巖質邊坡巖土工程勘察穩定性分析評價方法及運用

朱 才，李 通

(1.云南省地質礦產勘查開發局第一地質大隊，云南曲靖，6550002.云南思信工程項目管理有限公司，云南昆明，650500)

工程建設過程中，尤其規劃設計在山地的項目、場平后往往會形成大小規模不等的建筑邊坡，科學合理的做好邊坡巖土工程勘察是邊坡設計治理的關鍵工作[1]。邊坡的防護治理采用何種方式支護治理，需通過邊坡巖土工程勘察了解邊坡所處地段的水文工程地質條件、客觀可靠的巖土層設計參數，才能做出有效的邊坡設計方案，達到良好的治理效果。

曲靖醫學高等專科學校馬龍校區建設項目場地位于曲靖市馬龍區通泉街道讓田社區，場平形成的2-2邊坡位于校內道路B路南側，呈東西向展布，地形東高西低，地貌屬低-中山地貌區斜坡地段。經場平放坡開挖，現狀邊坡長297.43m，坡度31°～70°，邊坡底標高2059.40m～2061.20m，頂標高2054.5m～2074.5m，邊坡最大高度14.75m(圖1)。邊坡中部因場平未及時支護發生了淺層順層滑塌(圖2)。為避免邊坡將來在天然、降雨、地震等工況及施工等因素影響下失穩滑塌加劇、形成安全隱患。本文以現場勘察及勘察成果中2-2號邊坡2-2-3-2-2-3′工程地質剖面為例，采取合理的穩定性定性分析、定量計算綜合評價邊坡穩定性，對邊坡治理設計參數和支護治理方案提出建議。

圖1 2-2號邊坡分布范圍、勘探線及鉆孔平面布置圖

圖2 2-2邊坡滑坡段場地現狀圖

1 邊坡地質環境條件

區域大地構造位于揚子準地臺，滇東臺皺帶，曲靖臺皺束，以褶皺構造為主，斷裂不甚發育。處于曲靖地震斷裂帶附近，屬滇東坳褶帶二級構造單元，牛首山隆起區三級構造單元，區域應力場主壓應力為南東東-南東向。擬建場地位于華南褶皺系滇東南褶皺帶羅平-師宗褶皺束北側，以北東向的壓扭性斷層為主，次為近東西向張性斷層及北東向褶皺。

1.1 地層結構

(2)志留系上中統關底組上段(S3g1)由上而下分別為③全風化泥質粉砂巖為淺灰色、紫紅色、褐黃色，已風化成黏土、粉質黏土狀，夾少量半堅硬狀粉砂巖碎塊、碎片，手捏易碎，刀易切開，切面稍光滑，濕，可塑狀為主，局部夾硬塑狀，具不均勻性，在邊坡部分地段分布；④強風化泥質粉砂巖為紫紅色、灰色、淺灰綠色夾灰褐色，多已風化為粉質黏土夾半堅硬狀-堅硬狀碎塊、碎片，敲擊易碎。硬塑狀，局部半堅硬短柱狀，狀態不均，風化差異大，邊坡整體分布；⑤中風化石英砂巖為青灰色、灰白色為主，堅硬狀，斜層理，薄-中厚層狀，晶質結構為主，巖石結構致密，屬堅硬巖類，巖石基本質量等級為Ⅲ級。⑥中風化粉砂質泥巖為灰色、蘭灰色為主，堅硬狀，斜層理，砂泥質結構，厚-巨層狀構造，局部節理裂隙方解石充填，屬軟巖類，巖石基本質量等級IV類。

1.2 地質構造

擬建場地雖受小江地震帶影響(相距約35km)，但場地處于地震活動相對較弱的區域，據《建筑抗震設計規范》GB50011-20102016年版第3.10.3條之規定，對處于發震斷裂兩側10km以內的結構，地震動參數應計入近場影響。擬建場地10km范圍內未發現全新世活動斷裂帶和發展斷裂分布，地震動參數可不計入近場影響，場地適宜建筑。

