巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性分析及治理技術(shù)探討

王亮 劉洋宇

摘 要：巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性評價以后判別其穩(wěn)定與否，如果其穩(wěn)定性無法滿足安全要求，則需釆取有效的支護或開挖措施對其進行加固處理。本文先對巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定分析方法進行探討，并在此基礎(chǔ)上結(jié)合具體工程就其綜合治理措施，談一下個人的觀點和認識，以供參考。

關(guān)鍵詞：巖質(zhì)邊坡 穩(wěn)定性 治理

中圖分類號：TV22 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2018）02（b）-0089-02

對于巖質(zhì)邊坡而言，其穩(wěn)定性與整個工程項目的安全穩(wěn)定、質(zhì)量可靠息息相關(guān)，實踐中應(yīng)當對其穩(wěn)定性進分析，這有利于確保巖土工程項目建設(shè)效益的實現(xiàn)。

1 邊坡形態(tài)分類與穩(wěn)定性分析

1.1 邊坡形態(tài)分類

實踐中為了能夠有效滿足各種類巖土工程用途需求，通常可對其進行如下分類。

按照構(gòu)成邊坡坡體性質(zhì)進行分類，主要包括土質(zhì)邊坡、巖質(zhì)邊坡以及巖土混合邊坡。根據(jù)邊坡成因，主要包括工程（人工）邊坡以及天然邊坡兩種類型。按照邊坡高度進行分類，其高度超過300m時即為特高邊坡；100～300m邊坡為超高邊坡；30～100m邊坡為高邊坡；10～30m邊坡為中邊坡；小于10m邊坡為低邊坡。根據(jù)邊坡自身的穩(wěn)定性，可將分為穩(wěn)定邊坡、潛在不穩(wěn)定邊坡、變形邊坡、不穩(wěn)定邊坡和失穩(wěn)后邊坡等幾種類型的邊坡，該種分類沒有進行嚴格規(guī)定。根據(jù)邊坡的存在時間，主要有永久邊坡、臨時邊坡。對于巖質(zhì)邊坡而言，其載體為性質(zhì)不同的巖土體，其直接影響著邊坡自身的穩(wěn)定性。巖土體作為地質(zhì)體的主要構(gòu)成要素，其主要由巖石以及地質(zhì)結(jié)構(gòu)面構(gòu)成的。事實上，巖石類別有很多種，根據(jù)成因主要有沉積巖以及變質(zhì)巖等；根據(jù)強度主要有軟巖以及中硬巖和硬巖等。通常結(jié)構(gòu)面非常的復雜，規(guī)模不同的結(jié)構(gòu)面也存在著較大的差異，比如強度差異等，此外，還有不同地質(zhì)成因的結(jié)構(gòu)面，其從屬于形成時應(yīng)力條件，以不同的形成產(chǎn)狀呈現(xiàn)出來，而且各組結(jié)構(gòu)面也存在著較大差別的發(fā)育程度。巖體結(jié)構(gòu)面以某種特殊的關(guān)系組合起來，然后與巖石組合成一個整體，最終形成巖體結(jié)構(gòu)。對于巖體結(jié)構(gòu)而言，其主要包括兩部分，一是結(jié)構(gòu)面，二是結(jié)構(gòu)體。其中前者是具有連續(xù)以及斷續(xù)延展破裂的地質(zhì)界面，后者則是不同產(chǎn)狀結(jié)構(gòu)面構(gòu)成的單元巖塊。對于巖體結(jié)構(gòu)而言，其以巖石強度以及巖石被結(jié)構(gòu)面切割為依據(jù)，同時結(jié)合巖體結(jié)構(gòu)特征等，集中反映巖體質(zhì)量。對于不同結(jié)構(gòu)形式的巖體而言，其變形以及強度等性質(zhì)也存在著較大的差異，以致于邊坡穩(wěn)定性出現(xiàn)了較大的區(qū)別。

對于巖質(zhì)邊坡而言，其與土質(zhì)邊坡存在著較大的差異，其中最為關(guān)鍵的是特殊載體，對不同巖體結(jié)構(gòu)分類是對巖質(zhì)邊坡工程和巖體工程穩(wěn)定分析研究的前提。就巖石邊坡自身的穩(wěn)定性來講，其很大程度上決定于巖體控制性結(jié)構(gòu)面，所以對巖體結(jié)構(gòu)合理分類是準確把握各類巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性的基礎(chǔ)和條件，同時也是巖質(zhì)邊坡工程施工建設(shè)過程中常見的問題，在很大程度上決定著巖質(zhì)邊坡工程加固防護效果。

1.2 分析評價

基于邊坡范圍內(nèi)的巖層、節(jié)理產(chǎn)狀分析，邊坡巖層傾向以及坡向二者之間的方向是相反的，往往表現(xiàn)出一定的逆向性，巖層穩(wěn)定邊坡的穩(wěn)定性比較好，其中巖層結(jié)構(gòu)并非邊坡穩(wěn)定性的主要控制因素。對于節(jié)理傾向與邊坡傾向反向的邊坡而言，節(jié)理面是非邊坡自身的穩(wěn)定性決定因素。巖層層面與節(jié)理面交點或者節(jié)理面與節(jié)理面之間的交點，處于邊坡面對側(cè)位置上，則說明組合交線傾向、邊坡傾向二者方向相反，結(jié)構(gòu)相對比較穩(wěn)定。對于該段邊坡而言，其破壞模式主要有幾種類型，一是崩塌，主要指邊坡巖體墜落或滑動；二是滑動，主要包含平面滑動、弧形滑動及楔形體滑動3種；三是蠕變，主要包含傾倒、潰屈和側(cè)向張拉3種。

