段巖體赤平投影如圖3所示，可以看出，BC段邊坡主要有三組節理發育（J1、J2和J3），節理多為平直、閉合，跡長中等連續等。由圖3可知，邊坡面的投影弧與J1、J2與J3產生的交點位于同一側，表明結構面組合交線的傾向與BC段邊坡的傾向相對一致，但是結構線組合交線的傾角比BC段邊坡的傾角要大，因此結構面組合形成的切割體不會沿著邊坡滑落，現場調查中也并未發現巖體塌方現象，BC段邊坡處于穩定狀態。

4.1.3 CD段邊坡。CD段邊坡長度約為16.5 m，屬于巖質邊坡，是由強風化和中風化片麻巖組成。巖石遭受風化有裂隙發育，風化厚度為6.0～16.0 m，邊坡傾角約為268°，坡角約為75°，坡頂標高約為101.20 m，坡底標高約為89.70 m，坡高約為11.5 m。BC段巖體赤平投影如圖4所示，可以看出，CD段邊坡主要三組節理發育（J1、J2和J3），節理多平直、閉合，跡長中等連續等。由圖4可知，這三組節理之間產生了交點，交點的位置與這段邊坡的投影弧處在了同一側，表明結構面組合交線的傾向與CD段邊坡的傾向相對一致，但是結構線組合交線的傾角比CD段邊坡的傾角要大，發生滑坡的概率比較小，現場調查中也并未發現邊坡有滑塌的現象，因此CD段邊坡處于穩定狀態。

4.2 邊坡穩定性定量分析

強風化—中風化片麻巖沿著滑動面發生滑動，可以采用平面滑動法來分析邊坡的穩定性狀況。潛在滑動面上邊坡安全系數要根據極限平衡條件求得。這時，安全系數等于總抗滑力比總滑動力如式（1）。

Fs=（CL+γVcosα tanφ）/γVsinα （1）

式中：C代表巖土體的黏聚力，kPa；L表示滑動面的長度，m；γ表示邊坡土體的容重，kn/m3；V代表巖體的體積，m3；α代表結構面的傾角，（°）；φ表示內摩擦角，（°）［7］。

計算結果見表2，由表2可知，平面滑動法所得到的邊坡安全系數與上述赤平投影法所得到的邊坡穩定狀態相符合，三段邊坡均處于穩定狀態。需要注意的是，通過平面滑動法得到的BC段邊坡安全系數結果接近規范規定結果，理論上邊坡仍處于穩定狀態，但在實際工程應用中，這種類型邊坡需要做支護處理，下文中有提及支護建議。

5 邊坡防護建議

現場調查發現，該段邊坡長時間暴露在外，在風化作用以及雨水的沖刷作用下，仍然存在坍塌滑落的風險。而大連地處季風氣候區，夏季多突發性暴雨。據統計，大連日最大降水量為247.2 mm， 在這種條件下非常容易引發滑坡、崩塌、泥石流等突發性地質災害［5-6］。研究區域內巖體破碎，發育有大量節理、裂隙，遇降雨后易形成坡面徑流，雨水沿著巖石上部裂隙不斷滲入，在此條件下巖體會發生軟化導致巖體抗剪強度降低，為滑塌創造條件。觀察該段邊坡巖土體的情況可以發現，這段邊坡坡度較大且遭受風化剝蝕嚴重，決定采取噴錨支護作為邊坡的防護手段。

5.1 支護技術參數

設置全場黏結錨桿，錨桿長度6 m，間距3×3 m，梅花型布置。AB段邊坡支護如圖5所示。表面噴C20混凝土，混凝土厚度10 cm。坡面設置泄水孔，間距3×3 m。施工時坡面表面將松動和凸出的巖體鑿除。坡頂和坡底各設置一道截水溝，截水溝截面面積500×500 mm2。

5.2 支護施工工序

支護施工工序如下：首先，清理坡面上的孤石、危巖及破碎巖體，并清除坡面植被；其次，分層清理坡面，清理一層完畢后立即進行坡面鉆孔，設置錨桿；最后，噴射混凝土，掛設鋼筋網，張拉錨索，設置坡面泄水孔。

6 結論

①以大連自貿區內邊坡為例，分析所處地區邊坡的地質、水文、氣候條件，并將邊坡分為三段（AB段、BC段、CD段），深入分析邊坡的穩定性狀況。探究邊坡穩定性的影響因素，邊坡的失穩和破壞是由內外因素共同導致的。

②通過定性方法——赤平投影法和定量分析方法——平面滑動法，得出相同的結果：三段邊坡均處于穩定狀態。但是，通過現場調查發現，邊坡坡度較大，坡頂風化較為嚴重，在夏秋季節雨水較多，沖刷嚴重，仍然存在滑落風險。經研究并結合實際情況，本工程中對該段邊坡的防護措施為噴錨支護。

③邊坡穩定性的研究是一項復雜的工作，尤其是巖質邊坡，其內部結構相較于土質邊坡來說更加復雜，因此更應該重視這類工程。

參考文獻：

［1］俞剛. 基于FLAC3D的滑坡穩定性分析及抗滑樁支擋研究［D］.重慶：重慶交通大學，2012.

［2］石亞男. KJ132總線式頂板離層監測系統研究與設計［D］.北京：北京郵電大學，2009.

［3］張軍. 栗西溝尾礦壩工程地質特征及其穩定性研究［D］.西安：長安大學，2006.

［4］王曉漫. 長興島黃土地球化學特征及粒度分析［D］.大連：遼寧師范大學，2018.

［5］張紹波，張德艷，賀亞鋒.大連市某邊坡的穩定性及防護治理探討［J］.山西建筑，2012，38（20）：57-58.

［6］李志杰.大連市石葵路危險邊坡穩定性分析評價［J］.西部探礦工程，2008（12）：67-71.

收稿日期：2022-11-18

作者簡介：張慧敏（1999—），女，碩士生，研究方向：巖土工程。