場地內未見較大規模的斷層通過，有褶皺現象，巖體中結構面主要為層面及風化裂隙，近地表風化裂隙較發育，多有充填物，少部分裂隙閉合、無充填。2-2號邊坡坡向353°，研究段出露巖體地層產狀27°∠38°，靠東段產狀逐漸變緩，2-2號研究段巖層產狀與坡向斜交。巖體節理裂隙發育，結構面(節理)產狀為J1：255°∠78°、J2：170°∠43°。

1.3 巖體風化與卸荷

坡腳經場平開挖基巖裸露地表，風化作用加劇，巖土強度減弱，裂隙增加，雨水易入侵、加劇巖土軟化，坡面產生局部巖土體脫落或掉塊。導致坡體應力重分布，邊坡因側壓力降低，加之開挖坡度較大，中部出現滑塌現象。

1.4 邊坡不利工程地質條件

經現場勘察，構成2-2號邊坡研究段地層產狀27°∠38°，若場平形成的邊坡坡向與地層傾向同向，則邊坡形成外傾結構面，加之不提前采取支護措施，易產生順層滑動以致失穩。

1.5 水文地質條件

場區地形起伏，地勢高差較大，坡面水動力條件較好，坡面地表水自然排泄條件好，無長期水浸邊坡巖土體現象。雨季雨水沿裂隙面下滲影響，局部會出現滲水現象，雨季與旱季的交替對巖土體破壞較大。場區地下水位埋深較深，地下水主要靠大氣降水及地層間地下水互補補給，地下水向場區低洼地段逕流排泄，對本邊坡工程無較大影響。

2 邊坡穩定性分析評價(2-2號邊坡未場平前)

2.1 邊坡穩定性評價方法

(1)邊坡穩定性定性分析：巖質邊坡坡體主要為全-強風化基巖。巖質邊坡采用赤平投影法對邊坡傾向、傾角與巖層或裂隙傾向、傾角之間關系進行分析，定性評價邊坡穩定性。

赤平投影法主要用于巖質邊坡中局部塊體的穩定性分析。當結構面、巖體完整性較好、巖石強度較高時，也可用于巖質邊坡整體穩定性分析[2、3]。當無外傾結構面時(或結構面組合交線)，可判斷邊坡穩定；當有外傾結構面(或結構面組合交線)且傾角大于坡角時，可判斷邊坡穩定或基本穩定；當有外傾結構面(或結構面組合交線)且傾角小于坡角時，如結構面傾角小于其內摩擦角可判定該邊坡基本穩定或欠穩定，如結構面傾角大于其內摩擦角可判斷該邊坡欠穩定或不穩定。分析時應注意結構面的貫通程度和結合程度、傾向切割情況[4]。

(2)邊坡穩定性定量分析：根據邊坡工程地質和水文地條件，對邊坡定量穩定性分析時綜合考慮最不利和對周圍環境影響較大的情況，選取邊坡主軸滑動方向典型2-2-3-2-2-3′剖面進行建模穩定性分析，確定最不利的滑動面及其抗滑穩定性系數。本次巖質邊坡其主要滑動方式為坡體沿結構面滑動，根據結構面形態特征采用折線形滑面，根據國家標準《建筑邊坡工程技術規范》GB50330-2013附錄A.0.3[5]：折線形滑動面的邊坡可采用傳遞系數法隱式解，邊坡穩定性系數可按下列公式計算(計算簡圖見圖3)：

圖3 折線形滑面邊坡傳遞系數法計算簡圖

Pn=0 (A.0.3-1)

Pi=Pi-1ψi-1+Ti-Ri/Fs(A.0.3-2)

ψi-1=cos(θi-1-θi)-sin(θi-1-θi)tanφi/Fs(A.0.3-3)

Ti=(Gi+Gbi)sinθi+Qicosθi(A.0.3-4)

Ri=cili+[(Gi+Gbi)cosθi-Qisinθi-Ui]tanφi(A.0.3-5)

