淺談巖石路塹邊坡的穩定性設計

摘 要：石質路基在山區公路中占有很大比重，由于地質成因千變萬化，巖體結構及其力學性質比較復雜，如何恰當地解決石質路基邊坡的穩定性計算是路基設計中一個急待研究的課題。結合工作實踐經驗論述了石質路基邊坡穩定性的分析與設計的主要方法，目的是為今后類似工程提供相關資料。

關鍵詞：路基工程 巖石路塹 邊坡 穩定性 設計 質量

中圖分類號:TU7 文獻標識碼:A 文章編號:1674-098X(2011)12(c)-0000-00

隨著巖土工程學科的發展，巖石力學的不斷完善，為石質挖方邊坡穩定性的定量分析和計算提供了有利條件。巖體失穩現象的產生，是巖體受力后出現壓縮變形、剪切位移和膨脹破裂的結果。巖體的結構不同，其力學特性有較大差異，破壞的形式亦不盡相同，根本原因在于巖體往往是由具有不同變形特性的巖石和各種結構面組合而成，路塹開挖后邊坡巖體的結構面，受多種因素的制約，往往較為復雜，需對結構面及其組合進行詳細研究，然后采用多種方法進行綜合分析和計算。

1 利用力學分析法對巖石路塹邊坡的穩定性設計

當巖質邊坡順向坡時，如果邊坡角大于軟弱巖層傾角，部分巖體在自重作用下，可能沿層面滑動。此時如滑動面為直線形，即可計算邊坡穩定系數。巖層軟弱面不一定均通過坡腳點，滑動面產生在任意高度hx處的ED線上，假定坡頂為水平線，此時滑動體的重力為：，極限平衡時(K=1)，不穩定的巖體邊坡高度hx為：可見，當巖層傾角固定時，極限狀態下滑動巖體邊坡高度，隨c與值而定；同理，c與固定時，hx隨而定。當時，hx=0，此時巖體的穩定性最差；值大于或小于，巖質邊坡的穩定性隨之提高。單一順向坡并不多見，多數情況下為橫向坡，而且巖層往往具有兩組或多組結構面。當邊坡為具有兩組結構面的滑動巖體，成半角錐體，其中巖層主結構面走向與邊坡面的交角為，滑動巖體在重力作用下產生新斷裂面與層面的交接線之傾角，同邊坡角方向一致。巖石邊坡穩定性的一般力學分析，對于塊狀巖結構，涉及因素較多，也可結合圖解法進行設計驗算分析。一般條件下就重力作用而言，邊坡愈緩，穩定性愈好，而對于易風化的巖層如果邊坡愈緩，則坡面面積增大，因風化作用所造成的邊坡失穩現象亦隨之增加。

2 利用工程地質法對巖石路塹邊坡的穩定性設計

根據多年工程實踐經驗，采用經驗方法即工程地質法對于不同巖體、巖層構造、巖石性質與風化程度，按照路基邊坡的高度，選取石質路塹邊坡的設計值供設計時對比選用。路基設計前對沿線的工程地質條件、巖體特點、結構、產狀及巖性等，進行綜合調查，根據工程的需求例如，公路技術等級、邊坡高度及施工條件等，并參照當地已建路基的邊坡狀況，選定邊坡數值。經驗方法使用較為方便，一般性工程可以采用，但由于靈活性很大，在很大程度上因人的經驗而難免有選用不當的情況。就巖層結構面與路基邊坡面兩者之間的走向關系，有逆向坡、橫向坡與順向坡之分。一般條件下，逆向坡時，有利于路基邊坡的穩定；順向坡時，邊坡的穩定條件較差。逆向坡和順向坡時的路基邊坡穩定性，還應結合其他地質條件加以分析。例如，巖石比較破碎，采用較陡的高邊坡，即使逆向坡的邊坡也會不穩定；又如，當巖層傾角很小或雖較大，但能大于路基的邊坡角，且其他地質條件正常，順向坡的邊坡亦能夠穩定。某些順向坡邊坡，施工結束后陸續出現邊坡坍方，坍方停止以后邊坡亦能基本穩定。根據對大爆破后約數百個爆破點邊坡穩定資料分析，得知巖石邊坡穩定性所具有的規律，當逆向坡時，邊坡屬于穩定范圍；順向坡時，當巖層傾角<150，邊坡亦屬穩定，而> 500，時，屬于基本穩定的范圍，=150~ 500時，邊坡不穩定。對于橫向坡而言，交角>500時，邊坡穩定；<500時，視巖層傾角而定，巖層的穩定臨界傾角0曲線，該曲線方程為：已知值，求得0值，用來與實地值相比，如果<0，表示邊坡穩定；當>0，該邊坡不穩定，或邊坡是有條件的穩定，邊坡穩定界限，對確定非爆破的巖石路塹邊坡，也有一定的參考價值。