實踐中對沒有外傾結(jié)構(gòu)面的邊坡，以巖體等效內(nèi)摩擦角按側(cè)向土壓力方法對巖石側(cè)壓力進行計算，土層和強風化根據(jù)附加荷載和邊坡無外傾結(jié)構(gòu)面特點進行計算。在此過程中，任意選擇其中3條比較有代表性的斷面對邊坡巖石側(cè)向壓力進行計算，并且計算巖石側(cè)壓力。通過最后分析上述計算結(jié)果，對邊坡整體穩(wěn)定狀態(tài)進行評價。因巖質(zhì)邊坡的巖體容易破碎，所以在邊坡面長期暴露、雨水以及風化和工程爆破等因素影響下，整個巖體可能會風化剝落，最后發(fā)展成為巖體開裂、高危落石以及局部崩塌和掉塊等，需對坡面加強防護。

2 巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性治理技術(shù)要點

2.1 工況概述

某工程公路開挖邊坡高約35m，邊坡坡率為1∶1，巖體為全～強風化淺黃色砂巖夾泥巖，巖體松散。邊坡分三級臺階開挖，每級邊坡高15m，臺階寬度2m，采用錨桿加框格梁加固。基于對工程范圍內(nèi)的斜坡坡體結(jié)構(gòu)、空間布局以及變形特征和坡體上部位置覆蓋層相對較薄等因素考慮，坡體中下部位置為開挖而成的人工邊坡，其變形非常的強烈，而且對坡體穩(wěn)定產(chǎn)生較大的影響，通過對該邊坡工程的穩(wěn)定性進行整體把握，最終確定強固處理措施（見圖1）。

2.2 邊坡穩(wěn)定性分析

三維有限差分分析是現(xiàn)階段巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定分析過程中最為常用的一種方法，其結(jié)果為工程項目建設(shè)提供了技術(shù)參考，并在此基礎(chǔ)上建立三維模型網(wǎng)絡(luò)。其采用的是四面體劃分網(wǎng)絡(luò)形式，以不同的顏色來表示各部分地質(zhì)結(jié)構(gòu)，比如用深藍色區(qū)域代表裸露在外的地標巖層。二維極限平衡分析理論的計算原理在于以強度指標儲備為基礎(chǔ)，定義安全系數(shù)，最終總結(jié)邊坡安全系數(shù)計算公式為：

上式中的F代表的是邊坡穩(wěn)定抗滑指標。對于二維極限平衡分析法而言，其計算核心是邊坡滑動塊需滿足力學平衡條件，平衡方程組解題時，如果未知數(shù)個數(shù)超過了方程個數(shù)，則需對特定未知數(shù)予以設(shè)定，使剩余未知數(shù)、方程個數(shù)二者之間相等，然后利用消元法解對最終安全系數(shù)進行求解。基于計算結(jié)果分析考慮，為了能夠更加詳細地計算出該位置的穩(wěn)定性的信息，我們可采用二維極限平衡法對該種處的在天然、施工以及暴雨蓄水等工況詳細分析。在不同類型的工況條件下，安全系數(shù)都可以有效滿足工程邊坡安全施工條件，而且天然以及施工工況和卸荷安全系數(shù)較大的情況下，在持久工況下的安全穩(wěn)定性較好。

2.3 支護措施

本工程采用錨固技術(shù)對邊坡進行防治，利用錨桿周圍巖體抗剪強度傳遞結(jié)構(gòu)物的拉力，錨桿可以使錨固巖層產(chǎn)生壓應(yīng)力區(qū)并對加固巖層起到加筋的作用，可以增強巖體的強度，改善巖體的力學性能，錨桿能與巖體有效的結(jié)合在一起，巖體抗剪強度顯著提高，也就提高了邊坡的穩(wěn)定性。在巖質(zhì)邊坡中由于地層巖性、巖體結(jié)構(gòu)以及結(jié)構(gòu)面傾角等的不相同，使得邊坡可能的失穩(wěn)模式也不相同。而在不同的破壞模式下錨桿的支設(shè)部位、錨桿傾角也是不一樣的，通常情況下錨桿軸線應(yīng)與巖體主結(jié)構(gòu)面或潛在滑移面呈大角度相交，如圖2所示。這樣設(shè)置的目的是使錨桿的拉力能夠盡可能的轉(zhuǎn)化成邊坡的錨固力，使邊坡達到最穩(wěn)定的狀態(tài)。

3 結(jié)語

總而言之，巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性影響因素較多，實踐中應(yīng)當采取針對性治理技術(shù)手段和方法，通過對本文所研究的工程案例實驗發(fā)現(xiàn)，治理效果比較理想。

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