式中：Pn-第n條塊單位寬度剩余下滑力(kN/m)；Pi-第i計算條塊與第i+1計算條塊單位寬度剩余下滑力(kN/m)；當Pi<0(i

2.2 邊坡穩定性評價方法運用

(1)定性分析(赤平投影法)：2-2號邊坡經場平放坡開挖，未及時進行支護，邊坡中部坡度較陡，現狀下邊坡出現滑塌，處于不穩定狀態。依據邊坡巖土體結構特征，在邊坡上分別選取具有代表性地質測量點數據繪制赤平投影圖，見圖4。

圖4 2-2號邊坡赤平投影分析圖

通過分析，邊坡巖層傾向與邊坡坡向在同一側，呈小角度斜交；節理面的交點與邊坡投影弧在對側，但層面與兩節理面交點分別位于邊坡投影弧內側和外側；巖層傾向與邊坡傾向斜交，且傾角小于邊坡開挖面坡腳，該邊坡有發生沿層面及不利節理面滑動的可能，穩定性差，在暴雨或外力作用下極易誘發邊坡失穩(研究段形成的淺層滑動已驗證)。

(2)定量分析(折線滑面法)：根據邊坡特征及變形破壞模式，選取2-2號邊坡典型工程地質剖面(2-2-3-2-2-3′)、結合勘察鉆探揭露情況，確定邊坡滑面，采用摩根斯頓-普賴斯法指定接觸滑裂面進行穩定性計算；選取天然工況、暴雨工況和地震工況，計算典型剖面安全穩定系數，定量評價其穩定性。2-2邊坡研究段及典型剖面圖見圖1、圖5。

圖5 2-2號邊坡2-2-3-2-2-3′工程地質剖面圖

據勘察現場原位測試、室內土工試驗、野外工作及當地經驗綜合考慮，計算參數選用值見表1。

表1 2-2邊坡穩定性計算參數選用表(亦為邊坡治理設計參數值)

根據《建筑邊坡工程技術規范》GB50330-2013，2-2邊坡工程安全等級為二級，安全系數在一般工況下為1.30，暴雨工況和地震工況下為1.10。根據《建筑邊坡工程技術規范》GB50330-2013和《巖土工程勘察規范》GB50021—2001(2009年版)[6]綜合分析數據，其計算結果見表2。邊坡典型剖面(2-2-3-2-2-3′)在天然工況下處于欠穩定狀態，在暴雨工況和地震工況下均處于不穩定狀態。

表2 2-2號邊坡穩定性計算結果統計表

(3)邊坡破壞模式和發展趨勢：2-2號邊坡場平開挖后，放坡坡比較小，現狀邊坡中部因未及時采取支護措施已產生淺層滑塌現象，坡面巖體風化不均，其破壞模式主要沿巖體風化界線及軟若結構面(順坡向層面)滑動。隨著人為活動和雨水匯集，對邊坡坡體沖刷、浸泡、軟化邊坡巖土體結構，致使邊坡失穩的趨勢加強。根據現狀邊坡特征，邊坡下方均分布有擬建建筑及校內道路，邊坡失穩將威脅和破壞現擬建工程、道路和人的生命財產安全等。在工程建設時，需嚴格遵從現行規范及標準進行邊坡治理設計，嚴格按設計要求施工，避免安全隱患。

4 結論及建議

(1)邊坡穩定性的定性評價通過赤平投影法分析，邊坡穩定性差，存在沿層面及不利節理面滑動的可能。

(2)邊坡穩定性定量評價通過選取典型剖面進行折線滑面指定滑面的方法計算分析，邊坡在天然工況下處于欠穩定狀態，在暴雨工況和地震工況下均處于不穩定狀態。

(3)根據邊坡穩定性定性和定量分析，邊坡穩定性差，存在失穩破壞的可能，建議邊坡研究段上部采用放坡+拱形格構梁植草護坡、中下部采用樁板墻+錨索(桿)聯合支護，其余地段建議采用重力式擋土墻支護。

(4)場地全風化泥質粉砂巖和強風化泥質粉砂巖，均具一定力學強度，可用作邊坡重力式擋土墻支護的基礎持力層使用。

(5)邊坡及周邊施工時嚴禁超堆荷載，做好坡頂及坡面排水、截水系統，以防暴雨時地表水下滲破壞其穩定性；