3 利用巖體結構分析法對巖石路塹邊坡的穩定性設計

在研究巖體結構及其工程性質的基礎上，考慮了路基邊坡的作用力，借助赤平極射投影法、邊坡實體比例投影法，進行圖解分析，初步判斷巖體的穩定性。塊狀結構的巖體，是由多組裂縫結構面所組成，是否穩定將取決于結構面的組合與坡面的相互關系，失穩巖體的滑動方向是依結構面的組合交線而定，滑動的速度則與交線的傾斜程度有關。

（1）赤平投影。赤平投影是赤道平面極射投影的簡稱，它是一個物體幾何要素的點、線、面在空間方位和角度關系的平面投影，用平面圖形表達物體的面積大小、線段絕對長度和兩點之間絕對距離。（2）實體比例投影。以赤平投影為基礎，，運用垂直投影的原理和方法，可將路基邊坡的巖體，變換成為立體結構式的平面幾何圖形，繪制成實體比例投影圖，將路基邊坡兩組結構面切割成不穩定巖體。如果此巖體失穩，將沿交線向下滑動。將不穩定的巖體，垂直投影在平面上就是實體比例投影圖。（3）圖形的組合。將赤平投影、實體比例投影和路基邊坡剖面三者組合起來，各有兩組結構面，交線的傾角，邊坡坡角，兩組結構面投影線相交。=，逆向坡，交點位于坡面投影弧線的左側，切割巖體穩定；交點位于坡面投影線的同一側，順向坡，交點位于坡面投影弧線之內，<，此時切割巖體基本穩定；交點位于坡面弧線同一側，而且已在弧線之外，>，切割巖體不穩定。

4 綜合分析

對于碎裂嚴重的巖石邊坡，滑動面受軟弱結構層控制，往往呈不規則折線形或近似圓弧形。破碎巖石邊坡的穩定性，亦可運用赤平投影法進行判別，此時對于穩定邊坡角的確定，要同時考慮三組節理面與坡面的相互關系。穩定系數的力學計算原理，根據滑動面的形狀，分別參照前面所述有關方法進行。散體結構的巖石邊坡，包括嚴重破碎帶、強烈風化巖層、坡積層的土夾石等，其變形與破壞形式，與土質邊坡相類似，滑動面近似于圓弧狀。巖石邊坡穩定性分析具有綜合性，任何一種方法均有一定局限性，亦必然有某些假定，分析結果是否可靠，關鍵在于對地質條件的勘查。不良的地質條件是巖石邊坡破壞的內在因素，但任何破壞的產生，離不開各種外界條件，其中包括路基邊坡的高度與坡度、爆破方法與規模、路基排水等。

5 結語

山區高速公路建設得到了迅猛發展，高邊坡治理理論和實踐地研究顯得更為必要和迫切。本文是從公路設計工作實踐中搜集的不全面資料和在遠程教學學習的基礎上工作經驗的粗淺所見，愿與同仁商榷，愿為公路事業獻微薄之力。

參考文獻

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