巖質邊坡穩定性的工程地質研究

■張春何

(福建省第四地質大隊福建寧德352000)

巖質邊坡穩定性的工程地質研究

■張春何

(福建省第四地質大隊福建寧德352000)

隨著經濟的不斷增長，我國加大了工程的建設力度。在工程建設過程中，巖質邊坡穩定性對工期和工程造價有較大的影響。此外，在邊坡工程設計與施工過程中，巖質邊坡是工程施工的主要依據，進而為工程建設的決策提供有利保障。因此，本文針對巖質邊坡穩定性工程地質進行了研究，通過對巖質邊坡地形和巖體結構等方面展開了分析，從而為工程施工提供一定的理論基礎，并最大程度的保證工程施工的安全和質量。

巖質邊坡 穩定性 工程地質 巖體結構

巖體工程作為主要工程之一，經常碰到巖質邊坡的施工，其對地質條件有嚴格要求。當巖質邊坡遭到破壞，其結構失去穩定性，將導致巖土工程出現工程事故和災害。由于巖體內結構面和結構體的排列組合形式具有復雜性，在工程地質條件下，除了需要選擇好豎井井位、斜井井口以外，還必須對坡形和巖體等進行綜合分析，通過風化外部、動力載荷等因素對巖質邊坡穩定性進行分析，從而確保工程施工質量。

1　基本概念

1.1工程地質因素力學概念

自然邊坡是因外力與內力共同作用下產生的一種地貌形態，邊坡高低、陡緩都能從地貌特征上反映出來?；谶@一特征，能夠表現出平衡演變規律?？梢詮牡刭|學與力學兩個方面對邊坡穩定性進行分析，并要結合具體的工程地質因素。在國內外眾多研究中，力學方面研究成果更多。抗滑與滑動力是邊坡穩定性計算力學的重要依據，其中，抗滑表示的是內在聚應力與摩擦力之間的總和。比如，土質邊坡的土顆粒摩擦力與內在聚力是決定應力的關鍵。巖質邊坡出現破壞會沿著結構面開裂，而內聚力與摩擦力也決定著抗滑力?；瑒恿εc外力作用相同，巖體自重是外力的一種，單一方式存在，而水動力則是多種形式存在，這些都能夠用數據表現出來。可以用如下關系式表示工程地質因素，能夠將抗滑力與滑動力大小表示出來，兩者之間的比可以用n表示。

n=抗滑力/滑動力

通過上述公式，可以將工程地質因素劃分為滑動力因素與抗滑力因素，比如，巖石組成、巖土結構、水作用、震動作用等。對抗滑力因素與滑動力因素的劃分并不是永恒不變的，也可以使用矩原理計算，滑動力作用就是巖體自重，在被動區間起到抗滑效果。

1.2巖體結構的概念

巖體結構與巖石結構存在相似性，但又有諸多不同，概念分為兩個方面：一方面是以相互排列的關系組成巖石；另一方面是組成巖石顆粒大小與形態，也包含顆粒表面特性內容。從力學角度上看，巖體變形取決于外力作用方向與強度，受結構面影響大，以單獨結構面或者結構體不能取得較好的研究效果。結合邊坡穩定性，能夠將巖體劃分為三種，分別是層狀結構邊坡、塊狀結構邊坡、網狀結構邊坡等。在自然形態中，三種巖體會相互交錯存在一個巖體內。

2　巖質邊坡穩定性分析方法和計算原理

當前，在對工程中的巖質邊坡穩定性加以分析的方法有兩種，分別是極限平衡法和數值分析法。對于極限平衡法，主要是在邊坡滑動面確定的情況下，結合滑裂面的抗滑力和滑動力，然后計算安全系數。在采用極限平衡法對巖質邊坡穩定性進行分析過程中，應該將巖塊看作一個剛體，對巖體應力予以忽略，并不考慮巖質邊坡的分布與變形。對于數值分析法，主要是借助于計算機對數值加以分析。比如，利用DDA和塊元體、有限元等對巖質邊坡的應力場和位移場予以確定，并得到安全系數[1]。極限平衡理論是一種主要的確定性方法，使用極限平衡理論對巖質邊坡穩定性進行檢測時，需要在滑動趨勢范圍內，將邊坡巖體以規則化的小塊體形式，以塊體的平衡條件為基礎，建立邊坡靜力平衡方程，對安全系數加以求解。巖質邊坡工程的地質環境和外界條件復雜性較強，而且巖體有不均勻性、不連續性等特點，因而巖質邊坡工程十分復雜。但是，通過利用數值分析法，并遵循巖體的破壞原則，對邊坡的拉裂、塑性區和壓碎區予以確定，繼而得到巖質邊坡的位移場和應力，然后通過模擬巖質邊坡的支護和開挖，降低地下滲水和地震等對邊坡穩定性的影響[2]。

在對巖質邊坡穩定性進行分析過程中，需要按照相關原理加以計算，利用強度折減法思路進行計算。通過對巖質邊坡穩定性予以分析，可以發現在外荷載或自重作用下，邊坡穩定性將遭到破壞，所以塑性區會貫穿整個坡體，從而形成一道滑裂帶，進而導致坡體會沿著滑裂帶向下滑動，最終在滑裂帶的坡體上形成機動結構。依據強度折減法思路，將巖體的參數c、除以折減系數，從而計算坡體最小安全系數，此時，巖質邊坡的巖土將達到臨界狀態，使得剪切發生破壞。在折減思路作用下，能夠對巖質邊坡穩定性進行準確計算，從而判斷邊坡穩定性

3　影響邊坡穩定性的內在因素

地貌條件：地球內在應力作用下將產生不同的地貌形態，更會對巖質邊坡產生一定影響，主要表現在在以下幾方面：出現了臨空面，說明邊坡處于失穩狀態，而在山體中臨空面出現的情況較少，說明邊坡具有較強的穩定性，工程地質情況相似時，平面凹形穩定性將比凸形穩定性高；從地貌單元位置上看，陡坡、陡崖、河流的凹陷地帶穩定性不強。

巖石性質：如果巖石松軟、強度低、抗風能力弱表示邊坡穩定性差；巖石礦物組成成分也會影響到邊坡穩定性。比如，松軟巖質邊坡中附帶有粘土礦將使穩定性提升，但如果含有是蒙脫石將使穩定性降低，因為黏土礦親水性弱，膨脹系數低，蒙脫石則正好相反[3]。因為巖質不同，不同巖性組成的邊坡破壞形式也會存在差異。比如，泥巖、紅色葉巖、泥質巖以及裂隙粘土都會在滑坡地層中出現，將不會出現高陡的自然邊坡。但如果是堅硬巖層，則會組成較高的自然陡立邊坡，邊坡一旦失穩將出現坍塌。

結構面與傾角方向存在穩定性關系：如果穩定性控制面傾向比邊坡角度小時，穩定性低，但穩定性控制面高于邊坡角度，則穩定性較好；傾向一致的緩傾邊坡，如果結構越陡，就表示穩定性越強。

4　巖質邊坡的地形條件和巖體特征

4.1巖質邊坡地形條件

本文將以漳州～龍巖高速路段為例，分析巖質邊坡地形條件與特征。該路段起于漳州市長洲立交橋，終于龍巖龍門。其中龍巖段沿線地形險峻，高山陡坡居多，而且不同類別的巖質邊坡地質條件極其復雜。通過反復論證，最終采用高架橋為主、隧洞道為輔的方案，高架橋有石崆山II號、建安關高架橋、九沙溪高架橋等。其中，以石崆山II號高架橋巖質邊坡路段的工程地質條件最為復雜，屬深切窄谷地貌。石崆深II號的右線巖質邊坡走向由東向西，長度約200m，整體坡向為向南傾斜，然后對巖質邊坡進行綜合概化測繪。

4.2巖質邊坡結構面和結構類型特征

本區巖性為燕山早期黑云母中?；◢弾r，風化程度低，巖質新鮮。此路段巖質邊坡在發育過程中，一般會形成很多結構面，然而這些結構面的貫通性較差，在貫通性不良的情況下，結構面將不容易進入填充物[4]，同時延伸長度較小，結構面的間距較大（平均間距一般大于2.50m），而且大多數是緊閉型，結構面表面較粗糙，是比較典型的剛性接觸。巖質邊坡的巖體呈現完整狀態，是由硬質花崗巖構成的塊狀結構型巖體，具有較強的穩定性[5]。

5　結束語

在工程施工過程中，巖質邊坡工程成為施工的主要環節，然而由于受到水、地形、地貌等因素的影響，使得巖質邊坡的巖體結構穩定性發生了改變，甚至破壞了其機理。因此，必須對巖質邊坡穩定性的工程地質進行分析，并采取有效方法提升結構面穩定性，從而提高巖體工程質量。

[1]蘇新建,陳筠,郭果等.貴州某緩傾順層巖質邊坡穩定性分析與評價 [J].貴州大學學報（自然科學版）,2013,30(1):111～115,125.

[2]宋玉環,黃潤秋,巨能攀等.鯉魚塘水庫溢洪道邊坡穩定性的巖體結構分析 [J].工程地質學報,2010,18(4):529～533.

[3]郭永建.基于錨桿軸力監測的公路巖質邊坡穩定性評價研究 [D].長安大學,2011.

[4]黃鍵,石丹冬,馬天華等.影響巖質邊坡穩定性的工程地質條件探討 [J].建材與裝飾, 2014(45):91～92.

[5]羅聰,袁偉民,胡盛明等.坡底軟弱夾層對巖質邊坡穩定性的影響 [C].//全國公路工程地質科技情報網2010年技術交流會論文集.2010:127～131.

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1000～405X（2016）～4～471～2